調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機應用實例

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)抽汽式汽輪機為例進行分析，得出了該汽輪機在采暖抽汽量De分別為100t/h和500t/h時，汽輪機輸出功率的可調(diào)范圍。

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

通過現(xiàn)場熱力試驗進行修正，其結果為：當De為100t/h 時，發(fā)電機功率可在141.2～316.8MW之間調(diào)整；當De為500t/h時，發(fā)電機功率可在162.3～246.1MW之間調(diào)整 。

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

1.最大輸出功率的確定

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

2.最小輸出功率的確定

在保持外界熱負荷穩(wěn)定不變的情況下，汽輪發(fā)電機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損失所帶來的熱量，保證汽輪機的安全穩(wěn)定運行;其次受到汽輪機最小進汽量的限制，即該汽輪機所對應鍋爐的最低穩(wěn)燃蒸發(fā)量DImin 。

汽輪機的進汽量大于鍋爐的最低穩(wěn)燃蒸發(fā)量DImin時，抽汽流量De 線與最小凝汽量DⅡmin工況線的交點所對應的電功率即為汽輪機所能帶的最小功率。汽輪機的進汽量等于鍋爐的最低穩(wěn)燃蒸發(fā)量DImin(平行于電功率Pel坐標軸) 時，抽汽流量De線與最低穩(wěn)燃蒸發(fā)量DImin線的交點所對應的電功率即為汽輪機所能帶的最小功率。

在得到供熱汽輪機最大和最小輸出功率的基礎上，為了使結果合理并能應用于實際，可以通過熱力性能試驗的方法對該結論進行驗證和修正 。

1.動力特性

一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機，又稱單抽汽供熱式汽輪機，由高壓段和低壓段組成，相當于1臺背壓式汽輪機與1臺凝汽式汽輪機的組合。新蒸汽進入高壓段做功，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。

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

2.汽耗特性

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

1.研究方法

研究方法有2種：供熱式汽輪機熱力性能試驗方法和利用汽輪機制造廠提供的工況圖進行分析的方法。

熱力性能試驗方法是運用供熱式汽輪機組的熱力性能試驗，針對特定的供熱機組，通過調(diào)整機組的熱、電負荷，從而得出機組在各種外界熱負荷下所能承擔的最大、最小電負荷。該方法真實可靠，適用于沒有工況圖的供熱式汽輪機。

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的工況圖進行分析，依據(jù)工況圖上提供的熱、電負荷關系曲線，確定各種熱負荷下電負荷的可調(diào)范圍，該方法需要的試驗工作量較小，現(xiàn)場使用起來方便快捷。

2.存在的問題

熱力性能試驗雖可得到準確可靠的熱、電負荷關系，但是需要的工作量較大，耗費的時間較長。同時由于試驗期間需要不斷調(diào)整熱、電負荷，將對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、電負荷關系是在設計工況下得出的，如果考慮到汽輪機及其熱力系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)，如汽輪機的實際效率與設計值有偏差，低于設計值會造成汽輪機的進汽流量增大。同時熱力系統(tǒng)的運行狀態(tài)如加熱器的焓升、端差偏離設計值，會造成非調(diào)整抽汽流量與設計流量的偏差。以上這些因素的存在會造成通過工況圖得出的結論與供熱汽輪機的實際調(diào)峰特性產(chǎn)生一定的偏差。

3.可行性方法

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

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組的不斷投運，供熱式汽輪機組在電網(wǎng)中所占的比重越來越大。由于供熱式汽輪機組對外熱負荷對電網(wǎng)的影響和限制，整個電網(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荷的前提下，供熱式汽輪機組的電負荷特性 。

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)抽汽式供熱汽輪機的調(diào)峰特性，同時結合供熱式汽輪機的實際運行狀況，經(jīng)過修正最終得出合理的、可行的一次調(diào)節(jié)抽汽式供熱汽輪機的調(diào)峰運行方式。為電網(wǎng)中供熱式汽輪機在不影響熱用戶的前提下參與電網(wǎng)調(diào)峰打下了基礎。特別是隨著大容量供熱式汽輪機組在電網(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用價值。

