發(fā)布時間：2022-02-18所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 為了尋找抽汽背壓式汽輪機( back pressure extraction steam turbine，BEST) 最佳的級數(shù)方案，以配置 BEST 的二次再熱機組為設計基礎，保持總回熱級數(shù)不變，BEST 級數(shù)從 4 級增加到 8 級，對比不同 BEST 級數(shù)下機組的可行性、變工況特性及熱經(jīng)濟性。結(jié)果表明:
摘 要: 為了尋找抽汽背壓式汽輪機( back pressure extraction steam turbine，BEST) 最佳的級數(shù)方案，以配置 BEST 的二次再熱機組為設計基礎，保持總回熱級數(shù)不變，BEST 級數(shù)從 4 級增加到 8 級，對比不同 BEST 級數(shù)下機組的可行性、變工況特性及熱經(jīng)濟性。結(jié)果表明: 從 BEST 功率相對給水泵功率的裕量來看，當 BEST 級數(shù)等于 4 級，機組負荷在 100% ～ 75% THA 工況時，BEST 功率無法滿足給水泵功率的需求，可行的方案選取 BEST 級數(shù)從 5 級增加到 8 級，BEST 每增加 1 級，BEST 功率相對給水泵功率的平均裕量增加 5 ～ 7 MW; 對于抽汽壓力，當負荷降低時 BEST 所在的除氧器前的抽汽壓力隨著 BEST 級數(shù)的增加而減小，BEST 所在的除氧器后的抽汽壓力隨著 BEST 級數(shù)增加而增大; 對于抽汽流量，當負荷降低時第 1 級抽汽流量隨著 BEST 級數(shù)增加而增加，BEST 所在的除氧器前的抽汽流量隨著 BEST 級數(shù)的增加而減小，BEST 所在的除氧器后的抽汽流量隨著 BEST 級數(shù)的增加而增加; 從熱經(jīng)濟性來看，隨著 BEST 級數(shù)增加機組的熱耗率也隨之增加，5 級 BEST 方案為機組熱經(jīng)濟性最佳的方案。
關 鍵 詞: BEST 系統(tǒng); 變工況; 抽汽參數(shù); 1 000 MW 機組; 超超臨界
引 言
由于超超臨界二次再熱機組增加了再熱次數(shù)和熱力系統(tǒng)的回熱級數(shù)，循環(huán)熱效率顯著提高，同時回熱抽汽的過熱度也隨之提高[1]，使得回熱加熱器的不 可 逆 損 失 增 加[2]。 為 解 決 此 問 題，提 出 在 BEST[3 - 5]原有熱力系統(tǒng)的基礎上增加 1 臺抽汽背壓式汽輪機[6 - 7]，原有系統(tǒng)中抽汽過熱度偏高的回熱加熱器改為從抽汽背壓式汽輪機上抽汽。
對 BEST 級數(shù)的研究中，段立強等人以 660 MW 超超臨界二次再熱機組為基礎，對 4 種集成回熱式汽輪機方案與常規(guī)機組和加裝兩級外置式蒸汽冷卻器的二次再熱機組進行比較，獲得最優(yōu)集成方案[8 - 9]; 田歡等人以 700 ℃二次再熱 MC( Master Cycle) 循環(huán)為基礎，選擇不同小機汽源以及級數(shù)，對 7 種不同的方案進行對比[10]; 付亦葳等人對常規(guī)二次再熱機組與 BEST 系統(tǒng)進行對比，討論了不同配置方式下 BEST 系統(tǒng)容量選擇與系統(tǒng)配置[11 - 12]。
以 1 000 MW 二次再熱機組為設計基礎，對不同的 BEST 級數(shù)方案進行對比，得出不同 BEST 級數(shù)下機組變工況的回熱特性和機組熱經(jīng)濟性最佳的 BEST 配置方案。在對 BEST 系統(tǒng)的級數(shù)進行選擇時，除了需要滿足給水泵功率需求之外，還需要滿足回熱加熱器的抽汽需求。所以，在選擇 BEST 級數(shù)時要綜合考慮這兩個因素得出最佳的 BEST 級數(shù)。本文原實例系統(tǒng)中的 BEST 設置有 6 級。為了研究不同 BEST 級數(shù)下機組的變工況特性，基于實例參數(shù)在 EBSILON 平臺上建立了不同 BEST 級數(shù)的模型，分析變工況下不同 BEST 級數(shù)系統(tǒng)的回熱特性與熱經(jīng)濟性。
1 實例參數(shù)及對比方案的設置與選擇
1. 1 實例介紹
