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1、第四节 滑压运行的经济性与安全性进入80年代以来，随着国家经济政策的调整，我国的用电结构有了很大变化，这表现在轻工业和市政生活用电量不断上升。由于总发电量增长很快，重工业的夜间用电量所占比重逐步相对减小，因而大电网的日夜负荷峰谷差已由原来的20升至3050以上，而且还要上升(发达国家的峰谷差已达5075)。近10年各大电网新装的主要是125Mw以上的大容量机组，大容量机组在电网中的比例越来越大这就迫使大电网必须用大容量机组进行调峰。汽轮机有两种运行方式，一是定压远行方式，一是滑压运行方式，大容量汽轮机调峰时，采用滑压运行方式，在安全性和负荷变化灵活性上，都优于定压运行方式，一定条件下的经济性也
2、优于定压运行方式。一、滑压运行方式汽轮机滑压运行时，调节汽门全开或开度不变。根据负荷大小调节进入锅炉的燃料量、给水量和空气量，使锅炉出口汽压和流量随负荷升降而升降，但出口汽温不变，因此汽轮机的进汽温度维持额定值不变，而进汽压力与流量都随负荷升降而增减，可借以调节汽轮机的功率。汽轮机的进汽压力随外界负荷增减而上下“滑动”，故称滑压运行，也称变压运行。 滑压运行方式是联邦德国在50年代开始研究并首先应用到机组上的。60年代以来，美、日、苏和欧洲其他各国也先后应用在机组上。目前国内外300 Mw以上的新设计机组一般都考虑能适应滑压运行。 滑压运行又可分为三种方式。1纯滑压运行方式纯滑压运行汽轮机不需
3、要调节级，第一级应全周进汽，调节汽门全开，只好锅炉出口蒸汽压力和流量的改变来调节机组负荷。由于锅炉存在热惯性，故汽轮机负荷迅速上升时锅炉燃烧不可能立即加大，出口汽压不可能立即升高；反之，亦然，也就是说，负荷调节存在滞后现象。2节流滑压运行方式节流滑压运行汽轮机也不需要调节级，第一级全周进汽，节流调节汽门预先关小515，进行滑压运行。负荷急剧升高时，开大节流调节汽门应急调节；负荷突降时，也可关小调节汽门加以调节，待锅炉燃烧状况跟上后，再将节流调节汽门开度恢复到原位，这就可避免锅炉热惯性对负荷迅速变化的限制。这种调节方式的缺点是节流调节汽门中有节流损失。3复合滑压运行方式汽轮机采用喷嘴配汽，高负荷
4、区域内(如8095额定负荷以上)进行定压运行，用启闭调节汽门来调节负荷，汽轮机组初压较高，循环热效率较高，且负荷偏离设计值不远，相对内效率也较高。较低负荷区域内(如在8095与2550额定负荷之间)仅全关最后一个、两个或三个调节汽门，进行滑压运行，这时没有部分开启汽门，节流损失相对最小，全机相对内效率接近设计值，负荷急剧增减时，可启闭调节汽门进行应急调节。在滑压运行的最低负荷点之下(如2550额定负荷之下)又进行初压水平较低的定压远行，以免经济性降低太多(本节后而将介绍初压为临界压力以下的机组，其滑压远行的热经济性均比定压运行的喷嘴配汽机组差)。这是滑压与定压相结合的一种运行方式，是目前调峰机
5、组最常用的一种方式，它使机组在所有变负荷区域内都有较高热经济性。二、机组滑压运行的热经济性为了便于比较，设滑压运行与定压运行机组的设计值、G等均相同。在变负荷工况下，设再热后的蒸汽温度等于设计值，各机再热压损也基本相等，只要各机流量相同，以中低压缸为一级组，则，中压缸进汽压力也必然相同。那么在同一下，各种运行方式的中低压缸热力过程线都一样，经济性比较就只需比较高压缸的热经济性了。实际上喷嘴配汽定压运行机组在负荷较低时，因高压缸排汽温度降低，进入中压缸的再热蒸汽温度也有所降低。根据我国三大汽轮机厂生产的300Mw、600 Mw机组50额定负荷的数据来看，约降低20左右或更低。滑压运行机组高压缸在
