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汽动引Kb88凯时改造后性能试验报告

2014-01-14
????本试验报告主要介绍发电厂机组汽动引Kb88凯时改造后热力性能试验的情况,包括试验目的、试验规范、试验工况、试验参数丈量办法及试验机组运行方法等。文中给出了试验数据和结果,并对试验结果进行了比较和剖析。
1??概述
机组为1000MW超超临界燃煤机组,汽轮机由上海汽轮机有限公司提供,为1000MW超超临界、一次中间再热、反动式、四缸四排汽、单背压、凝汽式汽轮机,机组型号为N1000-26.25/600/600
2010年初机组进行了对外供热的管路改造,对高压缸局部排汽经减压后从辅汽母管供汽至低压供汽管路。热网投运后,电厂的热效率及经济性取得了较大提高,但由于高排汽源至供热管路保存近4MPa的压降,节流损耗较大,为响应国家节能减排需要,2011年电厂采用Kb88凯时电力设计院设计的回热式小汽轮机驱动设备技术,利用局部一级再热器出口的蒸汽进入两台背压汽轮机做功发动两台引Kb88凯时工作,背压机排汽替代原有的冷再汽源对外供热,使得蒸汽能量的利用效率取得了提高。
2011年5月受电厂方面委托,杭州意能电力技术有限公司将承当该机组汽动引Kb88凯时改造后的热力性能试验工作。
1.1?机组技术规范和设计参数
电厂汽轮发电机组的技术规范如下表1所示,汽轮机典范工况下主要参数如下表2所示。
1??汽轮机主要技术规范
制造厂
上海汽轮机有限公司
型号
N1000-26.25/600/600?(TC4F)
型式
超超临界、单轴、四缸四排汽、一次中间再热、单背压凝汽式
铭牌功率
1000?MW
额定主蒸汽压力
26.25?MPa
额定主蒸汽温度
600?℃
额定热再热蒸汽温度
600?℃
额定排汽压力
4.9kPa
设计冷却水温度
20?
给水回热级数
8级(3高加+1除氧+4低加)
高压缸
14个压力级
中压缸
2×13个压力级
低压缸A
2×6个压力级
低压缸B
2×6个压力级
末级叶片长度
1146??mm
高压缸效率
90.39?
中压缸效率
93.30?
低压缸效率
89.14?
THA工况热耗率
7328?kJ/kWh
工作转速
3000?r/min
启动方法
高、中压联合启动
配汽方法
全周进汽
变压运行负荷范畴
30%到100%额定负荷
?
表2??汽轮机典范工况主要参数
???????工??况
?项??目
?
单位
TRL
工况
T-MCR工况
VWO????
工况
THA
工况
发电机功率
MW
1000
1040.01
1060.44
1000
设计热耗率
kJ/kWh
7662
7364
7381
7328
主蒸汽压力
MPa(a)
26.25
26.25
26.25
26.25
主蒸汽温度
600
600
600
600
高压缸排汽压力
MPa(a)
6.245
6.295
6.471
5.946
高压缸排汽温度
373.2
374.3
379.4
362.9
再热蒸汽压力
MPa(a)
5.613
5.659
5.815
5.35
再热蒸汽温度
600
600
600
600
中压缸排汽压力
MPa(a)
0.633
0.651
0.667
0.618
低压缸排汽压力
kPa(a)
9.6
4.9
4.9
4.9
主蒸汽流量
kg/s
808.065
808.065
832.307
760.376
再热蒸汽流量
kg/s
665.405
670.017
688.829
632.773
低压缸排汽流量
kg/s
441.34
444.94
455.276
423.695
补给水率
%
3
0
0
0
给水温度
296.3
296.7
298.8
292.5
1.2?试验目的
1)?测定汽轮发电机组在100%、75%、50%额定负荷运行工况的背压机相对内效率、背压机-引Kb88凯时组合效率;
2)?测定汽轮发电机组在100%、75%、50%额定负荷运行工况下现有供热方法与原有供热方法的经济性比照指标数据。
1.3?试验规范
本次试验为机组惯例性热力性能试验,将参照《电站汽轮机热力性能试验验收规程》(GB8117.2-2008)进行。
水和水蒸汽性质参数将采用国际水和水蒸汽热力性质学会(IAPWS)于1997年通过并于1998年宣布的工业用水和水蒸汽热力性质计算公式IAPWS-IF97计算取得。
1.4?试验范畴
某电厂汽轮发电机组
1.5?试验工况
1、100%额定负荷试验工况完成时间:2011-6-2???20:30~23:10
2、75%额定负荷试验工况完成时间:2011-6-2???23:50~00:50
3、50%额定负荷试验工况完成时间:2011-6-3???02:10~03:00
?
