調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)

1.動(dòng)力特性

一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)，又稱單抽汽供熱式汽輪機(jī)，由高壓段和低壓段組成，相當(dāng)于1臺(tái)背壓式汽輪機(jī)與1臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)的組合。新蒸汽進(jìn)入高壓段做功，膨脹至一定壓力后分為2股，1股抽出供給熱用戶，另1股進(jìn)入低壓部分繼續(xù)膨脹做功，最后排入凝汽器。

單抽汽式汽輪機(jī)的功率為高﹑低壓段所產(chǎn)生的功率之和，由汽輪機(jī)進(jìn)汽量和流經(jīng)低壓段的蒸汽流量決定。調(diào)節(jié)進(jìn)汽量可以得到不同的功率，因此，在一定范圍內(nèi)可同時(shí)滿足熱﹑電負(fù)荷的需要。

2.汽耗特性

單抽汽式汽輪機(jī)在供熱抽汽量為零時(shí)，相當(dāng)于1臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)；理論上若將進(jìn)入高壓缸的蒸汽全部抽出供給熱用戶，則相當(dāng)于1臺(tái)背壓式汽輪機(jī)。但在實(shí)際運(yùn)行中，為了冷卻低壓缸，帶走由于鼓風(fēng)摩擦損失所產(chǎn)生的熱量，必須有一定量的蒸汽流過低壓段而進(jìn)入凝汽器，所需最小流量約為低壓缸設(shè)計(jì)流量的5%～10% 。

對(duì)于一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)來講，在某給定外界熱負(fù)荷時(shí)，通過調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽流量可以改變汽輪發(fā)電機(jī)的輸出功率，因而電負(fù)荷可以在一定范圍內(nèi)上、下變動(dòng)，依據(jù)供熱汽輪機(jī)的工況圖可以從理論上確定這個(gè)范圍。

1.最大輸出功率的確定

在保持外界熱負(fù)荷穩(wěn)定不變的情況下，汽輪發(fā)電機(jī)的最大輸出功率首先受到汽輪機(jī)最大進(jìn)汽流量以及發(fā)電機(jī)最大出力的限制，而汽輪機(jī)進(jìn)汽量主要受高壓段通流能力以及所對(duì)應(yīng)鍋爐最大蒸發(fā)量的制約，此時(shí)只需要在工況圖上查出抽汽流量De線與汽輪機(jī)最大進(jìn)汽量DImax線的交點(diǎn)，該交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電功率值即為該供熱負(fù)荷下汽輪發(fā)電機(jī)能發(fā)出的最大功率；如果該抽汽流量De線與汽輪機(jī)最大進(jìn)汽量DImax 線不能相交，那么它一定與汽輪發(fā)電機(jī)的最大出力Pelmax線相交，此時(shí)該交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電功率值即為該供熱負(fù)荷下汽輪發(fā)電機(jī)能發(fā)出的最大功率。

2.最小輸出功率的確定

在保持外界熱負(fù)荷穩(wěn)定不變的情況下，汽輪發(fā)電機(jī)的最小輸出功率首先受到最小凝汽量DⅡmin工況線的限制，用以冷卻低壓缸由于摩擦鼓風(fēng)損失所帶來的熱量，保證汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行;其次受到汽輪機(jī)最小進(jìn)汽量的限制，即該汽輪機(jī)所對(duì)應(yīng)鍋爐的最低穩(wěn)燃蒸發(fā)量DImin 。

汽輪機(jī)的進(jìn)汽量大于鍋爐的最低穩(wěn)燃蒸發(fā)量DImin時(shí)，抽汽流量De 線與最小凝汽量DⅡmin工況線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電功率即為汽輪機(jī)所能帶的最小功率。汽輪機(jī)的進(jìn)汽量等于鍋爐的最低穩(wěn)燃蒸發(fā)量DImin(平行于電功率Pel坐標(biāo)軸) 時(shí)，抽汽流量De線與最低穩(wěn)燃蒸發(fā)量DImin線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電功率即為汽輪機(jī)所能帶的最小功率。

在得到供熱汽輪機(jī)最大和最小輸出功率的基礎(chǔ)上，為了使結(jié)果合理并能應(yīng)用于實(shí)際，可以通過熱力性能試驗(yàn)的方法對(duì)該結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證和修正 。

由于國家大力發(fā)展城市“集中供熱”和“熱電聯(lián)產(chǎn)”，隨著大容量供熱式汽輪機(jī)組的不斷投運(yùn)，供熱式汽輪機(jī)組在電網(wǎng)中所占的比重越來越大。由于供熱式汽輪機(jī)組對(duì)外熱負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的影響和限制，整個(gè)電網(wǎng)的調(diào)峰能力將受到越來越大的制約。