6、部分负荷时的相对内效率高于定压运行机组，这是因为滑压运行时主蒸汽温度不变，虽然主蒸汽质量流量和压力都随负荷减小而减小，但各种负荷下新汽容积流量基本不变。如50额定负荷时的与设计值只相差2左右，容积流量不变就使各级喷嘴、动叶出口的流速不变，比焓降和内效率都不变；而喷嘴配汽定压运行机组在部分负荷下调节级效率下降较多，节流配汽定压运行机组在部分负荷下节流损失较大。滑压运行机组在部分负荷下的锅炉给水压力降低，用变速给水泵就可降低给水泵耗功。这是一个不小的数值，因为随着机组初压设计值升高，给水泵功率越来越大，超高压机组给水泵功率占主机发电功率2左右，亚临界机组占34，超临界机组占57。因此，低负荷时给水
7、泵耗功的减少将给滑压运行机组的热经济性带来明显益处。滑压运行机组在部分负荷下运行的不利因素是循环热效率低于定压运行机组。因滑压运行机组部分负荷下的锅炉内平均吸热温度随吸热压力下降而下降，而冷源平均放热温度基本不变，这就必然使其低于定压运行机组的。为了具体地分析滑压运行机组的热经济性，画出三种机组的热力过程线，如图3.4.1所示。两根虚线表示喷嘴配汽定压远行(以n为下标)汽轮机设计工况和部分负荷的热力过程线，两根倾斜实线表示滑压运行(以s为下标)汽轮机相应的热力过程线(设滑压运行汽轮机没有调节级)。倾斜实线ab与点划线表示节流配汽定压运行(以th为下标)机组相应的热力过程线。点划线的起始点压力必
8、然比滑压运行机组的起始压力梢低，原因如下：对于节流配汽的定压运行机组与滑压运行机组可分别写出: (3.4.1)以上式中，、为设计工况下扣除进汽机构节流损失后的第一级前压力和热力学温度；、是部分负荷时扣除进汽机构节流损失后节流配汽定压运行机组与滑压运行机组第一级前的热力学温度，等于图中的与加上273o。由式(3.4.1)可见,由于，故必然。上述三种机组都以表示1kg蒸汽在锅炉内的吸热量；W表示1kg蒸汽在整个汽轮机内所作的内功；与表示高压缸与中低压缸的有效比焓降；表示机组的绝对内效率。忽略回热抽汽后W=+，则 (3.4.2) (3.4.3) (3.4.4)现在比较滑压运行机组与喷嘴配汽定压运行机
9、组的热经济性。由图3.4.1可见，部分负荷时滑压运行机组1kg蒸汽在锅炉本体内比喷嘴配汽定压运行机组多吸收的热量为，在再热器内比它少吸收的热量为，故 由图3.4.1还可见，两机组高压缸有效比焓降之间的关系为 则 当=时，由式（3.4.2）与式（3.4.3）得 （3.4.5）上式成立的条件是 （3.4.6） 式(3.46)是滑压运行机组与喷嘴配汽定压运行机组在部分负荷下绝对内效率相等的条件式。若，由式(345)可见，右端大于左端，即；若，则相反。由此可见，相对于喷嘴配汽定压运行机组，滑压运行机组的热经济性决定于的相对大小。因此影响的因素就需要分析。 由hs图可见，过热蒸汽区的等温线在高压区域弯曲
10、较大，在低压区域比较平直，接近于等比焓线。很明显，在相同的流量变化下，越高，越大，如图3.4.1左侧C、D两点之差所示；越低，越小，如图上端E、F两点之差所示。这就是说，越到高压区，越趋近于，滑压运行机组部分负荷下就越有可能接近喷嘴配汽定压运行机组部分负荷下的。也就是说，初压越高，滑压运行热经济性越高。但不论新汽压力升高到什么程度，总是小于，因为即使在超临界压力处，等温线切线斜率也显然比部分负荷时再热压力的等压线切线斜率小，等温线向上凸，等压线向下凹，ak线位于较宽的左侧，mn线位于较窄的右侧，负荷越低，mn线右移越多，因而相对越短；负荷较高时，mn线虽左移，但ak线中调节级的效率也相应变高，