2??试验参数丈量
本次试验丈量参数主要借用机组DCS系统收罗的运行参数,通过通讯点在SIS系统中收罗取得。
关于凝汽器背压、大气压力测点,在试验测点上装置试验专用高精度压力变送器,并将信号接入FLUKE2625数据收罗仪进行丈量收罗
在试验过程中,还需手工记录试验参数,如主机高调门及背压机调门开度、引Kb88凯时出口静叶挡板开度、DEH局部数据等
3??机组运行方法及系统隔离
3.1??机组的运行方法
为了包管机组负荷的稳定,试验前撤出AGC,向电网调理申请固定负荷运行”,由于运行人员对背压机调阀的调理特性尚未完全掌握,机组协调控制仍旧投入。
试验之前,对机组主要的运行参数进行调解。主蒸汽、再热蒸汽温度尽可能坚持额定,主汽压力在局部负荷工况下采用电厂惯例运行方法。
试验过程中,机组主要运行参数的摆荡允许值如下表4所列。
表4??运行中参数的最大摆荡和允差
序号
参数
观测平均值与规定值之间的
最大允差
在任何一个试验过程中,每一观测值偏离观测平均值的最大允差
1
主蒸汽压力
绝对压力的±2%
2
主蒸汽、
再热蒸汽温度
±8℃
±4℃
3
发电机功率
±5.0%
±3.0%
?
3.2??热力系统隔离
在进行每次试验前,需对机组的热力系统进行隔离操作,以最洪流平地减小系统的内漏和外漏,试验期间大致的隔离项目如下所列。请电厂运行部分派合制订具体的阀门隔离清单,并建立专门的阀门隔离小组,在试验期间卖力阀门隔离、泄漏检查等工作。
l?隔绝各加热器的危急疏水阀及汽水系统的疏水阀、旁路阀,如疏水阀有明显内漏,在确定不影响机组平安运行的前提下,需将气动疏水阀前、后的隔离阀关严;
l?除氧器向空排汽阀尽可能关小或关闭;
l?隔离凝结水至闭式水箱补水,改由凝结水输送泵补水;
l?停止锅炉吹灰、放汽等汽水损失。
试验期间对外供热流量较大,为包管机组的平安性,本次试验期间热井补水调阀投入自动,坚持热井水位的稳定,认为补水量基本与对外供热流量持平。
另由于供热管路的安排,机组汽动引Kb88凯时的背压机排汽经辅汽母管后对外供热,辅汽母管与相邻机组的辅汽母管隔离门无法关闭。
3.3??试验继续时间及参数记录间隔
每个负荷段试验的继续时间为1~2小时,试验开始前还需一准时间用来准备工作及机组参数稳准时间,每个试验工况的正式记录时间不少于1小时
由机组DCS系统、FLUKE收罗的试验参数,每1分钟记录1次,其它人工记录项目则根据实际需要确定参数记录时间间隔。
4?试验计算办法
1、背压机的相对内效率(含阀门压损)采用进、排汽的焓降变革与理想焓降的比值计算,背压机-引Kb88凯时组合效率通过引Kb88凯时的实际有效功率与背压机实际消耗的蒸汽热能之间的比值(焓降效率办法)来计算取得;
2、各试验负荷下机组现有与原有对外供热方法下的经济性比照计算的前提是依照相同的供热流量(认为供热参数均抵达热用户要求),相同的发电机电功率的前提下,仅仅由冷再汽源节流降压供热、引Kb88凯时、增压Kb88凯时电能驱动的运行方法与一级再热器出口局部蒸汽经背压机做功发动引Kb88凯时,并消除增压Kb88凯时,背压机排汽对外供热的运行方法比较。即改造前后机组对外生产的热产品与电产品相同,比较两种方法下的煤耗指标、厂用电指标及经济性收益指标。因此背压机用汽在一级再热器的吸热煤耗与引Kb88凯时、增压Kb88凯时节省的电功率价值进行比照,便可比较出改造前后的经济性收益。
?