某電廠二期 2 × 1 000 MW 超超臨界機組擴建工程汽輪機采用31 MPa /605 ℃ /622 ℃ /620 ℃參數(shù)的超超臨界、二次中間再熱、單軸、五缸四排汽、12 級回熱抽汽、凝汽式汽輪機。發(fā)電機采用額定功率為 1 000 MW 等級水氫氫冷發(fā)電機。型號為 N1 000 - 31 /605 /622 /620。機組采用帶 BEST 的雙機回熱抽汽系統(tǒng)，12 級非調(diào)整抽汽，如圖 1 所 示。其 中 BEST 汽源來自一次低溫再熱蒸汽，BEST 有 6 級抽汽，分別供給 2 號，3 號，4 號和 5 號高壓加熱器和除氧器，BEST 的排汽供給 7 號低壓加熱器。
1. 2 方案設計
在對不同 BEST 級數(shù)方案進行設計時，BEST 級數(shù)從 4 級增加至 8 級，總回熱級數(shù)保持 12 級不變。方案 1 配置有 4 級 BEST; 方案 2 配置有 5 級 BEST; 方案 3 配置有 6 級 BEST; 方案 4 配置有 7 級 BEST; 方案 5 配置有 8 級 BEST，如圖 2 ～ 圖 6 所示。
在實例系統(tǒng)模型的參數(shù)基礎上，確定不同 BEST 級數(shù)的變工況運行參數(shù)，運用 Ebsilon 軟件進行熱力系統(tǒng)的建模，建立不同 BEST 級數(shù)的模型，對模型參數(shù)進行設定:
( 1) 保證不同 BEST 級數(shù)下主、再熱壓力、溫度和流量等參數(shù)一致[13 - 15]，如表 1 所示;
( 2) 設置不同 BEST 級數(shù)下汽輪機變工況效率與原實例模型變工況下汽輪機效率對應相等[16 - 17];
( 3) 給水泵功率完全由 BEST 提供，BEST 多余的功率由小發(fā)電機消納。
1. 3 方案選取
在對不同 BEST 級數(shù)方案進行對比前，要考慮到對應級數(shù)方案的 BEST 功率是否可以滿足給水泵功率的需求[18 - 20]。
基于 BEST 實例參數(shù)，首先考慮 BEST 功率與給水泵功率的關系，保證不同負荷下 BEST 功率始終滿足給水泵功率需求。圖 7 為 BEST 級數(shù)從 4 級到 8 級不同負荷下，BEST 功率與給水泵功率的關系。不同方案下，給水參數(shù)保持相同，所以不同方案下給水泵需要的功率相同，隨著 BEST 級數(shù)的增加 BEST 功率逐漸增加，BEST 功率相對給水泵功率的裕量也隨之增 加。當 BEST 級 數(shù) 為 4 級，機 組 負 荷 在 100% ～ 75% THA 時，BEST 功率無法滿足給水泵功率的需求，即當 BEST 級數(shù)小于 5 時，BEST 功率無法滿足給水泵功率的需求。為了保證給水泵可以由 BEST 驅(qū)動，BEST 級數(shù)需要大于等于 5 級。所以，具備可行性的對比方案為方案 2、方案 3、方案 4 和方案 5。
2 不同 BEST 級數(shù)下回熱系統(tǒng)的變工況特性
對方案 2、方案 3、方案 4 和方案 5 回熱系統(tǒng)的變工況特性進行比較，分析不同方案變工況下的抽汽壓力、抽汽流量和抽汽溫度的變化特性[18 - 19]。
2. 1 抽汽溫度
對變工況下不同方案的抽汽溫度進行對比，如圖 8 所示。對于方案 2、方案 3 和方案 4，BEST 排汽后的抽汽溫度會高于 BEST 所在級的抽汽溫度，即方案 2 的第 7 級抽汽，方案 3 的第 8 級抽汽，方案 4 的第 9 級抽汽。這是因為 BEST 排汽后的抽汽從中壓缸來，經(jīng)過二次再熱，該位置的抽汽溫度較高，會高于 BEST 的排汽溫度。對于方案 5，BEST 后的排汽從低壓缸來即第 10 級抽汽，當 負 荷 低 于 40% THA 時，其抽汽溫度低于 BEST 排汽溫度。
2. 2 抽汽流量
對比不同方案變工況下的抽汽流量變化，如圖 9 所示。隨著負荷降低，第 1 級抽汽流量排序為: 方案 5 > 方案 4 > 方案 3 > 方案 2。這是因為不同方案變負荷下給水溫度相同，隨著 BEST 級數(shù)增加，用來加熱給水的蒸汽參數(shù)下降，經(jīng)過 BEST 抽汽加熱的給水溫度降低，所以需要更多的第 1 級抽汽流量加熱給水。
對于 BEST 所在的除氧器之前抽汽流量即方案 2 ～ 方案 5 的第 2 ～ 5 級抽汽，隨著負荷降低，對應工況下 BEST 所在的除氧器之前的抽汽流量排序為: 方案 2 > 方案 3 > 方案 4 > 方案 5。由圖 8 可知，隨著 BEST 級數(shù)增加，BEST 所在級的除氧器前抽汽溫度逐漸升高，根據(jù)能量守恒，則需要的 BEST 排汽流量減少，所以隨著負荷降低，BEST 所在級的除氧器之前的抽汽流量排序為: 方案 2 > 方案 3 > 方案 4 >方案 5。
