超臨界機(jī)組調(diào)峰與變壓運(yùn)行

超臨界機(jī)組調(diào)峰與變壓運(yùn)行第1頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四調(diào)峰機(jī)組的主要性能要求是：（1）良好的啟停特性。在夜間負(fù)荷低谷時(shí)停機(jī)數(shù)小時(shí)后，于次日的負(fù)荷高峰期能在短時(shí)間內(nèi)帶滿負(fù)荷，且啟動(dòng)損失小，設(shè)備可靠性高，熱應(yīng)力和壽命損耗小。（2）能維持低負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。（3）能夠以足夠快的變負(fù)荷速率安全穩(wěn)定地升降負(fù)荷。（4）

在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)仍能保持較高的熱效率。第2頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四機(jī)組參與調(diào)峰時(shí)可能的方式有以下幾種：負(fù)荷跟隨方式——定壓運(yùn)行或變壓運(yùn)行；兩班制運(yùn)行方式——機(jī)組白天滿負(fù)荷運(yùn)行，夜間停機(jī)6~8h，早上熱態(tài)啟動(dòng)。少汽無(wú)負(fù)荷方式——夜間電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)將機(jī)組負(fù)荷減到零，不解列，從電網(wǎng)吸取少量電力，保持空轉(zhuǎn)帶無(wú)功功率運(yùn)行；同時(shí)，為及時(shí)將送風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量帶走，不斷向汽輪機(jī)供給少量低參數(shù)蒸汽。到早晨電網(wǎng)走出低谷時(shí)，再帶負(fù)荷，轉(zhuǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行。低速旋轉(zhuǎn)熱備用——減負(fù)荷至零后與電網(wǎng)解列，并向汽輪機(jī)通入少量低參數(shù)蒸汽，使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在低于第一臨界轉(zhuǎn)速狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)。第3頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、變壓運(yùn)行單元機(jī)組的運(yùn)行目前有兩種基本形式，即定壓運(yùn)行（或稱等壓運(yùn)行）和變壓運(yùn)行（或稱滑壓運(yùn)行）。定壓運(yùn)行是指汽輪機(jī)在不同工況運(yùn)行時(shí)，依靠調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門(mén)的開(kāi)度來(lái)改變機(jī)組的功率，而汽輪機(jī)前的新汽壓力維持不變。變壓運(yùn)行，是指汽輪機(jī)在不同工況運(yùn)行時(shí)，不僅主汽門(mén)是全開(kāi)的，而且調(diào)節(jié)汽門(mén)也是全開(kāi)的（或部分全開(kāi)），機(jī)組功率的變動(dòng)是靠汽輪機(jī)前主蒸汽壓力的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但主蒸汽溫度維持額定值不變。

第4頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四采用定壓方法跟蹤負(fù)荷調(diào)峰時(shí)，在汽輪機(jī)內(nèi)將產(chǎn)生較大的溫度變化，且低負(fù)荷時(shí)主蒸汽的節(jié)流損失很大，機(jī)組的熱效率下降。變壓運(yùn)行中的單元機(jī)組，當(dāng)外界負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，在汽輪機(jī)跟隨的控制方式中，負(fù)荷變動(dòng)指令直接下達(dá)給鍋爐的燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)和給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，鍋爐就按指令要求改變?nèi)紵r和給水量，使出口主蒸汽的壓力和流量適應(yīng)外界負(fù)荷變動(dòng)后的需要。而在定壓運(yùn)行時(shí)，該負(fù)荷指令是送給汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變調(diào)節(jié)汽門(mén)的開(kāi)度。第5頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）

變壓運(yùn)行方式分類1

純變壓運(yùn)行是在整個(gè)負(fù)荷變化范圍內(nèi)，汽輪機(jī)調(diào)門(mén)全開(kāi)的運(yùn)行方式。它單純依靠鍋爐汽壓變化來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷。這種方式由于無(wú)節(jié)流損失，高壓缸可獲得最佳效率和最小熱應(yīng)力，給水泵耗電也最小。其缺點(diǎn)是對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)能力差，因?yàn)殄仩t調(diào)節(jié)時(shí)滯大，因而不能滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻的要求，一般較少采用。第6頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2