一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機

又稱單抽汽式汽輪機。由高壓部分和低壓部分組成，相當于一臺背壓式汽輪機與一臺凝汽式汽輪機的組合。新汽進入高壓部分作功，膨脹至一定壓力后分為二股，一股抽出供給熱用戶，一股進入低壓部分繼續(xù)膨脹作功，最后排入凝汽器。抽汽壓力設計值根據(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。單抽汽式汽輪機的功率為高、低壓部分所生產(chǎn)功率之和，由進汽量和流經(jīng)低壓部分蒸汽量所決定。調(diào)節(jié)進汽量可以得到不同的功率。因此，在一定范圍內(nèi)，可同時滿足熱、電負荷需要。單抽式汽輪機在供熱抽汽量為零時，相當于一臺凝汽式汽輪機；若將進入高壓缸的蒸汽全部抽出供給熱用戶，則相當于一臺背壓式汽輪機。但實際運行中，為了冷卻低壓缸，帶走由于鼓風摩擦損失所產(chǎn)生的熱量，必須有一定量的蒸汽流過低壓部分進入凝汽器，所需最小流量約為低壓缸設計流量的10%。單抽汽式汽輪機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）三者之間的關系；概述圖中Do表示凝汽量，ohh線為抽汽量為零時的凝汽工況線,cdd 線為抽汽量等于新汽量時的背壓工況線，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電功率與蒸汽流量的關系。在最大抽汽量下汽輪發(fā)電機組的最大電功率如概述圖中e點所示;概述圖中如已知Do、De、Do和Ni4個量中的任何兩個量,可求得另外兩個量。

二次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機

又稱雙抽汽式汽輪機?？梢酝瑫r滿足不同參數(shù)的熱負荷。整個汽輪機分為高、中、低壓 3部分。新汽進入高壓部分作功，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。若汽輪機運行條件不同于繪制工況時，應進行適當修正。調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機各缸均單獨設置配汽機構，分別控制各缸進汽量。中、低壓缸配汽結構有調(diào)節(jié)閥和旋轉隔板兩種形式。功率較小的抽汽機組采用旋轉隔板形式有利于設計成單缸結構；高壓缸則普遍采用噴嘴調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)級多數(shù)為雙列級，以保證有足夠大的通流能力。 　雙抽汽式汽輪機在高、低壓缸流量均接近設計值時具有較高的發(fā)電經(jīng)濟性。由于熱負荷的變化，有時流經(jīng)各缸的流量差別很大，在某些工況下發(fā)電經(jīng)濟性較低。因此，調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機應根據(jù)主要熱負荷情況進行設計，合理分配各缸流量，以保證長期運行中有較高經(jīng)濟性。合理選定抽汽壓力對機組經(jīng)濟性有明顯影響，在滿足熱用戶前提下，應盡量降低抽汽壓力。早期生產(chǎn)的供暖抽汽機組，抽汽壓力為0.12～0.25兆帕，近年已將下限降為0.07兆帕。

抽汽式汽輪機壓力

從中間級抽出蒸汽供給熱用戶的汽輪機。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。每段設有單獨的汽缸，構成分缸布置，或幾段合在一個汽缸內(nèi)，構成單缸布置。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)流量的機構進入下一段。常用的流量調(diào)節(jié)機構有調(diào)節(jié)閥和可以改變環(huán)形通流面積的旋轉隔板兩種。抽汽式汽輪機的調(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.

抽汽式汽輪機運行

抽汽式汽輪機運行時既要供電(或動力)，又要供熱。當抽汽量為零時便與凝汽式汽輪機相同，進入汽輪機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)各級后進入凝汽器。當抽汽量不為零時，進入汽輪機的蒸汽先流過高壓段各級作功，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)閥或旋轉隔板流經(jīng)其余各級，繼續(xù)作功，最后進入凝汽器。這時如電負荷下降，則汽輪機的轉速上升，調(diào)速器動作，高壓調(diào)節(jié)閥關小，抽汽調(diào)節(jié)閥（或旋轉隔板）開大，使功率下降，保持抽汽量不變。當熱負荷增大時，抽汽壓力降低，調(diào)壓器動作，高壓調(diào)節(jié)閥開大，抽汽調(diào)節(jié)閥（或旋轉隔板）關小。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)閥或旋轉隔板，以同時滿足用戶對熱負荷和電負荷的需求。

排汽壓力小于大氣壓力的抽汽式汽輪機稱為抽汽凝汽式汽輪機；排氣壓力大于大氣壓力的抽汽式汽輪機稱為抽汽背壓式汽輪機。抽汽背壓式汽輪機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并列運行或并入電網(wǎng)，以保證供電要求。