在電網(wǎng)仍然缺乏調(diào)峰能力以及存在電力缺口的情況下，為了保證電力平衡，使供熱式汽輪機(jī)組更加深入地參與電網(wǎng)調(diào)峰，以下研究在滿足外界熱負(fù)荷的前提下，供熱式汽輪機(jī)組的電負(fù)荷特性 。

1.研究方法

研究方法有2種：供熱式汽輪機(jī)熱力性能試驗(yàn)方法和利用汽輪機(jī)制造廠提供的工況圖進(jìn)行分析的方法。

熱力性能試驗(yàn)方法是運(yùn)用供熱式汽輪機(jī)組的熱力性能試驗(yàn)，針對(duì)特定的供熱機(jī)組，通過調(diào)整機(jī)組的熱、電負(fù)荷，從而得出機(jī)組在各種外界熱負(fù)荷下所能承擔(dān)的最大、最小電負(fù)荷。該方法真實(shí)可靠，適用于沒有工況圖的供熱式汽輪機(jī)。

在有制造廠提供的工況圖的情況下，可以利用供熱式汽輪機(jī)的工況圖進(jìn)行分析，依據(jù)工況圖上提供的熱、電負(fù)荷關(guān)系曲線，確定各種熱負(fù)荷下電負(fù)荷的可調(diào)范圍，該方法需要的試驗(yàn)工作量較小，現(xiàn)場使用起來方便快捷。

2.存在的問題

熱力性能試驗(yàn)雖可得到準(zhǔn)確可靠的熱、電負(fù)荷關(guān)系，但是需要的工作量較大，耗費(fèi)的時(shí)間較長。同時(shí)由于試驗(yàn)期間需要不斷調(diào)整熱、電負(fù)荷，將對(duì)外界的熱用戶和電網(wǎng)調(diào)度產(chǎn)生一定的影響。

由于工況圖的熱、電負(fù)荷關(guān)系是在設(shè)計(jì)工況下得出的，如果考慮到汽輪機(jī)及其熱力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，如汽輪機(jī)的實(shí)際效率與設(shè)計(jì)值有偏差，低于設(shè)計(jì)值會(huì)造成汽輪機(jī)的進(jìn)汽流量增大。同時(shí)熱力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)如加熱器的焓升、端差偏離設(shè)計(jì)值，會(huì)造成非調(diào)整抽汽流量與設(shè)計(jì)流量的偏差。以上這些因素的存在會(huì)造成通過工況圖得出的結(jié)論與供熱汽輪機(jī)的實(shí)際調(diào)峰特性產(chǎn)生一定的偏差。

3.可行性方法

在對(duì)2種方法分析研究的基礎(chǔ)上，可以利用工況圖對(duì)供熱汽輪機(jī)的熱電負(fù)荷特性進(jìn)行初步分析后，再利用熱力試驗(yàn)根據(jù)供熱汽輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)通過工況圖得出的結(jié)論進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠钚拚?，這種偏差修正在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以通過少量的現(xiàn)場熱力試驗(yàn)得到，以下將利用這種方法，以一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)為例，對(duì)供熱汽輪機(jī)組的熱、電負(fù)荷特性進(jìn)行分析，以使供熱汽輪機(jī)在保證熱負(fù)荷穩(wěn)定的前提下，安全靈活的上、下調(diào)整其輸出功率。

通過的理論分析，可以利用工況圖得出一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)的調(diào)峰特性， 以某熱電廠C300/220216.67/537/537型一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)為例進(jìn)行分析，得出了該汽輪機(jī)在采暖抽汽量De分別為100t/h和500t/h時(shí)，汽輪機(jī)輸出功率的可調(diào)范圍。

根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，取鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷流量(即汽輪機(jī)的最小進(jìn)汽流量)為500t/h。當(dāng)De為100t/h時(shí)，根據(jù)該抽汽流量線與汽輪機(jī)最大進(jìn)汽量線的交點(diǎn)可以得出汽輪機(jī)最大輸出功率為317.3MW，根據(jù)該抽汽流量線與汽輪機(jī)最小進(jìn)汽量線的交點(diǎn)可以得出汽輪機(jī)最小輸出功率為136.8MW；當(dāng)De為500t/h時(shí)，根據(jù)該抽汽流量線與汽輪機(jī)最大進(jìn)汽量線的交點(diǎn)可以得出汽輪機(jī)最大輸出功率為246.9MW ，根據(jù)該抽汽流量線與汽輪機(jī)最小凝汽量(DⅡmin=90t/h) 線的交點(diǎn)可以得出汽輪機(jī)最小輸出功率為159.8MW。

