江苏云仪高压调节阀配置方式与汽轮机进汽压力的关系,以600MW机组为例,计算得出了亚临界机组与临界机组在不同调节阀配置方式下的经济性,以及在顺序阀定压与滑压运行方式下热耗率的变化规律,给出了各调节阀所控制的调节级喷嘴数不等时,各调节阀配置方式下机组热耗率的变化规律及调节阀配置原则,并对重叠度对机组运行经济性的影响进行了定量分析。
目前国内主要通过寻找佳定滑压曲线对机组运行方式进行优化(即通过热耗率试验,寻找不同负荷点下,使汽轮机热耗率低的佳主蒸汽压力)。但受试验精度及排汽压力变化的影响,该方式效果不明显,且工作量极大,同时试验结果仅适用于与试验排汽压力相同的工况。
实际机组定、滑压运行方式的实现主要依赖于配汽机构的调整,而配汽机构本身特性的变化是造成机组在不同主蒸汽压力下呈现出不同经济性的主要因素,因此江苏云仪对不同调节阀配置方式下机组特性的研究是寻找机组优运行方式的根本途径。
初压与机组循环效率的关系
任一动力循环若其平均吸热温度越高,则循环效率越高。对于1个简单的朗肯循环而言,提高初压p0,可使其对应的汽化阶段的饱和温度提高,则吸热平均温度T珡1将相应升高,因此一般情况下提高p0可使循环热效率ηt升高,即机组的热耗率下降。但随着p0的提高,水的吸热、汽化、过热3个吸热过程中,汽化热所占比重相对降低,而将水加热到该压力饱和温度下的吸热量比重相对增加。过热段的平均温度恒高于汽化段,而水的吸热段平均温度在3个吸热过程中低,因此当初压提高到一定程度时T1下降,导致ηt下降。
不同初温下循环效率随初压p0的变化趋势。随着压力的升高,循环效率呈升高趋势,但变化量逐渐减少。
不同初温下循环效率随初压的变化趋势
不同初温下,吸热平均温度及循环效率与初压的关系。初压为17MPa的亚临界机组,初压变化1MPa,循环效率改变约0.18%;而初压为24MPa的临界机组,初压变化1MPa,循环效率改变仅约0.1%,约为亚临界机组的1/2。由此可见,降压运行时,对于亚临界机组其循环效率下降较大,而对于临界机组,机组循环效率下降相对较小。
不同初温下吸热平均温度及循环效率与初压的关系
初压与调节阀投入数量的关系
汽轮机的进汽流量G可由下式确定:
式中:p′0、A分别为汽轮机第1级(调节级)前压力(调节阀后压力)及进汽面积;T0为调节阀前蒸汽温度;R为气体常数;β为彭台门系数,临界流动时为1,亚临界流动状态下由下式确定:
其中εn、εnc分别为调节级压比和临界压比。
当汽轮机第1级处于临界流动状态时,汽轮机的进汽流量取决于A及p′0,而与调节阀p0并无直接关系,即机组无论采用定压运行方式,还是滑压运行方式,均通过调节阀的节流作用使调节阀前压力节流至满足于汽轮机进汽量所需要的级前压力。当通流面积和进汽流量一定时,即所需的级前压力p′0一定,则调节阀p0越高,调节阀需产生的节流越大。
当第1级处于亚临界流动状态时,由于彭台门系数仅与第1级前后压比有关,因此实际上进汽量也主要取决于A和p′0。对于喷嘴调节汽轮机,可通过高压调节阀开启的个数控制所投入的第1级喷嘴数,即汽轮机第1级的进汽面积。当进汽流量一定时,如果投入的汽轮机调节阀较多,即A较大,则p′0较低,由于调节阀全开状态下压损一定,故代表高压调节阀前的主蒸汽压力p0相应也越低;反之,p0升高。
配有4个调节阀的汽轮机,在相同进汽流量下p0与全开阀数的关系。
相同进汽流量下p0与全开阀数的关系
在低负荷时,如果开启较多的调节阀,则p0势必降低,进而导致机组循环效率下降。
调节阀不同配置方式下机组运行经济性
喷嘴配汽汽轮机主要采用顺序阀和单阀2种配汽方式。机组在顺序阀方式下运行期间,江苏云仪调节阀一般保持全开状态。仅当部分调节阀投入运行情况下,汽轮机第1级有效通流面积小于单阀运行方式,故可保持较高的初压,因此顺序阀方式下的滑压运行经济性同样优于单阀方式。
通过建立汽轮机配汽机构、本体及热力系统变工况计算模型对高压调节阀不同配置方式下的机组经济性进行计算,
部分负荷下,调节阀全开数越少,机组初压越高,热耗率越低,经济性越高。但由于不同初压下,初压的改变对循环效率影响不同,主蒸汽压力变化1MPa时,江苏云仪临界机组循环效率的变化仅约为亚临界机组的1/2,因此临界机组不同调节阀配置方式的热耗率差值小于亚临界机组
