煤耗排序試驗中過橋漏汽量的處理和研究

阮圣奇

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司華東分公司，安徽合肥230031）

煤耗排序試驗中過橋漏汽量的處理和研究

阮圣奇

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司華東分公司，安徽合肥230031）

通過試驗，實現火電機組的煤耗排序，是國家倡導節能發電的重要方式。在試驗過程中，汽輪機過橋漏汽量的處理方式將影響煤耗排序的結果。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的原因。同時，提出一種基于基準值的過橋漏汽量處理方法，經推導計算，該處理方式既簡單又不增加試驗費用，具有明顯的節能效果。

發電；煤耗；節能；過橋；漏汽量；試驗；排序；基準值

0 概 述

國家發改委提出為提高電力工業能源使用效率，減少環境污染，促進能源和電力結構調整，實現電力工業的可持續發展，改革現行發電調度方式，開展節能發電調度，對于減少能源消耗和污染物排放，推動國民經濟又好又快發展，具有重要意義[1]。火電廠煤耗排序試驗的目的，是對電網調度區域內的火電機組按照供電煤耗率高低進行排序，排名靠前的機組，也即供電煤耗率低的火電廠，將增加其發電量，相反，供電煤耗率高則相應減少其發電量，實現節能發電優化調度，從而降低區域火電廠平均能耗水平。同時，促進電廠節能降耗工作的展開。

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

目前，大部分機組的汽輪機均為高、中壓合缸結構。汽輪機的熱耗率試驗涉及高、中壓缸過橋漏汽量（簡稱過橋漏汽量）的計算。過橋漏汽量的處理方式，直接影響試驗結果和機組的煤耗排序，現討論兩種常用處理方式的不適應性，并提出新的解決辦法。

1 過橋漏汽量對試驗結果影響分析

在汽輪機熱耗率計算中，過橋漏汽量的處理計算，主要受冷熱再蒸汽流量計算的影響，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。

汽輪機熱耗率計算（以600 MW超臨界機組為例），如式（2）所示：

式（2）中：HR—試驗熱耗率，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—發電機功率，k W；

Pl—勵磁功率，k W。

根據汽輪機熱耗率計算分析，過橋漏汽量的偏差為1 t/h時，將影響汽輪機熱耗率的計算結果，約為1 kJ/k W·h。

在試驗過程中，有多種不同的過橋漏汽量處理方式。各種處理方式對應的過橋漏汽量的最大偏差約為20 t/h，對應汽輪機熱耗率和供電煤耗率計算偏差，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組，過橋漏汽量的處理結果，可能不會影響煤耗排序的結果，但對于供電煤耗率相接近的機組，若處理方式不當，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）參考汽輪機設計熱平衡圖中過橋漏汽量數據。（2）進行汽輪機過橋漏汽量的試驗，計算出實際過橋漏汽量。

2.1 參考設計熱平衡圖

部分機組在THA工況下，汽輪機過橋漏汽量的設計數據，如表1所示。

表1 部分機組THA工況汽輪機過橋漏汽量設計數據［2-6］

過橋漏汽量參考設計熱平衡圖的做法，是按設計值并與主蒸汽流量成正比的關系進行確定，該處理方式存在兩個主要問題。

（1）首先，根據表1提供數據分析，各廠家提供的汽輪機過橋漏汽量大小不一，彼此相差較大，設計值是否可信，存在質疑，以此為依據進行計算，試驗結果存在準確性和公平性等問題。

（2）其次，煤耗排序試驗的時間不統一，每年四季中均有可能安排試驗。相同機組同一負荷下，如夏季試驗與冬季試驗時相比，其主蒸汽流量偏大約5%～6%，由于計算采用與主蒸汽流量成正比的關系確定過橋漏汽量，對應的過橋漏汽量也將偏大5%～6%，存在較大誤差。

若2臺機組的性能相同，但由于試驗時間分別安排在夏季或冬季，根據熱耗率計算原理，安排在夏季進行試驗的結果將優于冬季試驗的結果，計算所得的結果不合理。

汽輪機設計的過橋漏汽量與實際運行中的過橋過橋漏汽量還存在偏差。常用的過橋漏汽量計算原理[7]，如式（3）所示：

在式（3）中：ΔG—漏汽量，kg/s；

μp—流量系數；

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，n；

υ0—蒸汽比容，m3/kg。

汽輪機安裝運行后，根據式（3）原理，在同樣負荷下，實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、中壓合缸結構，因高、中壓轉子合并，轉子變長，中間弧垂變大，且此處溫度亦較高，在啟停及負荷變化過程巾，中間的過橋軸封處易產生碰磨，導致漏汽量增大。

若參考設計熱平衡圖進行計算，就不能考慮汽輪機啟動和長期運行對過橋汽封的影響。較為粗糙的方法，是采用汽輪機廠家提供的設計數據。根據機組檢修和試驗經驗，過橋漏汽量與機組啟動、運行時間長短，以及汽輪機組變工況運行等息息相關，往往比設計值大。若汽輪機剛經歷大修，并在大修中更換過橋漏汽軸封，則在相當一段時間內，使過橋漏汽量與設計值相近，甚至比設計值小。

