热经济性分析

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摘要：汽轮发电机组是电力工业中重大的关键设备， 系统非常复杂，其效率的高低对火电厂热经济性有很大影响，深入分析热经济性具有重要的现实意义，提高机组的热经济性是节约能源的主要途径。北京高井热电厂3号机组从2003年投产以来热耗一直偏高，本文结合调查2008-2009年度3号机组性能试验以及大修期间的检修情况分析影响其热经济性的主要因素，希望今后通过不断改造可以提高机组效率，使发电企业用最少的投入，获得最大效益，为国家多节约煤炭资源。

关键词：火力发电 汽轮机组 热经济性

电力工业是我国国民经济中非常重要的支柱产业，它关系着国计民生，是国家的经济命脉，同时也是消耗能源的大户，虽然我国地大物博，但资源总是有限的，所以提高电厂的经济性效率，节约有限资源是电力企业的一个重要课题。火力发电厂是一次能源用能大户，提高发电厂热经济性就不仅是降低本身成本的需要，更是影响全国一次能源生产、运输和节约的大事，发电厂的经济效益和社会效益具有极重要的意义。

电力行业是对国民经济发展具有全局性、先导性影响的基础行业，是国家在基本建设领域中重点支持的行业；行业的发展受环保政策、能源战略和城市规划等因素的影响，对于我所在企业的发电机组是热电联产机组，5年前的集中供热改造降低了生产成本，之后的脱硫脱销工程又减少污染排放，改善城市环境，是未来电力行业的主要趋势，这些都是通过不断对热经济性进行分析做到的。

一、设备概述

大唐国际发电股份有限公司北京高井热电厂3号汽轮机组额定供热工况时额定发电功率为100MW，于2003年9月进行改造，改造后的汽轮机为热电联产单抽供热冲动凝汽式汽轮机，单轴、双缸双排汽口，通过半挠性联轴器直接带动发电机工作。高压汽缸由高压汽缸前部和高压汽缸后部两部分组成，前部由耐热合金钢ZG20CrMoV浇铸而成，后部由ZG230～450浇铸而成，通过垂直法兰用螺丝连接起来。高压缸前部采用高窄法兰，取消法兰加热装置，有利于机组快速启停。低压汽缸为分流式结构。由一个低压缸中部和两个汽缸后部组成。机组设有2台高压加热器、4台低压加热器和1台除氧器。高加疏水逐级自流， 2号高加疏水自流进入1号高加， 1号高加疏水进入除氧器。轴封漏汽及门杆漏汽进入除氧器。

二、修前修后试验数据对比

2008年9月，高井热电厂3号机大修工作即将正式开始，拆机前由华北电力科学研究院有限责任公司负责进行性能试验，测试机组在大修前热耗值，为大修改造后提供比较依据。2009年3月，大修早已结束，再次由华北电力科学研究院有限责任公司负责进行性能试验，测试机组在大修后的机组热耗值。对所有试验记录的每一工况试验数据进行处理，得出试验计算结果。

三、热经济性分析

一般来说影响汽轮机经济运行的主要因素有以下几个方面：

1、机组负荷

2、机组真空

3、机组回热系统运行情况

4、机组主、再热蒸汽参数

5、机组通流部分效率

6、机组泄漏情况

通过对比性能试验数据以及大修前后两个月的汽机指标完成情况，来衡量哪些因素是对高井3号机组影响最大的，便于火电机组的运行经济状态动态评估。下面根据大修前后的性能试验数据及检修发现情况就以上几个方面进行分析。

3.1 机组负荷对经济性的影响

机组在额定负荷时经济性是最好的，若机组负荷偏离额定负荷，则机组的经济性降低。机组额定负荷时如其他各运行参数维持设计值，则此时节流损失最小，机组经济性最好。

当机组负荷偏离额定负荷，虽然其他有关运行参数维持设计值，但蒸汽流量将偏离设计值，调节阀将存在节流损失，相应汽轮机调节级、高压缸和末几级工况将偏离设计值，级经济性降低，影响机组的经济性降低。

拿2008年9月来说，高井3号机平均负荷73.44MW，与设计值100MW比少26.56MW，发电量完成2.89亿千瓦时；同2007年9月相比平均负荷下降16.59MW，发电量多0.95亿千瓦时。发电量增加，机组平均负荷却有不同幅度下降，负荷率的降低，使机组效率下降。

2009年4月高井3号机平均负荷89.27MW，与设计值100MW比少10.73MW，发电量完成1.652亿千瓦时；同3号机组大修前相比上升了15.83MW，发电量相比减少1.238亿千瓦时。发电量减少，但是机组平均负荷却有不同幅度上升，因此对于大修前后的3号机组来说，负荷对机组效率的影响有限。

