摘要：随着我国国民经济迅速发展，我国逐渐成为能源生产和消费大国。某典型600MW 亚临界空冷机组为例，详细分析了主再热汽温变化对机组运行特性的影响，从热力学角度揭示了提高蒸汽初参数的经济性；在此基础上，又对机组在不同工况下初参数变化对能耗的影响进行了计算分析。结果表明：对于机组，在100% THA 工况下，当将其主再热蒸汽温度由538℃提高至580℃时，机组的发电效率可提高0.61%，供电煤耗可降低4.73g /kWh，节能效果显著。
关键词：亚临界；机组；主再热汽温
由于现代火力发电厂的蒸汽循环以朗肯循环为基础，提高主蒸汽压力，主蒸汽流量增加，蒸汽在汽轮机内焓降增加，负荷升高，这点有利于机组的经济性，但随着主蒸汽压力的提高，末级排汽湿度增加，这不利于机组的安全运行。因此，综合考虑，同时提高主蒸汽温度和再热蒸汽温度更利于机组的安全经济运行提高蒸汽初温，平均吸热温度提高，则朗肯循环效率提高；同时减少了低压缸排汽的湿气损失，高压端的漏气损失，从而提高了汽轮机的绝对内效率，即提高主蒸汽温度，总可以提高热经济性。
一、机组介绍
某600MW 亚临界空冷机组，其锅炉为亚临界参数、一次中间再热的Ⅱ型汽包炉，锅炉设计排烟温度为130℃。其汽轮机组为2×600MW 国产空冷机组，安装有2台600MW 单轴、三缸四排汽、空冷、中间再热、凝汽式汽轮机，主蒸汽压力为16.67MPa，温度为538℃，再热蒸汽压力为3.41MPa，温度为538℃，回热系统为“三高三低一除氧”布置。
二、热力系统建模
1、系统主要设备模型。机组的热力学性能可通过EBSILON 软件模拟分析，EBSILON 软件是专业的电站系统模拟软件，其基于基本物理学原理，主要应用于电站的设计、热力性能评价以及优化。该软件能够较为精确模拟计算电站系统的热力学参数以及系统不同工况下的热力学参数与性能。采用该软件对机组热力系统进行建模，为保证模拟结果的准确性，选用的系统设备的模型，同时，还将EBSILON 模型的计算结果与经典热平衡计算结果及汽轮机说明书中数据进行对比，以验证模型的准确性。
2、模型准确性验证。根据设备模型，并参照机组汽轮机说明书中汽水流程图，对机组在100%THA 工况下的热力特性进行了模拟，由EBSILION 软件搭建出的机组100%THA 工况模型如图所示。
为了验证搭建计算模型的正确性与准确性，在此选取机组的2个重要参数，即发电功率、热耗率。将计算模型得出的发电功率、热耗率同京隆电厂汽轮机说明书中两项数据做对比，对比结果模型计算得出发电功率为600.77MW，汽轮机说明书中设计值为600.185MW，两者之差为0.585MW，计算得出相对误差为0。0975%；模型计算得出热耗率为8076.04kJ /kWh，汽轮机说明书中设计值为8064kJ /kWh，两者之差为12.04kJ /kWh，计算得出相对误差为0.1493%；可见利用EBSILON软件搭建的模型其正确性与准确性是可以保证的，能够作为其他改造方案的原模型。
三、主再热汽温节能效果分析
1、热力学分析。根据朗肯循环定理，提高主蒸汽的初温与再热温度会提高平均吸热温度，从而提升蒸汽循环效率，降低能耗。同时，提高蒸汽初温，还可使排汽干度提高，从而减少低压缸排汽湿气损失，提高汽轮机相对内效率。通过工程简化回热算法可对提高主再热汽温的节能效果进行理论分析，其是从热力学的基本原理出发，并对系统进行简化处理，忽略各回热抽气的影响，求得主蒸汽参数偏离目标值造成经济指标的变化，结合机组的系统热力计算模型，通过由相关的参数状态变化而引起相关状态点焓值的变化，可求得系统循环热效率的变化率，进而得到机组煤耗率的变化。对于系统循环热效率ηt为：
2、设计工况下改造方案的节能效果分析。由机组分析可知，其主再热温度仅为538℃，而目前600MW 机组主汽温度多在570℃左右，故机组主汽初参数存在一定的提升空间；综合机组汽轮机金属材料强度极限和机组经济性，将主再热蒸汽温度由538℃ 提高到570℃，并利用EBSILON 软件对改造方案在设计工况下的节能效果进行计算分析。在模拟过程中做了如下假设：
1）提高主蒸汽温度后汽轮机高压缸进汽比体积增大，其他条件不变时汽轮机高压端漏气损失会变化。