節(jié)流變壓運(yùn)行為彌補(bǔ)純變壓運(yùn)行負(fù)荷適應(yīng)性差的缺點(diǎn)，采用正常情況下汽輪機(jī)調(diào)門(mén)不全開(kāi)，節(jié)流5%~15%，以備負(fù)荷突然增加時(shí)開(kāi)啟，利用鍋爐的儲(chǔ)熱量來(lái)暫時(shí)滿足負(fù)荷增加的需要。待鍋爐出力增加、汽壓升高后，調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度的變化予以吸收。這種方式有節(jié)流損失，不如純變壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，但能吸收負(fù)荷變動(dòng)，調(diào)峰能力強(qiáng)。

第7頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3復(fù)合變壓運(yùn)行在高負(fù)荷區(qū)（約為額定出力的100%~90%）保持定壓運(yùn)行，用增減噴嘴的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷；在中低負(fù)荷區(qū)（90%~50%），全開(kāi)部分調(diào)速汽門(mén)（如三閥全開(kāi)）進(jìn)行變壓運(yùn)行；在極低負(fù)荷區(qū)，在低壓力下恢復(fù)到定壓運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式使汽輪機(jī)在全負(fù)荷范圍內(nèi)均保持較高的效率，同時(shí)還有較好的負(fù)荷響應(yīng)性能，所以得到普遍的采用。第8頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第9頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）變壓運(yùn)行的特點(diǎn)與定壓運(yùn)行相比，變壓運(yùn)行具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

1、可以延伸鍋爐的汽溫控制點(diǎn)變壓運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷降低時(shí)壓力也同時(shí)降低，汽壓降低使工質(zhì)過(guò)熱熱與蒸發(fā)熱的比例發(fā)生變化，過(guò)熱熱減少。每千克蒸汽從飽和溫度加熱到同樣的主蒸汽溫度需要吸收的熱量減少。汽壓降低使蒸汽的比定壓熱容減少。與定壓運(yùn)行相比，等量蒸汽吸收相同煙氣熱量時(shí)，其溫升大。第10頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四汽壓降低，蒸汽比體積增大，流過(guò)過(guò)熱器的蒸汽容積流量幾乎同額定負(fù)荷時(shí)的相同，即蒸汽流速幾乎不變；過(guò)熱器外壁的煙溫雖然隨負(fù)荷減少而降低，但由于壓力降低后飽和蒸汽溫度也相應(yīng)下降，所以過(guò)熱器的傳熱溫差變化不大。綜合上述各因素，在變壓運(yùn)行時(shí)主蒸汽溫度可以在很寬的負(fù)荷范圍內(nèi)基本維持額定值。第11頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四變壓運(yùn)行對(duì)再熱汽溫變化的影響與過(guò)熱汽溫相似。但汽溫特性的改善更好些。這是因?yàn)槎▔哼\(yùn)行時(shí)，高壓缸排汽溫度和再熱汽溫隨負(fù)荷的降低而減小。而變壓運(yùn)行時(shí)，由于高壓缸的容積流量基本不變，使高壓缸的排汽溫度（再熱器進(jìn)口溫度）變化不大，甚至略有上升。此外，滑壓下的主蒸汽焓在汽溫相同時(shí)要高于定壓運(yùn)行，也使高壓缸的排汽焓升高。因此再熱汽溫也能在很寬的負(fù)荷范圍內(nèi)維持額定值。

第12頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四變壓運(yùn)行時(shí)的汽溫特性曲線

圖中在采用變壓運(yùn)行時(shí)，過(guò)熱汽溫可在40%~100%負(fù)荷范圍內(nèi)維持額定值；再熱汽溫可在55%~100%負(fù)荷范圍內(nèi)維持額定值。變壓運(yùn)行的這種汽溫特性無(wú)疑將改善機(jī)組低負(fù)荷工況下的循環(huán)熱效率。第13頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2、低負(fù)荷時(shí)汽輪機(jī)內(nèi)效率高于定壓運(yùn)行變壓運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)速汽門(mén)處于全開(kāi)（或部分閥全開(kāi)），節(jié)流損失小，調(diào)節(jié)級(jí)前后的壓力比及其后各級(jí)的壓力比都基本不變；另一方面，主蒸汽壓力隨負(fù)荷而升降，低負(fù)荷時(shí)壓力也低，蒸汽容積流量基本不變。汽輪機(jī)的級(jí)效率同級(jí)的前后壓力比以及通過(guò)級(jí)的蒸汽容積流量有關(guān)，這兩項(xiàng)基本不變。第14頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、負(fù)荷變化時(shí)汽輪機(jī)熱應(yīng)力小、壽命延長(zhǎng)

