电厂饱和蒸汽流量计运行优化方法浅析
点击次数：1519 发布时间：2021-01-07 15:11:00
摘要：电力作为一种重要能源，为经济社会发展提供了强大的动力。近年来，随着国家节能减排政策的不断深入，生产技术不断革新，在保证电厂生产系统和设备高效率运行的前提下，提高能源利用率、降低能源损耗浪费、减少污染物排放已经成为各电力企业不断思考的问题。本文对电厂饱和蒸汽流量计运行存在的问题、运行方式及运行优化进行简单分析，为饱和蒸汽流量计发展和优化提供基础，促进电力行业快速发展。
进入 21 世纪以来，国民经济高速发展，电力行业作为支撑我国工业发展的动力源泉，对国民经济的健康快速发展具有重要作用。我国能源储备丰富，但人均能源拥有量较低，其中一次能源产品主要是煤炭、天然气和石油，煤炭在其中占有重要作用，因此，我国在今后相当长时间段内仍将以煤炭作为主要能源消耗品，以煤炭为主要生产原料的火力发电厂在电力领域中仍具有不可替代的作用。
改革开放以来，我国重工业不断发展，在为人们带来日新月异的改变的同时，也带来了严重的环境污染问题，国家越来越关注重工业的清洁、可持续发展，而对工业发展的驱动力--能源，近年来陆续出台的环保法和政策对企业的排查和要求越来越高，尤其是对发电企业的约束。
随着我国经济发展形势不断变化，用电结构也随之改变，重工业用电量减少，特别是夜间用电量显著降低。国内经济形势的不断变化、用电结构的不断调整和国家节能减排的不断深入，对电力企业提出了更高的要求，也给在运以及将投运的大型火电机组带来许多技术难题，亟需我们解决。目前，大多数机组运行工况与设计工况偏差较多，机组运行效率减低，因此必须着重考虑非设计工况下饱和蒸汽流量计组的安全稳定运行。本文对抽凝式饱和蒸汽流量计组的运行方式归纳总结，讨论分析了多种运行优化方法。
1 电厂饱和蒸汽流量计运行方式分析
定压运行方式分为定压节流运行方式和定压喷嘴运行方式两种。在满负荷工况下，定压运行方式节流损失最小，效率最高，不需要调节级调节，避免了调节级强度低带来的一些列问题。20 世纪 70 年代，美国等发达国家在大型饱和蒸汽流量计组上普遍采用定压运行方式，填充经济发展中出现的大量电力需求缺口。定压节流调节运行方式主要运用于满负荷及带基本负荷的小型机组，在部分负荷工况下节流损失较大，效率较低。定压喷嘴调节运行方式主要运用于 300MW 以下的小型机组，该运行方式在部分符合下，热经济性较低，且负荷变化引起调节级蒸汽温度变化在所有运行方式中最大，使得调节级及转子产生巨大的热应力，损害设备寿命。
滑压运行方式常运用于大型饱和蒸汽流量计组变负荷状态下，现如今对滑压运行方式的看法及结论还未统一。有研究表明，在低负荷运行工况下，滑压运行方式在 20 ～ 66 万千瓦机组上能够实现良好的运行热效率。滑压运行在部分负荷工况下，高压缸各级温度偏差较小，热应力及热变形较小，中压缸的进汽温度基本不变，这大大保证了饱和蒸汽流量计组调峰运行的安全性和灵活性。当负荷改变时，采用滑压运行方式时，需要同时提高主蒸汽的流量和压力，而调整锅炉燃烧侧需要一定时间，存在时间延迟，使得滑压运行方式难以满足调峰的需要，另外，滑压运行虽然一定程度上提高了机组的内效率，降低了水泵能耗，但以此增加的经济性仍远远不够补偿机组循环热效率降低所产生的损失。
