煤耗排序試驗(yàn)中過橋漏汽量的處理和研究

阮圣奇

（中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司，安徽合肥230031）

煤耗排序試驗(yàn)中過橋漏汽量的處理和研究

阮圣奇

（中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司，安徽合肥230031）

通過試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組的煤耗排序，是國家倡導(dǎo)節(jié)能發(fā)電的重要方式。在試驗(yàn)過程中，汽輪機(jī)過橋漏汽量的處理方式將影響煤耗排序的結(jié)果。分析了目前兩種主要的過橋漏汽量處理方式，提出其存在問題及不適合煤耗排序試驗(yàn)的原因。同時(shí)，提出一種基于基準(zhǔn)值的過橋漏汽量處理方法，經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算，該處理方式既簡單又不增加試驗(yàn)費(fèi)用，具有明顯的節(jié)能效果。

發(fā)電；煤耗；節(jié)能；過橋；漏汽量；試驗(yàn)；排序；基準(zhǔn)值

0 概 述

國家發(fā)改委提出為提高電力工業(yè)能源使用效率，減少環(huán)境污染，促進(jìn)能源和電力結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，改革現(xiàn)行發(fā)電調(diào)度方式，開展節(jié)能發(fā)電調(diào)度，對于減少能源消耗和污染物排放，推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展，具有重要意義[1]。火電廠煤耗排序試驗(yàn)的目的，是對電網(wǎng)調(diào)度區(qū)域內(nèi)的火電機(jī)組按照供電煤耗率高低進(jìn)行排序，排名靠前的機(jī)組，也即供電煤耗率低的火電廠，將增加其發(fā)電量，相反，供電煤耗率高則相應(yīng)減少其發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能發(fā)電優(yōu)化調(diào)度，從而降低區(qū)域火電廠平均能耗水平。同時(shí)，促進(jìn)電廠節(jié)能降耗工作的展開。

煤耗排序試驗(yàn)是通過電廠鍋爐和汽輪機(jī)組的熱力性能試驗(yàn)，計(jì)算出各機(jī)組汽輪機(jī)熱耗率、鍋爐效率，以及機(jī)組的供電煤耗率。利用精確的試驗(yàn)方法，對煤耗率不同的機(jī)組，確定其能耗的相對高低。因此，在試驗(yàn)過程中，對各種問題的處理方式，必須保證其準(zhǔn)確性和公平性。

目前，大部分機(jī)組的汽輪機(jī)均為高、中壓合缸結(jié)構(gòu)。汽輪機(jī)的熱耗率試驗(yàn)涉及高、中壓缸過橋漏汽量（簡稱過橋漏汽量）的計(jì)算。過橋漏汽量的處理方式，直接影響試驗(yàn)結(jié)果和機(jī)組的煤耗排序，現(xiàn)討論兩種常用處理方式的不適應(yīng)性，并提出新的解決辦法。

1 過橋漏汽量對試驗(yàn)結(jié)果影響分析

在汽輪機(jī)熱耗率計(jì)算中，過橋漏汽量的處理計(jì)算，主要受冷熱再蒸汽流量計(jì)算的影響，如式（1）所示：

式（1）中：Gcrh—冷再熱蒸汽流量，kg/h；

G1—1號高加流量，kg/s；

G2—2號高加流量，kg/s；

Ga—高壓缸門桿及軸封漏汽量，kg/h；

Ggq—過橋漏汽量，kg/s。

汽輪機(jī)熱耗率計(jì)算（以600 MW超臨界機(jī)組為例），如式（2）所示：

式（2）中：HR—試驗(yàn)熱耗率，kJ/k W·h；

Gms—主蒸汽流量，kg/s；

hms—主蒸汽焓，kJ/kg；

Gfw—主給水流量，kg/s；

hfw—最終給水焓，kJ/kg；

Ghrh—熱再蒸汽流量，kg/s；

hhrh—熱再熱蒸汽焓，kJ/kg；

Gcrh—冷再蒸汽流量，kg/s；

hcrh—冷再熱蒸汽焓，kJ/kg；

Gzjs—再熱減溫水流量，kg/s；

Gzjs—再熱減溫水流量，kJ/kg；

hzjs—再熱減溫水流量焓，kJ/kg；

P—發(fā)電機(jī)功率，k W；

Pl—?jiǎng)?lì)磁功率，k W。

根據(jù)汽輪機(jī)熱耗率計(jì)算分析，過橋漏汽量的偏差為1 t/h時(shí)，將影響汽輪機(jī)熱耗率的計(jì)算結(jié)果，約為1 kJ/k W·h。