通過現(xiàn)場熱力試驗(yàn)進(jìn)行修正，其結(jié)果為：當(dāng)De為100t/h 時(shí)，發(fā)電機(jī)功率可在141.2～316.8MW之間調(diào)整；當(dāng)De為500t/h時(shí)，發(fā)電機(jī)功率可在162.3～246.1MW之間調(diào)整 。

綜上所述，提出的方法能夠根據(jù)工況圖從理論上確定一次調(diào)節(jié)抽汽式供熱汽輪機(jī)的調(diào)峰特性，同時(shí)結(jié)合供熱式汽輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況，經(jīng)過修正最終得出合理的、可行的一次調(diào)節(jié)抽汽式供熱汽輪機(jī)的調(diào)峰運(yùn)行方式。為電網(wǎng)中供熱式汽輪機(jī)在不影響熱用戶的前提下參與電網(wǎng)調(diào)峰打下了基礎(chǔ)。特別是隨著大容量供熱式汽輪機(jī)組在電網(wǎng)中所占比重的日益增大、電網(wǎng)仍然缺乏調(diào)峰能力以及存在電力缺口的情況下，該方法具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)

又稱單抽汽式汽輪機(jī)。由高壓部分和低壓部分組成，相當(dāng)于一臺(tái)背壓式汽輪機(jī)與一臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)的組合。新汽進(jìn)入高壓部分作功，膨脹至一定壓力后分為二股，一股抽出供給熱用戶，一股進(jìn)入低壓部分繼續(xù)膨脹作功，最后排入凝汽器。抽汽壓力設(shè)計(jì)值根據(jù)熱用戶需要確定，并由調(diào)壓器控制，以維持抽汽壓力穩(wěn)定。單抽汽式汽輪機(jī)的功率為高、低壓部分所生產(chǎn)功率之和，由進(jìn)汽量和流經(jīng)低壓部分蒸汽量所決定。調(diào)節(jié)進(jìn)汽量可以得到不同的功率。因此，在一定范圍內(nèi)，可同時(shí)滿足熱、電負(fù)荷需要。單抽式汽輪機(jī)在供熱抽汽量為零時(shí)，相當(dāng)于一臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)；若將進(jìn)入高壓缸的蒸汽全部抽出供給熱用戶，則相當(dāng)于一臺(tái)背壓式汽輪機(jī)。但實(shí)際運(yùn)行中，為了冷卻低壓缸，帶走由于鼓風(fēng)摩擦損失所產(chǎn)生的熱量，必須有一定量的蒸汽流過低壓部分進(jìn)入凝汽器，所需最小流量約為低壓缸設(shè)計(jì)流量的10%。單抽汽式汽輪機(jī)的工況如概述圖所示，它表示出新汽量(Do)、抽汽量（Ce）、電功率（Ni）三者之間的關(guān)系；概述圖中Do表示凝汽量，ohh線為抽汽量為零時(shí)的凝汽工況線,cdd 線為抽汽量等于新汽量時(shí)的背壓工況線，在以上兩線之間為等抽汽量與等凝汽量工況線，它表示在不同抽汽量下與不同凝汽量下全機(jī)電功率與蒸汽流量的關(guān)系。在最大抽汽量下汽輪發(fā)電機(jī)組的最大電功率如概述圖中e點(diǎn)所示;概述圖中如已知Do、De、Do和Ni4個(gè)量中的任何兩個(gè)量,可求得另外兩個(gè)量。

二次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)