負(fù)荷變化時(shí)，汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)溫度幾乎基本不變（中、低壓缸也同樣可以維持各級(jí)溫度不變），從而改善汽輪機(jī)的熱力狀態(tài)，降低熱應(yīng)力和熱變形，提高使用壽命。機(jī)組全變壓運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)的溫度變化實(shí)際上很?。粡?fù)合變壓運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)的溫度變化也不超過(guò)78℃。所以變壓運(yùn)行中，高壓缸不再受溫度變化率過(guò)大而產(chǎn)生應(yīng)力的限制，機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)率可大為增加（取決于鍋爐應(yīng)力）。在變壓運(yùn)行中負(fù)荷變動(dòng)率如維持不變，則機(jī)組的壽命將得到延長(zhǎng)。第15頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

4、給水泵耗電少

變壓運(yùn)行機(jī)組均采用變速給水泵。在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，給水泵不僅流量減小，而且給水壓力也降低，因此給水泵的功率消耗可減少。下圖為某亞臨界機(jī)組在不同運(yùn)行方式下給水泵功率的比較。由圖可見(jiàn)，機(jī)組在50%負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，變壓運(yùn)行給水泵的功率消耗僅為定壓運(yùn)行時(shí)的55%。第16頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5、

延長(zhǎng)鍋爐承壓部件和汽輪機(jī)調(diào)速汽門(mén)的壽命低負(fù)荷時(shí)壓力降低，減輕了從給水泵一直至汽輪機(jī)高壓缸之間的所有部件（包括鍋爐、主蒸汽管道、閥門(mén)等）的負(fù)載，延長(zhǎng)系統(tǒng)各部件的壽命。汽輪機(jī)調(diào)速汽門(mén)由于經(jīng)常處于全開(kāi)狀態(tài)而大大減輕了磨蝕并可減少維修工作量。第17頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四變壓運(yùn)行也存在一些固有的缺點(diǎn)：（1）

負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，汽包等厚壁部件會(huì)產(chǎn)生附加溫度應(yīng)力，限制機(jī)組變化速率。（2）機(jī)組的循環(huán)熱效率隨負(fù)荷下降而降低。（3）變壓運(yùn)行會(huì)使水循環(huán)發(fā)生變化。（4）變壓運(yùn)行的汽包鍋爐汽包水室容易發(fā)生汽化，可能出現(xiàn)汽水共騰現(xiàn)象。第18頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（5）超臨界壓力鍋爐變壓運(yùn)行，工質(zhì)經(jīng)過(guò)亞臨界壓力、臨界壓力、超臨界壓力三個(gè)區(qū)域。在亞臨界參數(shù)范圍內(nèi)，水冷壁中工質(zhì)的飽和溫度只隨壓力變化，不隨水冷壁吸熱量變化。而在臨界壓力和超臨界壓力范圍內(nèi)，水冷壁中工質(zhì)的飽和溫度不僅隨壓力提高而上升，而且隨水冷壁吸熱量增加而升高。汽溫受到水冷壁出口工質(zhì)溫度的影響，汽溫調(diào)更加困難。第19頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）變壓運(yùn)行的適應(yīng)范圍變壓運(yùn)行具有在低負(fù)荷下提高高壓缸內(nèi)效率、提高主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度、降低給水泵電耗、使汽輪機(jī)偏于安全等優(yōu)點(diǎn)，但也有由于壓力的降低使循環(huán)熱效率降低的缺點(diǎn)。因此是否采用變壓運(yùn)行，要進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，并非所有負(fù)荷下都是變壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。第20頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（四）變壓運(yùn)行對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響1．