在試驗(yàn)過程中，有多種不同的過橋漏汽量處理方式。各種處理方式對應(yīng)的過橋漏汽量的最大偏差約為20 t/h，對應(yīng)汽輪機(jī)熱耗率和供電煤耗率計(jì)算偏差，分別約為20 kJ/kW·h、0.80 g/kW·h。

對于供電煤耗率相差較大的機(jī)組，過橋漏汽量的處理結(jié)果，可能不會(huì)影響煤耗排序的結(jié)果，但對于供電煤耗率相接近的機(jī)組，若處理方式不當(dāng)，可能造成煤耗排序的顛倒，失去煤耗排序的意義和公平性。

2 已有處理方法

目前，過橋漏汽量確定方法有兩種。（1）參考汽輪機(jī)設(shè)計(jì)熱平衡圖中過橋漏汽量數(shù)據(jù)。（2）進(jìn)行汽輪機(jī)過橋漏汽量的試驗(yàn)，計(jì)算出實(shí)際過橋漏汽量。

2.1 參考設(shè)計(jì)熱平衡圖

部分機(jī)組在THA工況下，汽輪機(jī)過橋漏汽量的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 部分機(jī)組THA工況汽輪機(jī)過橋漏汽量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)［2-6］

過橋漏汽量參考設(shè)計(jì)熱平衡圖的做法，是按設(shè)計(jì)值并與主蒸汽流量成正比的關(guān)系進(jìn)行確定，該處理方式存在兩個(gè)主要問題。

（1）首先，根據(jù)表1提供數(shù)據(jù)分析，各廠家提供的汽輪機(jī)過橋漏汽量大小不一，彼此相差較大，設(shè)計(jì)值是否可信，存在質(zhì)疑，以此為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果存在準(zhǔn)確性和公平性等問題。

（2）其次，煤耗排序試驗(yàn)的時(shí)間不統(tǒng)一，每年四季中均有可能安排試驗(yàn)。相同機(jī)組同一負(fù)荷下，如夏季試驗(yàn)與冬季試驗(yàn)時(shí)相比，其主蒸汽流量偏大約5%～6%，由于計(jì)算采用與主蒸汽流量成正比的關(guān)系確定過橋漏汽量，對應(yīng)的過橋漏汽量也將偏大5%～6%，存在較大誤差。

若2臺(tái)機(jī)組的性能相同，但由于試驗(yàn)時(shí)間分別安排在夏季或冬季，根據(jù)熱耗率計(jì)算原理，安排在夏季進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果將優(yōu)于冬季試驗(yàn)的結(jié)果，計(jì)算所得的結(jié)果不合理。

汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的過橋漏汽量與實(shí)際運(yùn)行中的過橋過橋漏汽量還存在偏差。常用的過橋漏汽量計(jì)算原理[7]，如式（3）所示：

在式（3）中：ΔG—漏汽量，kg/s；

μp—流量系數(shù)；

Ap—漏汽面積，m2；

P0—汽封前蒸汽壓力，Pa；

PZ—汽封后蒸汽壓力，Pa；

Z—汽封齒數(shù)，n；

υ0—蒸汽比容，m3/kg。

汽輪機(jī)安裝運(yùn)行后，根據(jù)式（3）原理，在同樣負(fù)荷下，實(shí)際過橋漏汽量取決過橋軸封類型及過橋汽封軸封的磨損情況。

若采用高、中壓合缸結(jié)構(gòu)，因高、中壓轉(zhuǎn)子合并，轉(zhuǎn)子變長，中間弧垂變大，且此處溫度亦較高，在啟停及負(fù)荷變化過程巾，中間的過橋軸封處易產(chǎn)生碰磨，導(dǎo)致漏汽量增大。

若參考設(shè)計(jì)熱平衡圖進(jìn)行計(jì)算，就不能考慮汽輪機(jī)啟動(dòng)和長期運(yùn)行對過橋汽封的影響。較為粗糙的方法，是采用汽輪機(jī)廠家提供的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。根據(jù)機(jī)組檢修和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，過橋漏汽量與機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行時(shí)間長短，以及汽輪機(jī)組變工況運(yùn)行等息息相關(guān)，往往比設(shè)計(jì)值大。若汽輪機(jī)剛經(jīng)歷大修，并在大修中更換過橋漏汽軸封，則在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，使過橋漏汽量與設(shè)計(jì)值相近，甚至比設(shè)計(jì)值小。

根據(jù)分析，采用參考過橋漏汽量設(shè)計(jì)值的方法，會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果，不適合煤耗排序試驗(yàn)。

2.2 過橋漏汽量試驗(yàn)