2）设定提高主再热汽温前后主汽流量不变，主再热蒸汽压力不变，回热系统各级抽汽的压力不变。
3）暂不考虑由于主再热蒸汽参数提高而引起的汽轮机各级相对内效率变化。
1）将主再热蒸汽温度由538℃ 提高到580℃后，在主汽流量不变的情况下，各级相对内效率不变，从而回热系统各级抽汽温度升高，抽汽量减少，即汽轮机各级用于做功的蒸汽流量增加。
2）提高主再热汽温后，汽轮机末级干度提高，如原机组七段抽汽干度为0.999，汽轮机排汽干度为0.931；而提高蒸汽初温后七段抽汽变为过热蒸汽，汽轮机排汽干度也提高至0.943；在降低汽轮机末级湿汽损失的同时又可保证其安全运行。
3）提高主再热汽温后，锅炉入炉煤量由原来的73.64kg /s 增加至76.35kg /s，这主要是由于改造前后主汽流量不变，而主再热汽温均升高，即蒸汽需要从锅炉吸收更多的热量以达到设定的蒸汽初参数。
1）由于改造后汽轮机主再热蒸汽温度提高，而主汽流量不变，故锅炉入炉煤总热量由1446.7MW 增加至1499.9MW，增加约4.0%；
2）改造后机组出功可由600.8MW 增加至632.1MW，增加约5.2%；机组净出功可由555.5MW 增加至584.4MW，增加28.9MW；同时，由于主蒸汽做功能力提高，汽轮机热耗率由8076.0kJ /kWh 降低至7957.9kJ /kWh；
3）改造后机组的发电效率可提高0.61%，由改造前的41.53% 提高至42.14%；发电煤耗可降低4.37g /kWh，由改造前的298.77g /kWh 降低至294.40g /kWh；供电煤耗可降低4.73g /kWh，由改造前的323.14g /kWh 降低至318.41g /kWh。
3、变工况下改造方案的节能效果分析。参照机组汽轮机热力说明书其他工况下的汽水流程热力系统图，又分别在80% THA、75%THA、60% THA、50% THA、40%THA工况下，以原系统模型为基准进行了提升主蒸汽温度与再热温度的计算，变工况下提高蒸汽初、再热温度EBSILON 模型的计算结果：当机组负荷在80%～40% THA工况变化时，提高蒸汽初、再热温度后机组净出功可增加24.53～10.32MW，汽轮机热耗率可降低124.93～142.21kJ /kWh，供电煤耗可降低5.00 ～5.70g /kWh；且随着机组负荷的降低，提高蒸汽初、再热温度后的节能效果会逐渐提高；这主要是由于机组在低负荷下运行时，汽轮机通流部分流量减小，各项损失增大，机组运行水平更低，因此，由提高主再热汽温带来的节能效果更加显著。
结论
对亚临界空冷机组实际运行过程中煤耗偏高的问题，提出提高主再热蒸汽温度的改造方案，并以某600MW 亚临界空冷机组为例，分析了主再热汽温变化对机组运行特性的影响，并对机组在不同工况下的节能效果进行了计算分析。结果表明：
1）在100% THA 工况下，当将其主再热蒸汽温度由538℃ 提高至580℃ 时，机组的发电效率可提高0.61%，供电煤耗可降低4.73g /kWh，节能效果显著。研究结果表明：对于600MW 亚临界空冷机组，提高主再热蒸汽温度可带来可观的节能效果。
2）提高主再热汽温后，汽轮机主再热蒸汽做功能力提高，机组平均吸热温度提高，而平均放热温度基本不变，故机组循环热效率提高；同时，回热系统各级抽汽量减少，即汽轮机中用于做功的蒸汽流量增大；此外，由于主再热蒸汽初温提高，汽轮机末级排汽干度增大，使得其末级湿汽损失有所降低。机组在提高主再热汽温后汽轮机组热效率的提高是机组供电煤耗降低的主要原因。当机组负荷在80%～40%THA 工况变化时，提高主再热蒸汽温度后机组净出功可增加24.53～ 10.32MW，供电煤耗可降低5.00～ 5.70g /kWh，即改造方案在各个工况下的节能效果均很显著。
参考文献：
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论文作者:张博
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：机组论文; 蒸汽论文; 汽轮机论文; 温度论文; 工况论文; 煤耗论文; 模型论文; 《电力设备》2018年第27期论文;