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科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON 2008NO .07
SC I ENCE &TECH NO LOG Y I NFOR M A TI O N 工业技术
随着国民经济的发展和国家能源政策及产业结构的改变，生产用电比例逐渐下降，生活、市政用电比例逐渐上升，导致电网负荷的峰谷差越来越大，电网对调峰的要求越来越迫切，大型火电机组低负荷运行的时间越来越长，也就是说，大容量机组必然要参与电网的调峰。这对大型机组的运行方式提出了较高要求，即在保证安全可靠的基础上，机组在额定负荷和低负荷都要具有较高的热经济性。参与调峰时，机组采用不同的运行方式对机组的安全、经济运行有重大影响，其调峰运行方式的选择对电厂及电网都具有重要意义。
发动机启停技术当前国产大机组的调峰方式主要有低负荷运行、两班制运行和发动机工况运行3种方式。低负荷运行是一种传统的调峰方式，其调峰能力往往受到自身性能的限制。两班制运行是指机组根据电网日负荷曲线的分配规律，白天正常运行，夜间电网负荷低谷时停运，次日清晨再重新启动并网。发动机工况运行方式就是停炉不停机，发电机不解列、不脱网，发电机从电网中汲取必要的电能以克服汽轮机的机械损失和摩擦鼓风损失，而发电机依然转动，并带着汽轮机以额定转速转动。
1变负荷调峰运行方式
通过改变机组的负荷来适应电网负荷变化的方式称为变负荷调峰。变负荷调峰就是在电网高峰负荷时间，机组在铭牌出力或可能达到的最高负荷下运行；在电网的低谷时间，机组在较低的负荷下运行；当电网负荷变化时，还要以较快的速度来升降负荷。
这种以改变机组负荷来满足系统需要的运行方式，它主要是通过改变主蒸汽压力(滑压运行)或改变调节阀门的开度(定压运行)来实现。这种运行方式，其调峰能力受到锅炉低负荷燃烧稳定性的限制。低负荷运行方式机动性相对两班制运行要好一些，按照西安热工研究院的试验，负荷变化率可到3%/m i n，考虑到不同机组的具体情况有所不同，取负荷变动率2%/m i n 的话，则半小时内就可调整60M W 负荷。低负荷运行最大的缺点是经济性较差，这主要是由于国产200M W 机组是按照带基本负荷设计后，当机组负荷低于70%时效率开始急剧下降，当夜间负荷降至其可能的最低值时，效率会降至很低，经济性很差。
2两班制调峰运行方式
所谓两班制调峰运行方式，就是通过启、
停部分机组进行电网的调峰，即在电网低谷期
间将部分机组停运，在次日电网高峰负荷到来之前再投入运行，通常这些机组每天停运6～8小时。另有一些机组在每星期低峰负荷时间(星期六、日)停运，其他时间运行。这是一种全负荷调峰方式，调峰幅度大，夜间停机后机组维护简单，在西欧被广泛应用。国外用于两班制调峰运行的机组，在设计中对主、辅机和热力系统都从结构和启停性能方面做了特殊的考虑，可以适应频繁的启停，而且操作简便可靠。但对于大部分原设计带基本负荷的国产机组来说，实行两班制调峰运行方式时，安全性是最突出、最严峻的问题。以200M W 汽轮机为例，说明如下:
(1)汽轮机的轴端圆槽在频繁的启停中通常会产生应力集中，严重的会产生裂纹。
(2)汽轮机在频繁启停和升降负荷过程中(定压运行)调速系统的晃动和油动机的卡涩尤为严重，机组低载运行的稳定性一般比高载时差，但高载运行稳定的机组在低载和启停时就不一定稳定，突发事故率很高，影响了它的调峰性能，特别难以适应启停频繁的两班制运行方式。