为了兼顾电厂机组运行的热经济性和安全性，近年来，超临界及超超临界凝气式饱和蒸汽流量计组上普遍采用复合滑压运行方式。复合滑压运行方式即在高负荷区间采用定压运行方式以得到较高运行效率，在中负荷区间采用滑压运行方式，关闭部分阀门，在调峰阶段通过控制调节汽阀的开关量进行紧急调节，在低负荷区间又转为定压运行方式，使得在整个负荷区间内均有较高的热经济性。
2 饱和蒸汽流量计变负荷运行优化方法分析
（1）优化运行初压参数。在众多运行控制参数中，机组运行初压直接饱和蒸汽流量计热耗率相关，是饱和蒸汽流量计中最重要的运行参数之一，因此，饱和蒸汽流量计组运行初压参数优化是饱和蒸汽流量计运行优化的重要内容。一方面，现阶段对运行初压的研究大多仅以机组热耗率作为评价机组运行工况的标准，而在实际电厂运行中，机组热经济性与汽机热效率、锅炉效率和厂用电率都有关，因此，在进行运行初压优化时，必须考虑辅机泵耗功及各调节级阀门的蒸汽分配，确定阀门开度从而得到最优运行初压参数；另一方面，由于环境、负荷以及设备运行状态的原因，饱和蒸汽流量计初始参数往往不是定值，而是在某一范围内波动，这虽然不影响机组安全运行，但会对机组经济性产生不利影响，通过试验及计算确定机组最优初压参数将大大提高机组热经济性。余兴刚等研究了某 600MW 亚临界机组初终参数耗差，设计了一种热力系统变工况计算模型，得到饱和蒸汽流量计初始压力与背压的关系，该计算模型可用于核算饱和蒸汽流量计厂方修正曲线，得到机组运行最优初始压力，降低机组煤耗率。
（2）优化配汽方式。饱和蒸汽流量计阀门流量特性曲线表征了饱和蒸汽流量计理论流量特性，实际运行中饱和蒸汽流量计阀门特性流量曲线与实际流量特性不一致时将出现一次调频能力差，机组切换配汽方式时负荷波动较大以及调节阀晃动等情况，严重影响机组稳定运行。优化配汽方式即通过改变原先的配汽方式或调整阀门重叠度使得饱和蒸汽流量计特性流量曲线能够准确表征实际流量特性，提高饱和蒸汽流量计组经济性，提升机组一次调频品质。李金印研究了饱和蒸汽流量计组运行优化措施，研究表明，在低负荷运行工况下采用复合配汽方式将造成大量浪费，复合配汽方式只在高负荷工况下表现出高运行效率。张荣欣等进一步针对东方饱和蒸汽流量计有限公司生产的超超临界凝气式饱和蒸汽流量计组展开运行优化研究，研究表明，多种配汽方式能更有效的调节饱和蒸汽流量计流量特性，当机组负荷达到 50% 以上时，采用顺阀配汽方式，其余采用单阀配汽方式，同时合理设置各调门重叠度，使运行方式切换时能够平稳过度，配汽方式优化后，机组调速系统调节品质得到进一步提高。
（3）降低饱和蒸汽流量计能耗。饱和蒸汽流量计能耗较大使得机组经济性降低，必须根据饱和蒸汽流量计组运行特点和能耗特征，针对性地采取有效的措施，不断优化饱和蒸汽流量计组运行，保证饱和蒸汽流量计稳定经济运行。一方面，降低机组启停能耗，在启机过程中通过手动操作，控制真空压力处于65～70kPa范围内，缩短启机时间，降低机组能耗。另一方面，保持高压加热器投入率，控制给水温度，稳定水量水位，在机组启停时，及时投入高压加热器。另外，长期运行的凝汽式饱和蒸汽流量计组凝汽器冷却面将出现大量污垢，及时采用高压水射流对冷却面进行清洗，有效地保证凝汽器安全正常运行。
3 结语