5?试验结果与说明剖析
5.1?试验计算结果
本次试验各负荷工况所收罗的计算数据如下表所列:
表5?各试验工况试验数据表
序号
名称
单位
100%负荷
75%负荷
50%负荷
1
试验日期
/
2011-6-2
2011-6-2
2011-6-3
2
试验时间
/
20:30-23:10
23:50-00:50
02:10-03:00
3
发电机功率
MW
994.8?
750.3
500.8
4
高压调门1开度
%
85?
45
35?
5
高压调门2开度
%
85
45
35
6
背压机A调门开度
%
75.4
63.5
63.9
7
背压机B调门开度
%
62.1
54.2
56.8
8
引Kb88凯时A出口静叶开度
%
80.3
76.9
75.2
9
引Kb88凯时B出口静叶开度
%
85.2
78.6
76.3
10
背压机A转速
r/min
5241
4412
3411
11
背压机B转速
r/min
5381
4558
3579
12
主蒸汽压力
MPa
26.88
20.88
14.31
13
主蒸汽温度
588.5
587.7
593.5
14
冷再蒸汽压力
MPa
5.67
4.24
2.82
15
冷再蒸汽温度
344.46
341.60
350.94
16
冷再蒸汽焓值
kJ/kg
3036.74
3066.19
3122.33
17
背压机进汽母管压力
MPa
5.30
4.25
2.99
18
背压机进汽母管温度
487.95
500.01
473.06
19
背压机进汽母管蒸汽焓值
kJ/kg
3402.69
3443.06
3396.59
20
背压机A进汽流量
t/h
60.08
39.63
26.08
21
背压机B进汽流量
t/h
55.05
37.26
25.66
22
冷再汽混合流量(未吸热局部)
t/h
0
0
13.76
23
背压机A排汽压力
MPa
1.18
1.11
0.99
24
背压机B排汽压力
MPa
1.18
1.12
0.96
25
背压机A排汽温度
300.11
344.69
359.92
26
背压机B排汽温度
304.89
349.37
360.27
27
背压机A排汽焓
kJ/kg
3047.16
3144.67
3179.37
28
背压机B排汽焓
kJ/kg
3057.59
3154.38
3180.67
29
锅炉效率*
%
94
93
92
30
背压机轴封汽及管路损耗汽流量*
t/h
4
3
2
31
改造前两台引Kb88凯时功率*
kW
9000
6700
4940
32
改造前两台增压Kb88凯时功率*
kW
3561
2080
1260
注:带*局部数据由电厂方提供。
本次试验各负荷工况计算结果如下表所列:
表6各试验工况计算结果数据表
序号
名称
单位
100%负荷
75%负荷
50%负荷
1
试验日期
/
2011-6-2
2011-6-2
2011-6-3
2
试验时间
/
20:30-23:10
23:50-00:50
02:10-03:00
3
发电机功率
MW
994.8
750.3
500.8
4
背压机A相对内效率(含阀门压损)
%
82.89
74.39
66.19
5
背压机B相对内效率(含阀门压损)
%
80.35
72.50
64.21
6
引Kb88凯时A-背压机A组合效率
%
60.77
59.69
55.69
7
引Kb88凯时B-背压机B组合效率
%
66.43
65.65
56.25
8
一级再热器出口供背压机用汽流量
t/h
115.13
76.89
37.98
9
冷再汽混合流量(未吸热局部)
t/h
0
0
13.76
10
背压机AB用汽流量
t/h
115.13
76.89
51.74
11
背压机轴封汽及管路损耗汽流量*
t/h
4
3
2
12
#7机组对外供热流量
t/h
111.13
73.89
49.74
13
冷再蒸汽焓值
kJ/kg
3036.74
3066.19
3122.33
14
背压机A排汽焓
kJ/kg
3047.16
3144.67
3179.37
15
背压机B排汽焓
kJ/kg
3057.59
3154.38
3180.67
16
背压机AB用汽在一级再热器吸热量
GJ/h
42131.33
28977.26
14189.63
17
该局部吸热折算成标煤耗量(考虑炉效)
t/h
1.53
1.06
0.53
18
改造前两台引Kb88凯时功率*
kW
9000
6700
4940
19
