汽輪機變負荷運行狀態下經濟運行方式分析

任建勇 趙吉炳

（山鋼集團日照分公司能源環保中心，山東日照276800）

0 引言

隨著經濟的增長與社會的進步，我國對能源的需求量不斷增加。能源利用中，消費不合理、浪費現象嚴重等問題日益突出。中國是世界上焦炭第一生產大國，熄焦是焦炭生產中的重要環節，傳統的濕法熄焦用大量的水直接噴灑在熾熱的焦炭上使其冷卻，產生大量的粉塵等有毒氣體，嚴重污染大氣，腐蝕設備。干熄焦技術具有重大的節能環保意義，避免了濕法熄焦時急劇冷卻對焦炭結構的不利影響，降低了高爐焦比與煉鐵成本，完全節省了熄焦用水，還避免了對周圍設備的腐蝕及大氣污染。

1 干熄焦余熱發電系統簡介

干熄焦系統由干熄爐及其附屬設備、汽輪機及發電部分等組成，紅焦由焦罐臺車上圓形旋轉焦罐接受，在電機車牽引下移動到干熄焦提升井架底部。焦罐下降與裝入料斗上料斗結合，焦罐下降至底部開始裝入紅焦，在提升機牽引下原路返回至提升井架底部的空焦罐臺車上。

紅焦裝入干熄爐后進入預存室，與循環氣體進行熱交換被冷卻后，由皮帶運輸機運出。循環氣體經干熄爐斜道區進入環形煙道匯集后流出干熄爐，經除塵器分離粗顆粒焦粉后進入干熄焦余熱鍋爐加熱水產生一定過熱蒸汽，經二次除塵器進一步分離細顆粒焦粉后進入給水預熱器換熱，溫度降至130℃繼續冷卻焦炭[1]。

干熄爐是干熄焦電站的重要裝置之一，干熄爐內循環氣體與焦炭流動問題是干熄爐運行的核心問題。焦炭冷卻過程主要發生在干熄爐的冷卻段，從干熄爐底部130℃左右低溫惰性循環氣體向上流動，被冷卻至200℃以下的焦炭從干熄爐底部排出。循環氣體溫度升高至900℃，從干熄爐斜道區進入環形煙道匯集后流出干熄爐進入余熱鍋爐。

2 延長汽輪機運行時間的方法

系統循環風是傳遞熱量的介質，為使干熄爐內熱量保證余熱鍋爐壓力，在1#、2#干熄焦應采取迅速減小風機入口擋板開度，3#干熄焦采取減小液力耦合器開度方法保持干熄爐內熱量，以延長汽輪機運轉時間。在降低負荷前提下利用循環風量，減少進入鍋爐內的余熱，保持鍋爐蒸發量降至30 t/h，維持汽輪機發電機電負荷在6 MW運轉。

干熄焦系統有6處充N2點，3處密封冷卻處用充N2點常開，循環風機前后兩充N2點在系統可燃成分異常時打開，干熄焦裝置停止作業時兩系統充N2閥立即關閉。經循環風機壓縮后N2會有溫升，穿過干熄爐下部低溫層時也會有溫升，這樣就減小了對循環氣體溫度的影響，有利于延長汽輪機運轉時間。

干熄焦工藝中，有導入空氣燃燒與補充N2稀釋兩種方法可控制循環氣體中可燃氣體成分濃度。空氣導入口導入空氣后會將循環氣體中可燃成分燒掉，并釋放大量熱量，這就提高了鍋爐入口溫度。干熄焦裝置停止作業時應打開空氣導入閥，到現場關閉旁通流量所有中栓，避免低溫循環氣體進入環型煙道。在鍋爐入口溫度高時導入空氣后對鍋爐蒸發量影響較大，能在短時間內提高鍋爐入口溫度，為延長汽輪機運轉提供有利的熱源供給。

給水預熱器功能為吸收利用循環氣體的熱量，減少除氧器所用熱量，利于降低干熄爐入口循環溫度，提高焦炭冷卻效果。正常生產時給水預熱器保持在85℃，在干熄焦裝置停止作業時，應提高進入給水預熱器水溫，用以提高干熄爐入口循環氣體的溫度至130℃以上，以提供更多蒸汽給汽輪機延長運轉時間。