根據分析，采用參考過橋漏汽量設計值的方法，會影響試驗結果，不適合煤耗排序試驗。

2.2 過橋漏汽量試驗

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

美國ERPI公司于1984年，首先公開發表了過橋漏汽率計算試驗的研究結果。我國在引進西屋300 MW汽輪機的鑒定試驗中引入了這一方法[8]。該方式主要是通過2次不同汽溫工況下的試驗，求解的基本思路，是認為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結果[9]。

圖1 典型過橋漏汽率試驗結果

表2 典型過橋漏汽率試驗結果

由于要保證2次試驗工況中壓缸效率不變，試驗時的要求為：

（1）2次試驗工況下機組的負荷不變。

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

（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）在試驗過程中，盡量保持高調門位置不變，或者在試驗前，將高調門開度進行手動調整固定。

若通過試驗計算出過橋漏汽量，試驗要求高，影響因素多。例如在試驗過程中，要盡量保持主汽溫度和再熱汽溫度的穩定、主汽溫度和再熱汽溫度拉開足夠的差距、汽輪機高調門開度必須處于固定開度、鍋爐煤質穩定等等。這一系列要求，在試驗中往往無法同時滿足，導致試驗結果的相對誤差大，不確定性較高。

根據分析，在煤耗排序試驗中，過橋漏汽量若采用過橋漏汽率試驗確定，首先是增加了試驗費用，其次，因試驗條件苛刻，試驗結果不夠精確，因而，該處理方式不適合于煤耗排序試驗。

3 基準值處理方式

針對試驗方法的不足，現提供一種適合于煤耗排序試驗的過橋漏汽量計算方法，保證了計算的準確性，同時不增加試驗費用。

利用基準過橋漏汽率，以此為基準值，所有參與煤耗排序機組在開展試驗時，均采用此基準值計算過橋漏汽量。

收集所有參與煤耗率排序的同等級機組汽輪機的熱平衡圖，匯總出各汽輪機設計過橋漏汽率K1、K2、K3、…Kn，并取各設計過橋漏汽率和的平均值1.5倍為過橋漏汽率基準值，計算公式為：

以式（4）的計算結果K為基準值，迭代計算汽輪機熱耗率，并以此熱耗率計算機組的供電煤耗。

將汽輪機熱耗率計算公式進行相應轉化，得式（5）、式（6）。

迭代計算過程為首先假定一個過橋漏汽量Ggq，利用式（5）計算首次熱耗率。

根據假定的過橋漏汽量Ggq，利用公式（6），計算出對應過橋漏汽率Kx，若Kx比基準值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算，直至過橋漏汽率Kx和K相差在允許范圍內，迭代計算結束。以最后一次迭代的過橋漏汽量Ggq計算的熱耗率HR為煤耗排序試驗結果。

在煤耗排序試驗中，取一個合理的過橋漏汽率K，所有同等級機組以此為基準參與機組供電煤耗計算。假若A機組實際過橋漏汽率KA比基準值K大，而在煤耗計算中仍然采用基準值K計算，根據上述分析，則計算出的機組供電煤耗比實際值偏大。反之，A機組實際過橋漏汽率KA比基準值K小，則根據基準值K計算出的機組供電煤耗比實際值小。

過橋漏汽率的實際值大，表明汽輪機過橋汽封磨損嚴重，可能是機組啟動不當、機組變工況的速度過快、機組檢修效果不佳等等，本質為機組節能工作不完善。根據上述分析，采用此方法后，在機組煤耗排序試驗中計算出的供電煤耗，會比實際值大，也即相當于是機組節能工作不到位。反之，機組過橋漏汽率實際值小，表明電廠的節能工作做得好。

4 結 語

（1）基于煤耗排序試驗的特殊性，過橋漏汽量的計算結果，將影響試驗結果，因而應慎重選擇處理方式。

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

（3）對機組采用過橋漏汽率試驗，增加了試驗費用，同時，因試驗條件苛刻，試驗結果的誤差大，精度不能夠得到保證，亦不適合于煤耗排序試驗。

（4）提出采用基準值確定過橋漏汽率，過程簡單方便，節能意義明顯，試驗結果利于供電煤耗的合理排序，合理體現了機組節能帶來的收益，并可促進電廠的節能工作。

[1]發展改革委、環保總局、電監會、能源辦.發展改革委，環保總局，電監會，能源辦.節能發電調度辦法（試行）[M].2007.

[2]上海汽輪機廠.國電蚌埠發電有限公司汽輪機熱力特性書[D].

[3]上海汽輪機廠.大唐淮北發電廠虎山汽輪機熱力特性書[D].

[4]哈爾濱汽輪機廠.華能巢湖發電有限公司熱力特性書[D].

[5]哈爾濱汽輪機廠.大唐當涂發電廠熱力特性書[D].

[6]東方汽輪機廠.淮浙鳳臺發電有限公司熱力特性書[D].

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

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

[9]阮圣奇.國電蚌埠發電有限公司2號汽輪機大修后過橋漏汽率試驗報告[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，畢業于華中科技大學，從事熱力設備的節能優化和故障診斷的研究工作。