对于亚临界机组,当以顺序阀定压方式运行时,在其中1个调节阀关闭初期,如第4、第3号调节阀关闭时,其热耗率分别略高于4VWO和3VWO状况下滑压运行方式,或与其相当。当调节阀进一步关闭时,则热耗率将显著低于滑压运行方式;当第3、第4号调节阀全部关闭后,第1、第2号调节阀同时关闭,此时所有的气流均将产生节流损失,机组热耗率开始将高于2VWO状态下的滑压运行方式,随着负荷的进一步降低,其上升趋势增加。
对于临界机组,顺序阀定压方式下,虽然经过全开状态调节阀的蒸汽无节流损失,且压力保持额定,但由于整体初压较高,故该部分气流与阀全开下的滑压方式下相比,其循环效率并未高出许多。但部分开启调节阀的节流损失影响却相对较大,因此临界机组采用顺序阀运行方式时,体经济性要低于滑压运行方式。
各调节阀喷嘴数不等时机组运行经济性
在各喷嘴组面积相同(各调节阀控制喷嘴数相同)情况下,机组阀序组合方式比较单一。当各调节阀控制的喷嘴组面积(喷嘴数量)不同时,将会有多种组合方式,即在投入相同调节阀数量的情况下,对应的第1级通流面积将不同,因此在相同进汽流量条件下,运行初压也将不同,进而导致循环效率发生变化。
以某600MW亚临界机组为例,其各调节阀所控制的喷嘴数。如果仅按喷嘴投入数量划分,在实际运行中可形成如表4所示的几种典型阀序组合方式。表中阀序组合方式中,由左至右表示调节阀开启的顺序(反之则为关闭顺序),括号内调节阀表示2个调节阀同时动作。
亚临界机组在两阀以上工况运行时,顺序阀定压运行方式经济性优于滑压运行方式,故本文仅对各配置方式下顺序阀定压运行的热耗率变化规律进行比较
随着调节阀配置方式的不同,各组合方式下热耗率也呈现出不同的变化趋势。某一组合方式仅在某量范围内(即负荷范围内)热耗率低,而在其他负荷范围内并非低。因此实际运行中可根据机组利用小时数或平均负荷率选择合适的组合方式,方能获得好的经济性。如平均负荷率较低时,可选择低负荷阶段投用调节阀控制喷嘴数较少的调节阀组合方案,由于可保持较高的初压,且节流损失小,因此经济性较好;而在平均负荷率较高时,则应选择低负荷阶段投用调节阀控制喷嘴数较多的调节阀组合方案。这一原则在某500MW临界机组应用后取得了良好的节能效果。
调节阀重叠度对机组运行经济性的影响
重叠度一般发生在阀点附近,即在一个调节阀尚未全部开启时,另一个调节阀已开始开启,其他阶段则不存在这一现象。江苏云仪调节阀之间设置重叠度主要是为了改善机组的流量特性,但会使更多的调节阀产生节流损失,故将使机组的运行经济性有所下降。由于调节阀开度的不同将直接反映在调节阀前后的压损上,因此可采用调节阀前后压损大小(或调节阀后与调节阀前的压比)代表调节阀开启状态。
以600MW机组为例,以前一个调节阀尚未完全开启,后一个调节阀已开启时,前一个调节阀压损高于该调节阀全开状态下压损的值代表调节阀重叠状况,该值越高表示重叠度越大。对于有4个调节阀的机组,重叠度效应发生在2阀点和3阀点附近。重叠度对机组热耗率的影响。
在2阀点时,提前开启调节阀压损每增大2%,机组热耗率增加约13~15kJ/(kW•h);在3阀点时,提前开启调节阀压损每增大2%,机组热耗率仅增加约5~6kJ/(kW•h);2个阀点下,临界机组热耗率增加略小。2阀点时重叠度产生的影响大于3阀点时,主要是由于2阀点时,1、2号调节阀同时提前开启,因此2个调节阀均会产生节流损失,而在3阀点时,仅1个调节阀提前开启。
1)不同调节阀配置方式对机组运行经济性影响明显。由于临界机组初压单位变化量对机组循环效率的影响量仅约为亚临界机组的1/2,造成亚临界机组和临界机组顺序阀定压运行方式的经济性与滑压运行方式相比较有着显著区别。
2)当各调节阀控制的调节级喷嘴数不同时,将产生多种调节阀配置方式,各方式下热耗率呈现不同的变化趋势。因此实际运行中需根据机组利用小时数或平均负荷率选择合适的组合方式,江苏云仪方能获得好的经济性。如平均负荷率较低时,可选择低负荷阶段投用调节阀控制喷嘴数较少的调节阀组合方案,即可保持较高的初压,又使节流损失小。
3)重叠度一般发生在阀点附近,即在一个调节阀尚未全部开启时,另一个调节阀已开始开启,其他阶段则不存在这一现象。对于配置4个高压调节阀的机组,2阀点时重叠度产生的影响大于3阀点时。2阀点时,提前开启调节阀压损每增大2%,机组热耗率增加约13~15kJ/(kW•h);3阀点时,机组热耗率仅增加约5~6kJ/(kW•h)。