目前，我國主要是通過測量過橋漏汽量的方法，進(jìn)行過橋漏汽率的試驗(yàn)（亦稱變汽溫試驗(yàn)）。

美國ERPI公司于1984年，首先公開發(fā)表了過橋漏汽率計(jì)算試驗(yàn)的研究結(jié)果。我國在引進(jìn)西屋300 MW汽輪機(jī)的鑒定試驗(yàn)中引入了這一方法[8]。該方式主要是通過2次不同汽溫工況下的試驗(yàn)，求解的基本思路，是認(rèn)為2次工況下中壓缸的效率不變。

圖1和表2為典型過橋漏汽率試驗(yàn)結(jié)果[9]。

圖1 典型過橋漏汽率試驗(yàn)結(jié)果

表2 典型過橋漏汽率試驗(yàn)結(jié)果

由于要保證2次試驗(yàn)工況中壓缸效率不變，試驗(yàn)時(shí)的要求為：

（1）2次試驗(yàn)工況下機(jī)組的負(fù)荷不變。

（2）主要運(yùn)行參數(shù)，如主蒸汽壓力、主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度等，在試驗(yàn)過程中要保持穩(wěn)定，盡量減小其波動(dòng)。

（3）盡量減少再熱減溫水用量。

（4）主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度拉開足夠的差距。

（5）在試驗(yàn)過程中，盡量保持高調(diào)門位置不變，或者在試驗(yàn)前，將高調(diào)門開度進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整固定。

若通過試驗(yàn)計(jì)算出過橋漏汽量，試驗(yàn)要求高，影響因素多。例如在試驗(yàn)過程中，要盡量保持主汽溫度和再熱汽溫度的穩(wěn)定、主汽溫度和再熱汽溫度拉開足夠的差距、汽輪機(jī)高調(diào)門開度必須處于固定開度、鍋爐煤質(zhì)穩(wěn)定等等。這一系列要求，在試驗(yàn)中往往無法同時(shí)滿足，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的相對誤差大，不確定性較高。

根據(jù)分析，在煤耗排序試驗(yàn)中，過橋漏汽量若采用過橋漏汽率試驗(yàn)確定，首先是增加了試驗(yàn)費(fèi)用，其次，因試驗(yàn)條件苛刻，試驗(yàn)結(jié)果不夠精確，因而，該處理方式不適合于煤耗排序試驗(yàn)。

3 基準(zhǔn)值處理方式

針對試驗(yàn)方法的不足，現(xiàn)提供一種適合于煤耗排序試驗(yàn)的過橋漏汽量計(jì)算方法，保證了計(jì)算的準(zhǔn)確性，同時(shí)不增加試驗(yàn)費(fèi)用。

利用基準(zhǔn)過橋漏汽率，以此為基準(zhǔn)值，所有參與煤耗排序機(jī)組在開展試驗(yàn)時(shí)，均采用此基準(zhǔn)值計(jì)算過橋漏汽量。

收集所有參與煤耗率排序的同等級機(jī)組汽輪機(jī)的熱平衡圖，匯總出各汽輪機(jī)設(shè)計(jì)過橋漏汽率K1、K2、K3、…Kn，并取各設(shè)計(jì)過橋漏汽率和的平均值1.5倍為過橋漏汽率基準(zhǔn)值，計(jì)算公式為：

以式（4）的計(jì)算結(jié)果K為基準(zhǔn)值，迭代計(jì)算汽輪機(jī)熱耗率，并以此熱耗率計(jì)算機(jī)組的供電煤耗。

將汽輪機(jī)熱耗率計(jì)算公式進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)化，得式（5）、式（6）。

迭代計(jì)算過程為首先假定一個(gè)過橋漏汽量Ggq，利用式（5）計(jì)算首次熱耗率。

根據(jù)假定的過橋漏汽量Ggq，利用公式（6），計(jì)算出對應(yīng)過橋漏汽率Kx，若Kx比基準(zhǔn)值K大，則減小過橋漏汽量Ggq，反之則增大Ggq。隨后開始第二次迭代計(jì)算，直至過橋漏汽率Kx和K相差在允許范圍內(nèi)，迭代計(jì)算結(jié)束。以最后一次迭代的過橋漏汽量Ggq計(jì)算的熱耗率HR為煤耗排序試驗(yàn)結(jié)果。

在煤耗排序試驗(yàn)中，取一個(gè)合理的過橋漏汽率K，所有同等級機(jī)組以此為基準(zhǔn)參與機(jī)組供電煤耗計(jì)算。假若A機(jī)組實(shí)際過橋漏汽率KA比基準(zhǔn)值K大，而在煤耗計(jì)算中仍然采用基準(zhǔn)值K計(jì)算，根據(jù)上述分析，則計(jì)算出的機(jī)組供電煤耗比實(shí)際值偏大。反之，A機(jī)組實(shí)際過橋漏汽率KA比基準(zhǔn)值K小，則根據(jù)基準(zhǔn)值K計(jì)算出的機(jī)組供電煤耗比實(shí)際值小。