負(fù)荷變化率當(dāng)采用變壓運(yùn)行時(shí)，蒸汽溫度和汽輪機(jī)各部位的溫度基本穩(wěn)定，負(fù)荷變化率對(duì)汽輪機(jī)影響不大，而關(guān)鍵在鍋爐。而限制負(fù)荷變化率的因素主要是飽和溫度變化速度和汽包上下壁溫差。汽包飽和溫度變化速率一般按制造廠提供的數(shù)據(jù)在規(guī)程中作出規(guī)定（國(guó)內(nèi)一般為90℃/h）。汽包上下壁溫差一般以不超過(guò)40℃為標(biāo)準(zhǔn)。

第21頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2．

鍋爐最低負(fù)荷運(yùn)行問(wèn)題機(jī)組的最低負(fù)荷界限一般來(lái)說(shuō)取決于鍋爐。而鍋爐負(fù)荷的下限又主要取決于燃燒的穩(wěn)定性和水動(dòng)力工況的安全性。鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)主要遇到的問(wèn)題及解決辦法是：（1）低負(fù)荷的燃燒穩(wěn)定性。

（2）空氣預(yù)熱器堵灰、腐蝕和煙道煙囪腐蝕。

（3）過(guò)熱蒸汽、再熱蒸汽溫度過(guò)低。

（4）過(guò)熱器管超溫和左右汽溫偏差。

第22頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3．

水動(dòng)力工況安全性低負(fù)荷時(shí)爐膛燃燒的不均勻程度較大，對(duì)于汽包鍋爐，受熱太弱的水冷壁管有可能發(fā)生循環(huán)停滯或倒流現(xiàn)象。一般對(duì)大容量鍋爐，在50%額定負(fù)荷以上，發(fā)生水循環(huán)事故的可能性不大。對(duì)于直流鍋爐，當(dāng)變壓運(yùn)行至某一較低負(fù)荷時(shí)，水冷壁系統(tǒng)壓力低，汽水比體積變化較大，水動(dòng)力特性變差，有可能影響到各側(cè)墻的后墻水冷壁的流量分配，發(fā)生部分水冷壁出口管的超溫現(xiàn)象。運(yùn)行中一是限制最低負(fù)荷，二是燃燒器運(yùn)行方式要做適當(dāng)調(diào)整，如采用高位磨煤機(jī)運(yùn)行以減輕上述管壁的過(guò)熱情況。第23頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4．

對(duì)運(yùn)行調(diào)節(jié)的影響變壓運(yùn)行時(shí)，壓力變化速度慢，溫度變化速度快，過(guò)熱器、再熱器容易超溫，需要加強(qiáng)汽溫和金屬壁溫的監(jiān)視；由于水冷壁儲(chǔ)熱能力高，過(guò)熱器、再熱器儲(chǔ)熱能力低，所以為了調(diào)節(jié)壓力，需要過(guò)度調(diào)節(jié)燃燒量，汽溫變化幅度增大；低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)壓力低，汽水比體積變化大，水位波動(dòng)也會(huì)加劇，需要根據(jù)水位超前信號(hào)控制水位。此外，由于汽包的壁溫差變化較大，鍋爐的升溫升壓速度也要受到限制。第24頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四幾種典型鍋爐的調(diào)峰性能（一）自然循環(huán)鍋爐的調(diào)峰性能1變負(fù)荷速度首先決定于汽包的疲勞壽命。2從鍋爐點(diǎn)火到與汽機(jī)同步運(yùn)行，變負(fù)荷速度決定于汽包和集汽聯(lián)箱的壁溫差、燃燒速率、過(guò)熱汽溫、再熱汽溫以及汽機(jī)升轉(zhuǎn)速等因素。以后決定于汽輪機(jī)的熱應(yīng)力和脹差。3自燃循環(huán)鍋爐的循環(huán)倍率最大，水冷壁金屬耗量最多，熱慣性最大，進(jìn)一步影響了鍋爐的變負(fù)荷速度。第25頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）控制循環(huán)鍋爐的調(diào)峰性能汽包有汽水夾層，變負(fù)荷速度不受汽包壁溫差的限制。循環(huán)倍率小，水冷壁金屬耗量也相應(yīng)減小，熱慣性較小。同時(shí)，低負(fù)荷時(shí)可利用循環(huán)泵加快循環(huán)，提高蒸發(fā)速度，進(jìn)一步提高變負(fù)荷速度