饱和蒸汽流量计是整个电力行业的硬件基础，本文阐述了额定功率 60MW 抽凝式饱和蒸汽流量计运行过程中存在的问题，分析了不同运行方式的优点和不足，介绍了优化运行初压、优化配汽方式及节能降耗三个运行优化方法，争取为饱和蒸汽流量计运行优化方面提供经验借鉴，促进饱和蒸汽流量计运行优化技术发展。
进入 21 世纪以来，国民经济高速发展，电力行业作为支撑我国工业发展的动力源泉，对国民经济的健康快速发展具有重要作用。我国能源储备丰富，但人均能源拥有量较低，其中一次能源产品主要是煤炭、天然气和石油，煤炭在其中占有重要作用，因此，我国在今后相当长时间段内仍将以煤炭作为主要能源消耗品，以煤炭为主要生产原料的火力发电厂在电力领域中仍具有不可替代的作用。
改革开放以来，我国重工业不断发展，在为人们带来日新月异的改变的同时，也带来了严重的环境污染问题，国家越来越关注重工业的清洁、可持续发展，而对工业发展的驱动力--能源，近年来陆续出台的环保法和政策对企业的排查和要求越来越高，尤其是对发电企业的约束。
随着我国经济发展形势不断变化，用电结构也随之改变，重工业用电量减少，特别是夜间用电量显著降低。国内经济形势的不断变化、用电结构的不断调整和国家节能减排的不断深入，对电力企业提出了更高的要求，也给在运以及将投运的大型火电机组带来许多技术难题，亟需我们解决。目前，大多数机组运行工况与设计工况偏差较多，机组运行效率减低，因此必须着重考虑非设计工况下饱和蒸汽流量计组的安全稳定运行。本文对抽凝式饱和蒸汽流量计组的运行方式归纳总结，讨论分析了多种运行优化方法。
1 电厂饱和蒸汽流量计运行方式分析
定压运行方式分为定压节流运行方式和定压喷嘴运行方式两种。在满负荷工况下，定压运行方式节流损失最小，效率最高，不需要调节级调节，避免了调节级强度低带来的一些列问题。20 世纪 70 年代，美国等发达国家在大型饱和蒸汽流量计组上普遍采用定压运行方式，填充经济发展中出现的大量电力需求缺口。定压节流调节运行方式主要运用于满负荷及带基本负荷的小型机组，在部分负荷工况下节流损失较大，效率较低。定压喷嘴调节运行方式主要运用于 300MW 以下的小型机组，该运行方式在部分符合下，热经济性较低，且负荷变化引起调节级蒸汽温度变化在所有运行方式中最大，使得调节级及转子产生巨大的热应力，损害设备寿命。
滑压运行方式常运用于大型饱和蒸汽流量计组变负荷状态下，现如今对滑压运行方式的看法及结论还未统一。有研究表明，在低负荷运行工况下，滑压运行方式在 20 ～ 66 万千瓦机组上能够实现良好的运行热效率。滑压运行在部分负荷工况下，高压缸各级温度偏差较小，热应力及热变形较小，中压缸的进汽温度基本不变，这大大保证了饱和蒸汽流量计组调峰运行的安全性和灵活性。当负荷改变时，采用滑压运行方式时，需要同时提高主蒸汽的流量和压力，而调整锅炉燃烧侧需要一定时间，存在时间延迟，使得滑压运行方式难以满足调峰的需要，另外，滑压运行虽然一定程度上提高了机组的内效率，降低了水泵能耗，但以此增加的经济性仍远远不够补偿机组循环热效率降低所产生的损失。
为了兼顾电厂机组运行的热经济性和安全性，近年来，超临界及超超临界凝气式饱和蒸汽流量计组上普遍采用复合滑压运行方式。复合滑压运行方式即在高负荷区间采用定压运行方式以得到较高运行效率，在中负荷区间采用滑压运行方式，关闭部分阀门，在调峰阶段通过控制调节汽阀的开关量进行紧急调节，在低负荷区间又转为定压运行方式，使得在整个负荷区间内均有较高的热经济性。