又稱雙抽汽式汽輪機(jī)?？梢酝瑫r(shí)滿足不同參數(shù)的熱負(fù)荷。整個(gè)汽輪機(jī)分為高、中、低壓 3部分。新汽進(jìn)入高壓部分作功，膨脹到一定壓力，抽出一部分蒸汽供給熱用戶；另一部分進(jìn)入中壓部分繼續(xù)膨脹作功后，再抽出一部分供暖，其余蒸汽經(jīng)過低壓部分排入凝汽器。 　雙抽汽式汽輪機(jī)的工況圖是按照一定的典型系統(tǒng)和額定參數(shù)繪制的。若汽輪機(jī)運(yùn)行條件不同于繪制工況時(shí)，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)修正。調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)各缸均單獨(dú)設(shè)置配汽機(jī)構(gòu)，分別控制各缸進(jìn)汽量。中、低壓缸配汽結(jié)構(gòu)有調(diào)節(jié)閥和旋轉(zhuǎn)隔板兩種形式。功率較小的抽汽機(jī)組采用旋轉(zhuǎn)隔板形式有利于設(shè)計(jì)成單缸結(jié)構(gòu)；高壓缸則普遍采用噴嘴調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)級(jí)多數(shù)為雙列級(jí)，以保證有足夠大的通流能力。 　雙抽汽式汽輪機(jī)在高、低壓缸流量均接近設(shè)計(jì)值時(shí)具有較高的發(fā)電經(jīng)濟(jì)性。由于熱負(fù)荷的變化，有時(shí)流經(jīng)各缸的流量差別很大，在某些工況下發(fā)電經(jīng)濟(jì)性較低。因此，調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)應(yīng)根據(jù)主要熱負(fù)荷情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理分配各缸流量，以保證長期運(yùn)行中有較高經(jīng)濟(jì)性。合理選定抽汽壓力對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性有明顯影響，在滿足熱用戶前提下，應(yīng)盡量降低抽汽壓力。早期生產(chǎn)的供暖抽汽機(jī)組，抽汽壓力為0.12～0.25兆帕，近年已將下限降為0.07兆帕。

抽汽式汽輪機(jī)壓力

從中間級(jí)抽出蒸汽供給熱用戶的汽輪機(jī)。抽汽壓力根據(jù)用戶的需要和產(chǎn)品系列化的要求而確定，能在一定范圍內(nèi)調(diào)整.

按抽汽數(shù)目的不同，抽汽式汽輪機(jī)分為單抽汽和雙抽汽兩種。單抽汽的通流部分可分為高壓和低壓兩段。雙抽汽的通流部分分成高壓、中壓和低壓三段。每段設(shè)有單獨(dú)的汽缸，構(gòu)成分缸布置，或幾段合在一個(gè)汽缸內(nèi)，構(gòu)成單缸布置。段間有抽汽口，部分蒸汽經(jīng)由此口抽出，其余則經(jīng)一可調(diào)節(jié)流量的機(jī)構(gòu)進(jìn)入下一段。常用的流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有調(diào)節(jié)閥和可以改變環(huán)形通流面積的旋轉(zhuǎn)隔板兩種。抽汽式汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)除裝有調(diào)速器之外還有調(diào)整抽汽壓力的調(diào)壓器.

抽汽式汽輪機(jī)運(yùn)行

抽汽式汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)既要供電(或動(dòng)力)，又要供熱。當(dāng)抽汽量為零時(shí)便與凝汽式汽輪機(jī)相同，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽除一部分流入給水加熱器加熱鍋爐給水外，其余蒸汽都流經(jīng)各級(jí)后進(jìn)入凝汽器。當(dāng)抽汽量不為零時(shí)，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽先流過高壓段各級(jí)作功，然后一部分蒸汽經(jīng)由抽汽口抽出供熱；另一部分蒸汽通過調(diào)節(jié)閥或旋轉(zhuǎn)隔板流經(jīng)其余各級(jí)，繼續(xù)作功，最后進(jìn)入凝汽器。這時(shí)如電負(fù)荷下降，則汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，調(diào)速器動(dòng)作，高壓調(diào)節(jié)閥關(guān)小，抽汽調(diào)節(jié)閥（或旋轉(zhuǎn)隔板）開大，使功率下降，保持抽汽量不變。當(dāng)熱負(fù)荷增大時(shí)，抽汽壓力降低，調(diào)壓器動(dòng)作，高壓調(diào)節(jié)閥開大，抽汽調(diào)節(jié)閥（或旋轉(zhuǎn)隔板）關(guān)小。這樣，高壓段的功率增大，低壓段的功率減小，兩者相抵，使汽輪機(jī)的功率保持不變，而供熱的抽汽量增加。調(diào)速器和調(diào)壓器能共同控制高壓段和低壓段的調(diào)節(jié)閥或旋轉(zhuǎn)隔板，以同時(shí)滿足用戶對(duì)熱負(fù)荷和電負(fù)荷的需求。

排汽壓力小于大氣壓力的抽汽式汽輪機(jī)稱為抽汽凝汽式汽輪機(jī)；排氣壓力大于大氣壓力的抽汽式汽輪機(jī)稱為抽汽背壓式汽輪機(jī)。抽汽背壓式汽輪機(jī)的輸出功率取決于供熱的蒸汽量大小，而不能任意改變。因此它必須與其他汽輪機(jī)并列運(yùn)行或并入電網(wǎng)，以保證供電要求。