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汽轮机
1,主蒸汽参数及运行调节方式的优化
西门子的超(超)临界汽轮机均采用了无调节级设计,基本的运行方式为滑压运行。为进一步提高调频运行的经济性,其为中国市场推介的超超临界机型采用了“补汽阀”的调频和过负荷调节技术。其高压缸增加了一个第五级动叶后的进(补)汽口。在主汽阀后与补汽口之间连有一个补汽调节阀。在正常负荷范围内,其主调门及补汽阀均参与调频。通过开启补汽阀或关小主调门来响应加(减)负荷。显然,当补汽阀打开时汽轮机效率会显著下降。而若频繁开启补汽阀并在小开度下运行,极易造成冲蚀和泄漏。
为避免一般情况下开启补汽阀,针对补汽阀作用的两种情况,对设计参数和控制方式等作了以下优化和创新:
(1)适当提高主蒸汽设计压力,并将补汽阀的过负荷开启点设置到夏季最高冷却水温下的额定负荷,从而确保全年在额定负荷及以下工况不开启补汽阀。
(2)针对正常负荷段的汽轮机调频运行,研究开发成功节能型抽汽调频技术。该方法的着眼点是改变汽轮机的调频原理。通过调节凝结水流量,间接地同步改变相关级回热抽气量,辅之以高加抽汽调节的配合,以达到汽轮机暂态功率调节的目的(而后由锅炉燃烧调节系统跟进)。用此方法,可使主调门全开,补汽阀全关,消除汽轮机进汽节流损失。
采用这种调频法反应速度快,功率调节范围相对较大。从外高桥三期两台机组的实践来看,新的调频方式获得了成功。目前,机组的加(减)负荷的速率能达到和超过1.5MW/min。经测算,上述两种优化和创新措施,约可提升0.22% 的机组效率。不过在性能考核试验中,这些效益并不会得到体现。
2,给水泵及系统的优化和节能
通过对以往工程给水系统的配置、调试和运行情况的分析,参考美国、德国的大型超(超)临界机组的给水系统设计和运行经验,外三电厂在中国首次采用100%汽动给水泵,自配独立凝汽器,可单独启动,取消电动给水泵。其启动汽源取自相临机组的冷再热蒸汽。
在机组启动阶段,一旦锅炉产汽后,给水泵汽轮机的汽源即可适时切回本机(冷再热蒸汽),相当于回收利用了部分原本通过低压旁路排向凝汽器的蒸汽。这就大大降低了机组启动阶段的能耗。
外三电厂选用了德国阿尔斯通的给水泵专用小汽轮机,该小汽轮机的保证效率高达86.7%。此外,该小汽轮机还增加了一个汽源为冷再热蒸汽的调门及对应的调节级。
在机组额定工况时,可设定为前两个调门全开,第三个调门则在超过额定负荷时补汽,并在机组FCB 等工况(汽轮机抽汽消失)时承担全部的功率。因此,机组在额定工况时的运行效率能达到最大化。
此外,研究并试验成功汽动给水泵组低速启动及全程调速运行技术,不仅大大降低了锅炉启动时的能量损耗,还提高了机组效率,极大地简化了系统控制策略,也消除了最小流量再循环阀的冲蚀泄漏风险,提高了设备运行安全性。与其他同类机组相比,该汽动泵相当于使机组提升效率约0.117%。
3,广义回热理论及系列技术
广义回热理论是对经典热力学理论的一种突破,其要点是从传统的以锅炉给水为回热媒介的经典回热循环,拓展为以锅炉输入的水、风、煤等均作为回热媒介的广义回热循环。由于回热介质得以拓展,增加了汽轮机的抽汽应用范畴及抽汽量,从而可降低汽轮机的排汽损失。
根据这一理论,外三电厂开发出了相应的系列技术,并获得了全面成功。以锅炉进风回热技术为例,该技术利用汽轮机抽汽,与锅炉空预器配合,加热锅炉的进风,在回收汽轮机抽汽热能的同时提高了锅炉燃烧效率。
该技术不像传统暖风器会增加机组煤耗,在提高空预器运行安全性的同时,亦提高了机组的运行效率。该技术的全面应用,可提高机组运行效率0.42% 以上。
广义回热理论适用于所有燃煤机组,能突破火电机组热效率进一步提升的瓶颈,并能解决一系列的环保问题。
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