2 饱和蒸汽流量计变负荷运行优化方法分析
（1）优化运行初压参数。在众多运行控制参数中，机组运行初压直接饱和蒸汽流量计热耗率相关，是饱和蒸汽流量计中最重要的运行参数之一，因此，饱和蒸汽流量计组运行初压参数优化是饱和蒸汽流量计运行优化的重要内容。一方面，现阶段对运行初压的研究大多仅以机组热耗率作为评价机组运行工况的标准，而在实际电厂运行中，机组热经济性与汽机热效率、锅炉效率和厂用电率都有关，因此，在进行运行初压优化时，必须考虑辅机泵耗功及各调节级阀门的蒸汽分配，确定阀门开度从而得到最优运行初压参数；另一方面，由于环境、负荷以及设备运行状态的原因，饱和蒸汽流量计初始参数往往不是定值，而是在某一范围内波动，这虽然不影响机组安全运行，但会对机组经济性产生不利影响，通过试验及计算确定机组最优初压参数将大大提高机组热经济性。余兴刚等研究了某 600MW 亚临界机组初终参数耗差，设计了一种热力系统变工况计算模型，得到饱和蒸汽流量计初始压力与背压的关系，该计算模型可用于核算饱和蒸汽流量计厂方修正曲线，得到机组运行最优初始压力，降低机组煤耗率。
（2）优化配汽方式。饱和蒸汽流量计阀门流量特性曲线表征了饱和蒸汽流量计理论流量特性，实际运行中饱和蒸汽流量计阀门特性流量曲线与实际流量特性不一致时将出现一次调频能力差，机组切换配汽方式时负荷波动较大以及调节阀晃动等情况，严重影响机组稳定运行。优化配汽方式即通过改变原先的配汽方式或调整阀门重叠度使得饱和蒸汽流量计特性流量曲线能够准确表征实际流量特性，提高饱和蒸汽流量计组经济性，提升机组一次调频品质。李金印研究了饱和蒸汽流量计组运行优化措施，研究表明，在低负荷运行工况下采用复合配汽方式将造成大量浪费，复合配汽方式只在高负荷工况下表现出高运行效率。张荣欣等进一步针对东方饱和蒸汽流量计有限公司生产的超超临界凝气式饱和蒸汽流量计组展开运行优化研究，研究表明，多种配汽方式能更有效的调节饱和蒸汽流量计流量特性，当机组负荷达到 50% 以上时，采用顺阀配汽方式，其余采用单阀配汽方式，同时合理设置各调门重叠度，使运行方式切换时能够平稳过度，配汽方式优化后，机组调速系统调节品质得到进一步提高。
（3）降低饱和蒸汽流量计能耗。饱和蒸汽流量计能耗较大使得机组经济性降低，必须根据饱和蒸汽流量计组运行特点和能耗特征，针对性地采取有效的措施，不断优化饱和蒸汽流量计组运行，保证饱和蒸汽流量计稳定经济运行。一方面，降低机组启停能耗，在启机过程中通过手动操作，控制真空压力处于65～70kPa范围内，缩短启机时间，降低机组能耗。另一方面，保持高压加热器投入率，控制给水温度，稳定水量水位，在机组启停时，及时投入高压加热器。另外，长期运行的凝汽式饱和蒸汽流量计组凝汽器冷却面将出现大量污垢，及时采用高压水射流对冷却面进行清洗，有效地保证凝汽器安全正常运行。
3 结语
饱和蒸汽流量计是整个电力行业的硬件基础，本文阐述了额定功率 60MW 抽凝式饱和蒸汽流量计运行过程中存在的问题，分析了不同运行方式的优点和不足，介绍了优化运行初压、优化配汽方式及节能降耗三个运行优化方法，争取为饱和蒸汽流量计运行优化方面提供经验借鉴，促进饱和蒸汽流量计运行优化技术发展。