11、因此即使部分负荷下调节级的效率较低，也总是大于，即。过就是说，综合相对内效率提高与循环热效率降低两个因素，若不考虑给水泵耗功减少的因素，滑压运行机组的热经济性仍低于喷嘴配汽定压运行机组，只是越高，低得越少而已。 事实上机组滑压远行时给水泵在部分负荷下的耗功将大幅度减少。图342是538的300 Mw滑压运行机组热耗率与同参数的喷嘴配汽定压运行机组热耗率的相对差值曲线图，计算中考虑了滑压运行机组给水泵耗功减少的因素。图中纵坐标表示热耗率差值百分数；横坐标P表示机组运行功率相对于设计值的百分数。由图中虚线可见，设计工况下滑压运行机组热耗率与定压运行机组热耗率的相对差值为0.4。图中是理论计算数据，
12、未考虑喷嘴配汽定压运行机组调节汽门部分开启时的节流损失与滑压远行机组调节汽门有10的节流等实际因素。由图3.4.2可见，12.518MPa时，汽轮机滑压运行是没有热经济性方面的益处的。这是因为较低时内效率较高，加上给水泵功率降低所获益处，尚不足以补偿循环热效率下降的损失。更低的高中压机组就更不用说了。由图中还可以看出，=18MPa的机组滑压运行时，在负荷降到50设计值之前，热耗率将比喷嘴配汽定压运行机组的增大，故只从热经济性角度考虑，滑压远行并不合算。负荷降到50设计值以下时，滑压运行才在经济上有利，这是因为负荷越低，滑压运行机组越能得到给水泵耗功减少的补偿。=25MPa的汽轮机在负荷由设计值
13、下降时，滑压运行热耗率始终比喷嘴配汽机组的小，负荷下降越多，滑压运行热耗率下降也越多。因此，如果单纯从热经济性角度来考虑，则初压为临界压力以下的机组，滑压都不宜采用运行。如果考虑各种实际因素，特别是考虑滑压运行时节流调节汽门有10的节流与喷嘴配汽机组调节汽门部分开启时的节流损失，则图3.4.2中25MPa的曲线将变为图3.4.3所示曲线。滑压运行机组热耗率曲线是非波浪形的光滑曲线，但喷嘴配汽定压远行机组的热耗率曲线是波浪形的(参看本章第八节)，故两者之差的曲线也成波浪形。现在比较滑压远行机组与节流配汽定压运行机组的热经济性。用前面的方法可得 与 式中， 如图3.4.1所示，则有 （3.4.7）
14、由图3.4.1可见，如果，由于等压线是向右发散的，略大于，现在，那么显然。因此，式(3.4.7)分子与分母中的为正值。若在式(3.4.4)右端分子、分母中都加上一个相同的正数，则分数值增大，说明。也既是说，滑压远行机组的热经济性，即使不考虑部分负荷下给水泵耗功减少达一因素，仍高于节流配汽定压运行机组。三、滑压运行机组的安全性与灵活性定压运行喷嘴配汽汽轮机调峰时，若迅速改变负荷或夜间停机和启动，则在高压缸各级，特别是调节级引起过大的温度变化和热应力(见第五章)，这是限制该机组调峰灵活性的主要障碍，也是影响机组安全可都运行的一个关键问题。定压运行节流配汽汽轮机调峰时，高压缸各级温度变化虽然不大，但
15、节流损失较大，热经济性较低。只有滑压运行机组最适宜于调峰。 滑压运行机组负荷变化时高压缸各级温度几乎不变。图3.4.4是滑压运行汽轮机与定压运行喷嘴配汽汽轮机在三种负荷下的高压缸热力过程线曲线、是喷嘴配汽定压运行机组高压缸在设计工况、75设计负荷、50设计负荷下的热力过程线。当负荷由设计值下降到一半时，高压缸排汽温度下降近60，表明高压缸各级的温度变化较大，热应力相热变形较大。曲线、是没有调节级的滑压运行机组在设计工况、75设计负荷、50设计负荷下的热力过程线。在此三种负荷下，高压缸排汽温度保持在320附近几乎不变，表明负荷变化时，高压缸内各级的温度也都几乎不变，热应力和热变形很小，这就大大增强了机组调峰的灵活性与安全性。滑压运行机组负荷下降时，能保持中间再热温度稳定。喷嘴配汽定压运行机组负荷下降时，因高压缸排汽温度下降，中压缸进汽温度也有所下降，达不仅影响效率。而且引起热应力和热变形。滑压运行机组高压缸排汽温度稳定，中压缸进汽温度也稳定。 由此可见，滑压运行的安全性与灵活性都优于定压运行。
第三章 汽轮机的变工况特性-第四节滑压运行的经济性与安全性