(3)两班制运行启停频繁，温度变化大，汽缸与转子相对膨胀差也大，由于热态启动时转子受到冷却，汽封的供汽温度偏低引起转子轴向收缩，使机组出现负胀差，直接危及调峰的安全可靠性。汽机停机后，金属部件的冷却速度不同，上下汽缸的保温条件也不同，温差引起动静间隙变化，给热态启动带来困难，甚至引起事故，如大轴弯曲、动静部分摩擦等。试验资料表明，上下汽缸每差10℃，汽缸挠曲0.10m m ～0.15m m ，温差过大将使大轴旋转时与汽封摩擦引起转子弯曲。在机组启停过程中，汽包内
饱和蒸汽压力和温度有较大幅度的变动，而且由于汽水导热率不同以及汽包结构因素的影响，汽包壁不同部位存在温差，并产生热应力。
一般认为两班制运行经济性最好，但由于以上分析中所指出的国产机组因为设备和热力系统方面的原因，使热态启动时间过长，一般为3h ～6h，经济性未必比其它两种调峰方式好。两班制运行由于要启停机组，操作工作量相当大，一台100M W 机组启停一次就有200多项重要操作。要使国产大型机组适应两班制运行方式，需要对汽轮机作一系列的技术改造。
3发动机工况运行调峰方式
在利用低负荷运行与两班制运行方式承担调峰任务时，不同程度地出现了启停寿命损
耗大、升速慢、安全性差、低负荷经济性差等问题。为了更好地发挥这些机组在电网中的作用和延长其使用寿命，对于这些机组采用发动机工况运行方式进行调峰不失为一种好方法。发动机工况运行方式停炉不停机，发电机不解列、不脱网，主汽阀及调节阀关闭，而发电机依然转动，并带着汽轮机以额定转速转动。此时，发电机从电网中汲取必要的电能以克服汽轮机的机械损失和摩擦鼓风损失，因而发电机实质上已经成为电动机在运行，故名为发动机工况运行方式。在发动机工况下的汽轮机组通流部分和主要部件具有合理的温度和应力分布，处于良好的高速旋转热备状态，寿命消耗低。在汽轮机再次启动加载时，就不必将它加速到额定转速并使之与电网同步，这样，就可简化并加速启动过程。另外，这种方
式都是在全容量范围内进行调峰的。
汽轮机在发动机工况下运行时，必须通入少量蒸汽以冷却通流部分。在发动机工况下中压缸所需的冷却蒸汽量与背压有关，背压越高，所需的冷却蒸汽量越大，其流量一般是额定流量的1.17～4.81％。冷却蒸汽发出的功率和背压与注入中压缸的蒸汽量有关，当冷却蒸汽量增加及背压减小时，发出的功率显著增加。在发动机工况下应尽量提高凝汽器的真空度，以使叶轮在较低的密度工质中旋转，减少汽轮机通流部份内级组的摩擦鼓风损失，降低功率损耗。
在采用发动机工况时，调节级后蒸汽温度保持在较高的水平，对高压缸的前面几级的冷却亦要缓和得多。在实施发动机工况时，省略了盘车、启动升速以及同步等步骤，从而排除了高压缸在蒸汽流量小以及调节级部位热降膨胀大的时段工作。因此采用发动机工况，金属的低周疲劳寿命损耗不再是限制机组参与调峰运行的条件。
4三种调峰方式的比较
4.1安全性
在允许的负荷变化范围内，采用变负荷运行方式，不论从设备使用寿命和操作的安全性来看都是最好的。发动机工况运行方式与变负荷运行方式相似，安全性同样很好。两班制调峰运行方式涉及的安全问题最多，操作量也很大，对机组的寿命损耗也最大，致使事故率增加，所以安全性能较差。4.2经济性
汽轮机在低负荷运行时，因偏离设计工况，效率将随之降低，一般机组当负荷低于%时,
国产汽轮机调峰运行方式的选择
林永进
(浙江商业职业技术学院浙江杭州
310053)
摘要：阐述了火力发电厂大型汽轮机调峰运行的必要性，论述了国产汽轮机三种调峰方式的特点并进行了分析比较，指出电厂应根据自己的机组情况和技术力量，选择合适的调峰运行方式，在条件允许的情况下对机组采用发动机工况运行方式进行调峰是一种较好的调峰方法。
关键词：汽轮机调峰低负荷两班制发动机工况中图分类号:TM 6文献标识码:A 文章编号:1673-3791(2008)03(a )-0013-021C E CE ECH A 70
