- 文献综述(或调研报告):
随着国家能源政策及产业结构的改变,电网负荷的峰谷差逐渐增大。由于太阳能发电、燃气发电等调峰装机容量较小,不能满足调峰要求,意味着大量超临界汽轮机发电机组需长期承担深度调峰任务。然而,深度调峰要求机组在额定负荷以下工作,机组的热经济性明显降低。因此,在确保机组安全运行的前提下,如何改善高参数机组在低负荷状态的最佳运行已成为一个热点研究问题。同时,市场经济对火力发电厂提出的现实要求也需要在低负荷下运行的高参数机组最大限度地经济性运行[1-5]。
汽轮机是一种旋转式原动力机,作为火电或核电的主要设备之一,汽轮机以蒸汽作为工质,并将蒸汽的热能转换为机械能用于拖动发电机发电。最早的汽轮机雏形是公元1世纪利用蒸汽反作用力而旋转的汽转球,汽轮机的发展就是在不断提高机组的安全可靠性的基础上增大单机功率。目前,汽轮机的运行方式包括:定压运行方式、滑压运行方式和复合滑压运行方式。
(1)定压运行方式
高参数、大容量机组低负荷运行往往采用定压运行方式或者滑压运行方式。采用定压运行的汽轮机机组始终保持主蒸汽压力设定值不变,电网负荷通过调节高压调门的开口度来实现。在二十一世纪初期,电力供需随着我国经济快速发展变得很紧张,大多数发电企业的机组都处在额定负荷下运行以缓解电力市场供不应求的状态。定压运行的机组通过调节高压调门开度来改变主蒸汽流量,机组对这种配汽调节方式的响应速度快,能够迅速满足电网负荷的要求,但定压运行的不足在于机组的节流损失将会随着调门开度的减小而增大,导致机组效率降低。
(2)滑压运行方式
采取滑压运行的汽轮机往往将高压调门的开度维持一恒定值,机组负荷控制通过调节汽轮机主蒸汽压力来实现的,调节主蒸汽压力所采取的手段是改变锅炉产汽量。滑压运行时,机组高压调门保持较大开口度或者是处于全开状态,节流损失小机组负荷近似地与主汽压力成正比[6,7]。
(3)复合滑压运行
定压运行和滑压运行相结合便构成复合滑压运行方式,这种运行方式是目前参与调峰调频的高参数、大容量机组最为广泛采用的运行方式。高负荷或者较低负荷区,采用定压运行的机组出力主要依靠控制高压调门的开度来实现,而主蒸汽压力分别设置为额定值或相对较低的压力恒定不变。在高负荷和较低负荷之间的变负荷运行的机组则采用滑压运行方式,通过改变锅炉产汽量来调节主蒸汽压力以满足机组出力的需要。复合滑压运行方式继承了定压和滑压运行方式的优点,当负荷较高时,机组采用定压运行不仅可以缓解锅炉的热应力还能提高发电机组的热效率[8]。
定压运行方式和滑压运行方式是火电企业汽轮机机组两种常见的运行方式。但随着电网负荷昼夜峰谷查的增大而致使部分大容量机组参与调峰调频,这两种单一调节方式因经济效益不高而逐渐被淘汰。运行为了满足机组在调峰或调频的快速反应需求,大型火电机组广泛采用复合滑压方式运行[9],即将滑压与定压相结合的“定——滑——定”的调节方式。在高负荷区采用设计参数定压运行,通过调节主汽门和高压调门的开度来调节负荷,节流损失不大,循环效率没有降低,其经济性优于滑压运行方式;中低负荷区域采用高压调门全开的滑压运行方式,以获得较高的热力系统内效率;在极低负荷区采用低参数定压运行节流调节,有利于锅炉稳定运行[10]。
有参考文献指出,汽轮机组最佳运行方式的确定可以在一定程度上转化为求解机组热经济性最好的运行方式。最优运行初压往往通过数学计算或试验比较法确定。然而,过多的线性简化或试验漏点的存在导致确定的最优初压不够理想[11]。通常汽轮机制造厂家会给出负荷与压力关系曲线来指导汽轮机运行,发电厂也会通过优化试验寻找出合适的滑压曲线[12]。但是其中会存在一些问题:
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