過橋漏汽率的實(shí)際值大，表明汽輪機(jī)過橋汽封磨損嚴(yán)重，可能是機(jī)組啟動(dòng)不當(dāng)、機(jī)組變工況的速度過快、機(jī)組檢修效果不佳等等，本質(zhì)為機(jī)組節(jié)能工作不完善。根據(jù)上述分析，采用此方法后，在機(jī)組煤耗排序試驗(yàn)中計(jì)算出的供電煤耗，會(huì)比實(shí)際值大，也即相當(dāng)于是機(jī)組節(jié)能工作不到位。反之，機(jī)組過橋漏汽率實(shí)際值小，表明電廠的節(jié)能工作做得好。

4 結(jié) 語

（1）基于煤耗排序試驗(yàn)的特殊性，過橋漏汽量的計(jì)算結(jié)果，將影響試驗(yàn)結(jié)果，因而應(yīng)慎重選擇處理方式。

（2）采用參考過橋漏汽量設(shè)計(jì)值的方法，存在準(zhǔn)確性和公平性問題，不適合煤耗排序試驗(yàn)。

（3）對機(jī)組采用過橋漏汽率試驗(yàn)，增加了試驗(yàn)費(fèi)用，同時(shí)，因試驗(yàn)條件苛刻，試驗(yàn)結(jié)果的誤差大，精度不能夠得到保證，亦不適合于煤耗排序試驗(yàn)。

（4）提出采用基準(zhǔn)值確定過橋漏汽率，過程簡單方便，節(jié)能意義明顯，試驗(yàn)結(jié)果利于供電煤耗的合理排序，合理體現(xiàn)了機(jī)組節(jié)能帶來的收益，并可促進(jìn)電廠的節(jié)能工作。

[1]發(fā)展改革委、環(huán)?？偩?、電監(jiān)會(huì)、能源辦.發(fā)展改革委，環(huán)?？偩?，電監(jiān)會(huì)，能源辦.節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行）[M].2007.

[2]上海汽輪機(jī)廠.國電蚌埠發(fā)電有限公司汽輪機(jī)熱力特性書[D].

[3]上海汽輪機(jī)廠.大唐淮北發(fā)電廠虎山汽輪機(jī)熱力特性書[D].

[4]哈爾濱汽輪機(jī)廠.華能巢湖發(fā)電有限公司熱力特性書[D].

[5]哈爾濱汽輪機(jī)廠.大唐當(dāng)涂發(fā)電廠熱力特性書[D].

[6]東方汽輪機(jī)廠.淮浙鳳臺(tái)發(fā)電有限公司熱力特性書[D].

[7]許世誠.關(guān)于高中壓合缸汽輪機(jī)過橋汽封漏汽問題的探討[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2013，55（5）：388-390.

[8]蔣尋寒，曹祖慶.高中壓合缸汽輪機(jī)中間分隔軸封漏汽測試[J].熱力透平，2006，35（5）：84-87.

[9]阮圣奇.國電蚌埠發(fā)電有限公司2號汽輪機(jī)大修后過橋漏汽率試驗(yàn)報(bào)告[D] .

The Bridge Steam Leakage Treatment&Research in the Sorting Test of Coal Consumption

RUAN Sheng-qi
（China Datang Corporation Science and Technology Research Institute Co.，Ltd.East China Branch，Hefei 230031，Anhui，China）

It is an important method for the national advocacy of energy-saving power generation to achieve coal consumption sorting of the thermal power unit by test.Steam turbine bridge steam leakage treatment will affect the coal consumption sorting result in the test.This paper analyzes the current two main steam leakage treatment methods，putting forward the existing problems and reasons，which are not suitable for coal sort test，and then puts forward their problems and the reasons why the two methods are not suitable for the sorting test of coal consumption. Meanwhile，a method based on basic valueamount of steam leakage treatment is put forward.The approach is simple and does not increase the test cost，it also saves energy significantly through derivation calculation.

power generation；coal consumption；energy；bridge；steam leakage amount；test；sorting；reference value

TK227 61

A

1672-0210（2016）02-0027-04

2016-02-28

阮圣奇（1982-），男，研究生，總工程師，畢業(yè)于華中科技大學(xué)，從事熱力設(shè)備的節(jié)能優(yōu)化和故障診斷的研究工作。