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效率就开始下降，当采用变负荷调峰方式时，电网低谷负荷期间，汽轮机负荷降到尽可能低的负荷运行是很不经济的，所带来的经济损失和低负荷运行的时间成正比。对两班制调峰方式的机组，其能量损失对既定机组的既定启动方式来说近似为常数，这里所说的能量损失包括启停过程中的燃料消耗、厂用电消耗和工质的消耗，可以通过试验或计算的方法求得。要对这两种方式的经济性能进行比较，存在着一个临界时间，即在低负荷运行恰好到达这一临界时间时，低负荷运行所带来的经济损失等于两班制调峰所造成的经济损失，超过这一临界时间后，低负荷运行所带来的损失将大于两班制调峰的损失。对于一个电厂，在电网低谷期间如何确定机组的调峰方式，使整个电厂运行最为经济，取决于机组低负荷允许的经济性能、机组启停或工况转换的损失，以及低负荷调峰运行的时间。汽轮机在发动机工况下运行时，需要消耗少量的电力和冷却蒸汽。4.3运行操作量
显然，变负荷运行方式和发动机工况下运行方式操作量小。变负荷运行方式在30%额定负荷范围内改变负荷，一般不需要对系统和辅机进行操作。发动机工况下运行方式操作量也较小。两班制调峰运行则要进行启停机的全过程操作，如100M W 机组启停一次约有200多项重要操作。
4.4调峰幅度及机动性
两班制调峰方式的调峰幅度能达到100%，而变负荷调峰方式在锅炉不投油助燃的情况下，一般调峰幅
度只能达到30～40%，同时还要受煤种变化的制约。从调峰幅度看，两班制调峰运行方式较变负荷调峰方式更具有优越性。变负荷运行方式通常可将负荷变化率控制在(2～5)%/m i n 的范围内，在20m i n 以内即可机组负荷40%以上。两班制调峰方式从锅炉点火到汽机带满负荷约需160～220m i n 。变负荷调峰运行方式的机动性明显优于两班制调峰方式。汽轮机在发动机工况下运行时，调峰幅度与两班制调峰方式一样能达到100%，但机动性优于两班制调峰方式。
5结语
随着国家宏观调控及近几年电力工业的发展，用电结构发生了巨大的变化，电网负荷昼夜峰谷差越来越大。机组参与调峰日益频繁，且调峰形式多样，有低负荷调峰、两班制调峰和发动机工况运行方式调峰等方式。电厂应根据自己的机组情况和技术力量，选择合适的调峰运行方式。在利用低负荷运行与两班制运行方式承担调峰任务时，不同程度地出现了启停寿命损耗大、升速慢、安全性差、低负荷经济性差等问题。为了更好地发挥这些机组在电网中的作用和延长其使用寿命，对
厂用电率。
3凝汽器真空度
直接空冷机组排汽系统都是真空系统，体积庞大，管道直径大，焊缝长，接口多，要实现高真空十分困
难，影响机组运行经济性。内蒙古该电厂#3、#4湿冷机组与#5、#6空冷机组2006年运行真空度统计值如下表:
由表3数据可知，直接空冷机组真空度年均值86.6%较同类型湿冷冷机组92.9%低6.3%，导致煤耗偏高1-2ｇ/(ｋＷｈ)，影响机组运行经济性。经现场调研及分析，认为影响机组真空度的原因主要是进口空气的流量和温度变化及真空系统的严密性差导致。其中进口空气的温度主要由当地自然条件决定，随季节、气候变化，进口空气的流量可通过调节空冷风机实现。为保证真空系统严密性，空冷散热器连接部位要牢固，焊缝要致密，还应发展有效的大面积真空检漏方法，能够及时发现并解决空冷岛运行过程中的真空泄露问题。
4汽轮机热耗
汽轮机热耗值是反映汽轮机运行水平的主要技术经济指标，空冷机组由于背压平均值高且变幅大，一般其热耗值较同类型湿冷机组偏高，内蒙古该电厂#3、#4湿冷机组与#5、#6空冷机组2006年运行热耗统计值如下表:
由表数据可以看出，空冷机组热耗值较湿冷机组6h 偏高228kJ/kw h，影响煤耗(5～6g)/(ｋＷｈ)。
空冷汽轮机与湿冷汽轮机的主要差别集中在排汽端，特别是反映在末级叶片的设计上，由于我国投运汽
轮机在末级叶片的设计上仍存在问题，建议企业联合生产厂家对汽轮机进行通流部分改造，降低漏汽损失，提高汽轮机作功能力，从而提高机组运行的经济性。
5年节水量
直接空冷机组由于以环境空气作为汽轮机排汽的冷却介质，与湿冷机组相比，没有冷却塔蒸发，风吹及排污损失，比水冷机组节约了大量循环系统耗水量，且机组单机容量越大，节水率愈高，节水量也越大。
该厂2006年全厂水平衡试验数据：全厂6台机组运行(4台湿冷,2台空冷)，全年用水量为3194×104t ，发电量为21.4×106M W h，计算出#1～#6机组发电综合水耗率为1.49k g /k W h ;4台湿冷机组的用水量为
2723.5×104
t ，发电量为14.2×106M W h，计算出湿冷机组的发电综合水耗率为1.91kg/kW h(=0.53m 3/S GW );2台空冷机组的用水量为372.5×104t ，发电量为7.1×106M W h，计算出空冷机组的发电综合水耗率为0.52k g /k Wh (=0.14m 3/S G W )。可以看出，该厂2006年5、6号空冷机组年耗水量比同类型湿冷机组节约996×104T，每台空冷机组年节水483×104T ，每小时节水55T，比湿冷机组节水%。
于这些机组采用发动机工况运行方式进行调峰不失为一种好方法。
参考文献
[1]裴功杰，等.汽轮机调峰及运行[J].中国科
技信息,2006,19.[2]张剑军.N _((C ))100—90/535型汽轮机
调峰方式简析[J ].内蒙古科技与经济,2004,14.
[3]阚伟民，等.茂名热电厂国产100M W 机组
两班制起停方式调峰的试验研究[J].广东电力,2005,02.[4]冯岩.200M W 机组采用启停方式调峰的可
行性分析[J]，佳木斯大学学报(自然科学版),2005,04.
[5]张志明，等.大型汽轮发电机组调峰的综合
评价与优化分析[J].中国电力,2004,03.[6]田川.国产引进型300M W 汽轮机起停调峰
运行的问题及对策[J].热力发电,2004,09.
6结语
通过分析直接空冷机组主要技术经济指标与同类型湿冷机组存在的差距及产生原因，为直接空冷机组降低发电煤耗指出了方向，对提高空冷机组运行经济性具有重要意义。目前，影响空冷机组煤耗的主要因素有气温、大风、防冻和运行方式等，今后应继续研究提高空冷机组运行经济性的途径，在不影响防冻的前提下尽量降低冷却水温；维护好空冷系统的冷却设备，确保冷却效果；及时从机组运行数据中发现问题，使空冷机组始终处于或接近于最佳状态运行。
参考文献
[1]丁尔谋主编.发电厂空冷技术.北京：水利
电力出版社,1992.
[2]谢滨.大型空冷电站的经济性分析.电力
系统装备,2003(2):29～30.
[3]那小桃，郝卫，王宏格.电站直接空冷系统
设计探讨[J]电力学报,1999,14(1):8～11.
[4]王佩璋，徐明.600ＭＷ空冷机组直接空冷
散热器与风机的新进展[J].电站辅机,2003,(1):12～15.[5]胡尊立.从Ｗｙｏｄａｋ电厂看严寒缺水地区
发展直接空冷的可行性[J ].中国电力,2002,35(9):10～13[6]雷平和.600M W 机组直接空冷系统风机
噪声问题.中国电力,2004(6):60～62.
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