3.2 机组真空对经济性的影响

真空系统运行的好坏对汽轮机运行的经济性有很大的影响。一方面由于真空降低，蒸汽的有效焓降将减少，在蒸汽流量不变的情况下发电机出力下降，在发电机出力不变的情况下，机组的蒸汽流量将增大，机组经济性下降，对于高井3号机组的主蒸汽流量是352.16t/h，大修前试验为349.44 t/h，大修后试验结果为349.73 t/h，可见机组的蒸汽流量没有增大，不是机组经济性下降的原因；另一方面机组真空降低，排汽缸温度上升，机组冷源损失增大，循环热效率降低。一般情况下，真空度每变化1%，可使热耗率变化0.7～1%，煤耗变化约1g/kW.h。3号机大修期间，对空气系统、腹水系统的相关截门都做了详细的检查，解体检查瓦洛口、门座口无异常，更换胶皮垫，重新加盘根，开关灵活，均无泄漏。在大修后的设备试运时，#3机凝汽器及真空系统上水查漏评价是优。

拿2008年9月来说，高井3号机汽机真空度93.44%，比去年同期下降0.42%。由于9月针对机组经常发生复水硬度高、导电度高、溶氧高、凝汽器铜管微漏情况，实施查漏消缺及加锯末处理措施。同时也影响到3号机组真空度下降，导致机效率下降。9月汽机真空严密性指标完成260pa/min，虽然与去年同期比上升了20pa/min，但是与设计标准400 pa/min相比真空严密性指标还是保持在较好水平。

2009年4月高井3号机汽机真空度94.43%，比大修前上升了0.42%。3号机组真空度上升，使得机效率上升。2009年4月份3号机大修后汽机真空漏率指标完成140pa/min，比大修前下降了120pa/min，远远低于设计标准400 pa/min，真空严密性指标有了突出的表现，使3号机组的经济性大大提高，但是大修期间并未发现大的漏点，在逐一对管阀进行检查后只是例行换了相关的附件，不能说明真空系统对高井3号机经济性的影响有多大。

3.3 机组回热系统运行情况对经济性的影响

回热系统是指从汽轮机某些级中抽出部分作过功的蒸汽用来加热送往锅炉的给水以提高给水温度的系统。是最早也是最普遍用来提高机组效率的主要途径。一般针对回热系统开展研究时，都是通过试验数据计算热经济指标。

首先回热系统运行不正常表现为给水温度降低、各段抽汽参数不正常等方面。2008年9月性能试验时监测到给水温度完成210.70℃，比去年同期下降2.30℃，比设计值224少了11℃。给水温度降低造成给水在锅炉中吸热量增大都将使得机组热经济性降低。但是2009年4月性能试验时监测到给水温度完成209.20℃，与大修前差距不大，依然比设计值少了14.8℃，可见检修中并未真正解决给水温度低的问题，这方面依然对热经济性产生着影响。

对单位质量的抽汽而言，低压抽汽回热做功将大于高压抽汽，所以在多级回热系统中，应尽可能多利用低压抽汽来代替高压抽汽，如回热系统工作不正常，使得部分本级蒸汽流入低一级抽汽中，高压抽汽排挤低压抽汽，造成机组热经济性降低。在高井3号机中就发现了这种情况，大修时，汽机队本体班经过测量发现高压隔板第3、4、5、7、9、11、12、14级复环汽封间隙超标，标准1―1.35mm，第七级最大达到2.4mm。于是重新镶齿，加工径向间隙，达到标准要求。通过大修后的试验数据来看，由于机组大修期间进行了汽封间隙调整，各段抽汽温度较大修前平均降低5.5℃左右，使得机组做功能力提高，达到了节能的效果。说明#3机组大修对汽封间隙的调整取得了一定效果。

3.4 机组主、再热蒸汽参数对经济性的影响

大修前2008年9月3号机主蒸汽温度偏低（532-533℃）。主要由于#1、#3炉主蒸汽温度低（双炉运行带单机时）；#5、#8炉启停影响造成。机组主、再热蒸汽温度、压力降低，蒸汽的有效焓降将减少，在蒸汽流量不变的情况下发电机出力下降，在发电机出力不变的情况下，机组的蒸汽流量将增大，机组经济性下降。

大修后2009年4月3号机主蒸汽温度依然维持运行值偏低1-3℃的程度。还是由于1号、3号炉主蒸汽温度低（双炉运行带单机时）；5号、6号机组运行时间短，机组启停影响主蒸汽温度变化，造成主蒸汽温度低。机组主、再热蒸汽温度、压力降低，蒸汽的有效焓降将减少，在蒸汽流量不变的情况下发电机出力下降，在发电机出力不变的情况下，机组的蒸汽流量将增大，机组经济性下降。但是由于3号机组大修前后主蒸汽温度变化不大，所以不是对其经济性起主要影响。

3.5 机组通流部分效率对经济性的影响

通流部分效率指各汽缸实际焓降与理想等熵焓降的比值，如通流部分结垢、堵塞，轴封、汽封间隙过大等原因将造成机组通流部分效率下降，直接影响机组热经济性，严重时还将影响机组出力。

老机组受当时设计、制造等方面的制约，通流部分效率普遍较低。一些老汽轮机，其额定工况下低压缸效率只有75%左右，通过低压缸通流部分改造后可提高到87%以上，机组热耗率下降近500 kJ/kW.h，可以看出，通流部分效率对机组热经济性影响是非常大的。