對于 BEST 所在的除氧器之后的抽汽流量，方案 3 的第 7 級抽汽、方案 4 的第 7 ～ 8 級抽汽、方案 5 的第 7 ～ 9 級抽汽隨著負荷降低。BEST 所在級的除氧器之后抽汽流量排序為: 方案 5 > 方案 4 > 方案 3。由圖 8 可知，隨著 BEST 級數(shù)增加，BEST 所在級的除氧器之后的抽汽溫度逐漸降低。根據(jù)回熱加熱器的能量守恒，則需要更多的 BEST 抽汽流量加熱給水。所以隨著負荷降低，對應工況下 BEST 所在級的除氧器之后抽汽流量排序為: 方案 5 > 方案 4 >方案 3。
2. 3 抽汽壓力
對變工況下不同方案抽汽壓力進行對比，如圖 10 所示。在 THA 工況時 4 種方案的抽汽壓力相同。變工況下，對于第 1 級抽汽，不同方案下的抽汽壓力基本相同。因為不同方案給水溫度相同，所以不同方案下第 1 級抽汽壓力相同。
對于 BEST 所在級的除氧器前的第 2 ～ 5 級抽汽壓力，隨著負荷降低，BEST 級數(shù)越多，對應的第 2 ～ 5 級抽汽壓力越低，即對第 2 ～ 5 級抽汽壓力進行對比排序為: 方案 5 < 方案 4 < 方案 3 < 方案 2。這是因為隨著 BEST 級數(shù)增加，BEST 所在級的除氧器前抽汽流量減少，如圖 9 所示。由弗留格爾公式可知，BEST 所在級的除氧器前的抽汽壓力排序為: 方案 5 < 方案 4 < 方案 3 < 方案 2。
對于 BEST 所在除氧器之后抽汽壓力，方案 3 為第 7 級抽汽，方案 4 為第 7 ～ 8 級抽汽，方案 5 為第 7 ～ 9 級抽汽。隨著負荷降低，BEST 所在級的除氧器后的抽汽壓力排序為: 方案 5 > 方案 4 > 方案 3。這是因為隨著 BEST 級數(shù)增加，BEST 所在級除氧器后的抽汽流量增加，由弗留格爾公式可知，除氧器后 BEST 所在級的抽汽壓力排序為: 方案 5 > 方案 4 > 方案 3。
2. 4 不同 BEST 級數(shù)下回熱系統(tǒng)的變工況熱經(jīng)濟性
對不同 BEST 級數(shù)下變工況的熱經(jīng)濟性進行對比，如表 3 所示。隨著 BEST 級數(shù)從 5 級到 8 級增加，系統(tǒng)的熱耗率增加。這是因為隨著 BEST 級數(shù)增加，BEST 功率已經(jīng)滿足給水泵功率需求，此時 BEST 抽汽主要考慮滿足回熱系統(tǒng)的熱平衡。如圖11 所示，隨著 BEST 級數(shù)增加，進入 BEST 的流量邊隨之增加。但是不同方案中的主蒸汽流量保持一致，所以隨著 BEST 級數(shù)增加進入 BEST 的流量增加，再熱蒸汽流量逐漸減少，使得高參數(shù)的蒸汽流量減少，系統(tǒng)熱耗率增加。對不同方案的熱耗率進行對比，如表 3 所示。各個工況下方案 2 的熱耗率均低于其他方案，所以從機組的熱經(jīng)濟性來看，方案 2 為最佳方案。
3 結(jié) 論
( 1) 對不同 BEST 級數(shù)的二次再熱機組進行變工況對比。從熱經(jīng)濟性來看，隨著 BEST 級數(shù)增加，系統(tǒng)熱耗率也隨之增加; 方案 2 不同工況下的熱耗率均低于其他方案，所以從機組的熱經(jīng)濟性來看，方案 2 為最佳 BEST 級數(shù)配置方案。但是，方案 2 中的第 7 級抽汽溫度達到 400 ℃，而其他方案對應抽汽的平均溫度最高為 350 ℃，所以如果采用方案 2，可能會增加第 7 級回熱加熱器的投資成本。
( 2) 從 BEST 功率相對給水泵功率的平均裕量來看，BEST 每增加 1 級，BEST 功率相對給水泵功率的平均裕量增加 5 ～ 7MW。當 BEST 級數(shù)等于 4 級，機組負荷在 100% ～ 75% THA 時 BEST 功率無法滿足給水泵功率的需求。所以 BEST 級數(shù)需要大于等于 5 級，具備可行性的方案為: 方案2、方案3、方案4 和方案 5。
( 3) 對于抽汽壓力，當負荷降低時，BEST 所在級除氧器前的抽汽壓力隨著 BEST 級數(shù)的增加而減小，BEST 所在級的除氧器后的抽汽壓力隨著 BEST 級數(shù)增加而增大; 對于抽汽流量，當負荷降低時，第 1 級抽汽流量隨著 BEST 級數(shù)增加而增加，BEST 所在級的除氧器前的抽汽流量隨著 BEST 級數(shù)的增加而減小，BEST 所在級的除氧器后的抽汽流量隨著 BEST 級數(shù)的增加而增加。——論文作者：王 渡，陳 豪，魏佳倩，陳 穎
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