改造前两台增压Kb88凯时功率*
kW
3561
2080
1260
20
厂用电下降率
%
1.256
1.171
1.240
21
改造后烟风道阻力增加量*
kPa
0.8
0.8
0.8
22
Kb88凯时质量流量
kg/s
1072.69
887.90
684.64
23
Kb88凯时进口介质密度
kg/m3
0.85
0.86
0.88
24
Kb88凯时多消耗功率
kW
1010.09
826.55
619.77
25
Kb88凯时多消耗功率折算成标煤耗
t/h
0.13
0.11
0.08
26
发电煤耗增加(因背压机用汽吸热增加及汽源损耗)
t/h
1.98
1.40
0.75
27
扣除烟风道流阻增加因素后发电煤耗增加值
t/h
1.85
1.29
0.67
28
节省的Kb88凯时电功率折算成标煤量
t/h
3.57
2.50
1.80
29
供电煤耗减少量(Kb88凯时电功率折算的标煤收益-发电煤耗增加量)
t/h
1.72
1.21
1.13
30
相应的供电煤耗率减少量
g/kWh
1.729
1.613
2.256
31
标煤价格*
/
850
850
850
32
供热价格*
/
95
95
95
33
税后上网电价*
元/度
0.457
0.457
0.457
34
该负荷下机组总体经济性收益
元/小时
4172.43
2915.44
2264.94
35
该负荷年运行小时数*
小时
1500
4000
2000
36
该负荷下年节省标煤量
t
2580
4840
2260
37
该负荷下年经济收益
万元
625.86
1166.17
452.99
注:带*局部数据由电厂方提供。
依照100%、75%、50%额定负荷段的年运行小时数,汽动引Kb88凯时改造后现有的供热方法下与原有供热方法比照,每年可节省标煤约9680吨,年经济收益为2245.02万元。
5.2?试验结果说明及剖析
1、表6中引Kb88凯时-背压机的组合效率是根据引Kb88凯时A、B的有效功率与背压机A、B各自消耗的热能量的比值计算而来,背压机A、B消耗的热能根据各自所用汽源的进排汽参数及流量计算所得。由于引Kb88凯时7A、7B出口烟气流量测点严重梗塞,无法进行引Kb88凯时7A、7B风量测试工作,因此在引Kb88凯时A、B的有效功率计算中假设引Kb88凯时A、B侧的风量分派均匀,使得引Kb88凯时A、B的有效功率计算值较为平均,因此最终计算所得的引Kb88凯时-背压机A、B的组合效率互相之间会爆发一定的偏差。
2、在经济性指标计算中主要考虑了背压机所用汽源在一级过热器中的吸热所多消耗的煤量,并与引Kb88凯时及增压Kb88凯时原有消耗电功率进行比照。另外还考虑了背压机轴封耗汽(直接排空)及沿途管路所爆发的汽水损失,导致了对外供热流量的减少,该局部作为损耗计算在多消耗的发电煤耗里。
3、汽动引Kb88凯时改造后由于烟风管路安排不对理使得烟风出口阻力增加了0.8kPa,由此带来引Kb88凯时的功耗增加。应电厂方要求,单独计算了引Kb88凯时增加的功耗,并在经济性计算中把该局部损耗折算成标煤耗,作为可以预见的节能潜力,在计算多消耗的发电煤耗中予以扣除。
4、汽动引Kb88凯时改造的经济性收益主要来自于两个方面,一是消除了原先冷再汽源供热时的节能降压损失及低负荷引Kb88凯时出口静叶挡板小开度时节流损耗;二是用蒸汽热能替代电能由热、电两种产品的价格差所带来的经济收益。
5、低负荷时由于风量下降引Kb88凯时的功耗需求降低幅度大于背压机汽源参数的下降幅度,导致在600MW负荷以下背压机排汽温度过高,对机组的平安性及经济性均有倒运影响。从表6的13行~15行数据发明,100%负荷时背压机的排汽焓与冷再焓值相差未几,而到75%负荷时背压机的排汽焓比冷再焓值高出80~90?kJ/kg,50%负荷时虽然背压机进汽混合了局部冷再汽源,但排汽焓比冷再焓仍高出50~60?kJ/kg。在同样抵达供热参数的情况下,供热局部收益只与流量相关,因此高焓值的供热蒸汽显然是不划算的。若依照75%负荷时背压机排汽参数接近冷再焓值计算,每小时可节约0.25t标煤,经济收益212元/小时。
建议对外供热运行时,严格控制背压机的排汽温度,通过冷再汽源与一级再热器出口汽源的混合比例,使得背压机排汽参数刚好抵达供热需要,这样可以减少背压机所用汽源在一级再热器中的吸热,降低机组整体的煤耗率。
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