大修中调整高压部分汽封及通流部分间隙的工作主要是三部分：1）汽封径向膨胀间隙（对口间隙）偏大，去小背弧处理；2）高压信号汽封（三道）磨损严重，更换新汽封；3）前后轴封、隔板汽封汽退让间隙检查，全部大于2mm， 合格。整圈膨胀间隙调整，在合格范围以内（0.20―0.30mm）。

大修中调整低压部分汽封及通流部分间隙的工作主要是四部分：1）汽封径向膨胀间隙（对口间隙）普遍偏大，去小背弧处理；2）第20、25级复环汽封改为蜂窝式汽封；3）低压前后轴封最外道汽封腐蚀严重，在拆卸过程中损坏，整圈更换新汽封；4）前后轴封、隔板汽封汽封块退让间隙全部大于2mm，合格。整圈膨胀间隙在合格范围以内（0.20―0.30mm）。

通过对汽封及通流部分间隙的调整，大修前汽机效率为36.5%，大修后汽机效率为37.87%，有了明显的提高，可见使得试验后的修正热耗也有所提高，对热经济性有一定的影响。

3.6 机组泄漏情况及疏放水系统对经济性的影响

机组泄漏分为两种情况：外漏及内漏。

机组外漏是指由于管道或系统的不严密，造成汽、水泄漏出热力系统。随着这些工质的损失，伴随着各种品味的能量损失。

高压缸结合面揭缸时无明显冲刷痕迹。进行严密性检查，在未紧螺丝的状态下，高压缸前部两侧第三、四条螺丝处最大间隙0.35mm，修刮结合面并用油石打磨；隔条紧螺丝，后轴封处两侧0.25mm间隙，修刮后合格；隔条紧螺丝全部0.05mm塞尺不进。合格后用油石抛光。保证高压缸系统的严密性，减少过热蒸汽泄漏。高压缸结合面修刮后，隔一条紧一条螺丝全部0.05mm塞尺不进，达到标准要求。

内漏是指由于阀门不严密，造成汽、水在热力系统中由高参数系统漏至低参数系统，虽然不像外漏有能量流出热力系统外，但这些工质只参加了低参数的热力循环，降低了工质的做功能力，使得机组热经济性下降。

经过大修，机组不明漏率（0.35%）较大修前降低，机组热经济性得以提高，机组泄漏情况及疏放水系统对经济性的影响较大。

四、结论

本次论文主要工作是对大唐国际发电股份有限公司北京高井热电厂3号汽轮机组热经济性的分析工作，首先一个重要的部分就是性能试验，在试验所需100MW和80MW工况的情况下又分别做了两次测试，通过压力变送器和差压变送器得出了压力和流量差压等数值，再通过机组本身附带的温度测点得到了实时温度数值，随后通过计算公式得出计算结果，这些调查工作所得的数据都是机组运行状态做出的最直白的呈现，等待我们对病症进行分析，诊断。

通过对3号机组2008-2009年热经济性的分析得出如下结论：

1、机组回热系统运行情况：分析认为给水温度降低、各段抽汽参数不正常可能是回热系统运行不正常的表现。通过大修发现给水温度值依然呈现较低的水平，与设计值有一定的差距，但是大修没有能够找到问题的要点，没有决绝，是要因。各段抽汽参数不正常可能是由于高压抽汽排挤低压抽汽造成的，这一点通过揭缸得到了验证，高压隔板多级复环汽封间隙超标，在大修中进行了调整。说明回热系统的运行不良是造成热经济性低的主要问题。

2、机组通流部分效率：分析认为通流部分结垢、堵塞，轴封、汽封间隙过大等原因都将造成机组通流部分效率下降，直接影响机组热经济性，检修时果然发现高低压缸的许多通流部分间隙和汽封间隙都偏大，通过调整达到合格范围，在大修后汽机效率就有了提高，说明通流部分效率对热经济性影响较大。

3、机组泄漏情况：由于大修前机组不明漏率为-0.1%，数据有多方原因：测试仪表可能有问题；机组管道有泄漏情况。通过检修发现高压缸间隙多处不合格，还有，凝汽器管道严重腐蚀产生泄漏，另外，各别阀门也冲刷严重，这些严重影响了严密性，大修期间，对以上问题进行了整改，保证了系统的严密性，减少了过热蒸汽的泄漏。通过大修后试验数据可见不明漏率水平优秀。说明机组泄漏对热经济性影响较大。

上世纪末，电力工业的主要发展方向是市场化改革，经过近十年的变革，现在，随着电力市场的开发和完善，发电企业逐渐正演变为独立的发电公司，真正成为电力市场中的竞争主体。在发电企业走向市场，实现根本转变的过程中，作为企业管理的一个重要方面，各项生产经营管理指标的统计分析工作将愈来愈发挥着重要的作用，尤其对于热经济性的热耗、煤耗分析更是重中之重，这些数据的分析直接影响着机组的经济运行成本，近年来，国内的故障诊断、在线监测和专家系统及软件包方面做了许多工作，但距离提高机组安全、稳定、经济运行的要求还有一些差距，希望在不远的的将来我国电力机组有更加快速的发展，其的热经济分析系统能够更加完善。

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