3 不同運行方式對經濟性的影響

采用不同的運行方式，將使得凝汽器等輔助設備的工況不同，導致汽輪機組理想循環熱效率在不同運行方式下有所不同，從而影響其經濟性。

設滑壓與定壓兩種運行方式的機組設計初溫、初壓等均相同，設熱后蒸汽溫度等于設計值，各機再熱壓損基本相等，則中壓缸的進汽壓力相同。不同運行方式中低壓缸熱力線相同，只需比較高壓缸的熱經濟性。兩種不同運行方式在變負荷下的主蒸汽溫度不同，使中低壓缸效率受影響。滑壓運行機組蒸汽溫度不變，各負荷下的新汽容積流量基本不變，比焓降與內效率不變。節流配汽定壓運行方式的機組在部分負荷下損失較大節流，其具體差值與調節級設計參與、噴嘴組個數等因素有關。

隨著蒸汽參數的提高，機組中給水泵耗功占主機功率比重也隨之增大。直流爐新汽壓力為250 ata時，給水泵耗功占比增加到4%。滑壓運行給水泵在部分負荷下耗功減少，負荷由設計值下降。如負荷下降多，則采用滑壓運行方式。初壓在超臨界壓力下，降到一定負荷，滑壓運行方式經濟。設計初壓低的機組，滑壓運行方式經濟負荷性更低。節流配汽定壓運行方式機組的熱經濟性較低。

負荷低于50%的定壓運行鍋爐，很難維持新溫度不變。負荷降低10%，則新汽溫度降10℃[2]，可在更低的負荷范圍維持新汽溫度少變。在低負荷時滑壓運行方式可提高循環熱效率。

滑壓運行方式機組高壓缸排汽焓值高。鍋爐結構型式部分負荷下隨通氣量減少，再熱器吸收熱量減少，滑壓運行方式可維持再熱汽溫不變。定壓噴嘴配汽機組再熱器中需吸收熱量多，再熱汽溫難以保證，負荷偏低時降低較多。再熱汽溫的降低會使低壓缸末幾級蒸汽濕度增大，影響汽輪機裝置循環熱效率，從而影響機組熱經濟性。

低負荷運行時汽輪機采用不同運行方式，其經濟性影響因素包括鍋爐、凝汽器等主要輔機機型設計參數及負荷設備狀態等。在分析機組經濟運行方式時應綜合考慮多種因素，為了定量確定低負荷經濟運行方式，應分析汽輪機、各主要輔機及其系統變工況理論，進行一定的實驗研究。

4 提高汽輪機運行經濟性的措施

在汽輪機進入工作狀態前，測試凝汽器真空嚴密性，保證真空系統可正常運行。仔細檢查真空系統，及時解決出現的故障問題。調整工作系統的供汽壓力，避免出現蒸汽泄漏現象。定期清洗凝汽膠球，提高真空系統的嚴密性，減少運行中的能量消耗。確保真空系統正常運行，提高經濟效益。將射水池中的水溫保持在較低狀態，保證真空系統的安全穩定運行，以提高汽輪機的運行經濟性。

汽輪機運行中應注意維持在允許的額定負荷范圍，避免加大汽輪機運行中的能量損耗。盡量全部開啟運行中的汽輪機進汽調節閥，從而在額定負荷內減少蒸汽損失。滿足汽輪機的額定負荷工作是提高其運行經濟性的重要措施，使用汽輪機前，應詳細閱讀使用說明，綜合汽輪機的使用規則，了解使用中的注意事項及額定負荷等情況，確保合規操作，以提高汽輪機運行的經濟性。

通過水溫判斷回熱系統的工作狀態，確保加熱器處于有水運行狀態，以提高回熱系統的熱經濟性。對加熱器的運行狀態進行實時監控，保證汽輪機正常運行，對回熱系統運行數據進行記錄和分析，及時處理運行故障，保證回熱系統正常運行。

要提高汽輪機使用管理人員的經濟節能意識，建立完善的汽輪機生產管理制度，促使管理人員積極宣傳節能環保與經濟理念。確保工作人員的使用維護工作規范，避免因不當操作損壞設備，以提高汽輪機運行的經濟性。依據完善的生產管理制度，減少運行投入成本，各崗位間加強溝通，及時合理調整生產計劃，實時監控汽輪機的運行狀態，確保汽輪機的運行安全與經濟效益。

5 結語

本文分析了采用復合滑壓運行方式的優越性，比較研究了不同變負荷運行方式對機組熱經濟性及安全性的影響。汽輪機組在高負荷時采用定壓運行效率更優；部分負荷下采用滑壓運行，調節溫度與高壓缸排汽溫度變化較小，較定壓運行熱經濟性有所提高，能夠有效減小汽輪機組的熱應力，提高設備的運行安全性。