1、引言
    當(dāng)前，電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差日益增大，要求大容量火電機(jī)組也參與調(diào)峰運(yùn)行。國內(nèi)現(xiàn)有的300 MW亞臨界機(jī)組都是按基本負(fù)荷設(shè)計的，不能適應(yīng)頻繁的啟停，因此通常采用低負(fù)荷調(diào)峰方式。
    眾所周知，滑壓運(yùn)行方式在低負(fù)荷下具有較好的經(jīng)濟(jì)性，并使汽輪機(jī)各部件承受較低的熱應(yīng)力，因此調(diào)峰運(yùn)行就有必要改變傳統(tǒng)的定壓運(yùn)行方式，尋求滑壓運(yùn)行的優(yōu)化方式。但滑壓運(yùn)行時，由于主汽壓力較大的變化，對鍋爐內(nèi)部過程產(chǎn)生了復(fù)雜的影響。一些電廠在探索滑壓運(yùn)行規(guī)律時也證實(shí)，滑壓調(diào)峰運(yùn)行的能力主要受到鍋爐運(yùn)行安全性的限制。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2、定滑壓運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性比較
    鐵嶺電廠于1998年4月，在300 MW亞臨界自然循環(huán)鍋爐機(jī)組上進(jìn)行了定滑壓運(yùn)行方式的優(yōu)化試驗(yàn)，對四種汽輪機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)方式進(jìn)行了比較，即：
    單閥定壓運(yùn)行一在變負(fù)荷時六個調(diào)節(jié)閥同步開啟或關(guān)小；
    順序閥定壓運(yùn)行一各調(diào)節(jié)閥在負(fù)荷變化時依次開啟或關(guān)�。�
    復(fù)合變壓運(yùn)行一順序閥定壓運(yùn)行和四閥開啟的滑壓運(yùn)行相結(jié)合；
    三閥滑壓運(yùn)行一在低負(fù)荷下采用三閥開啟的滑壓運(yùn)行方式。
    經(jīng)濟(jì)性比較試驗(yàn)按GB8117 - 87標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)計算出各種運(yùn)行方式下汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。
2.1高壓缸效率
    圖1為各種運(yùn)行方式下汽輪機(jī)高壓缸效率與負(fù)荷的關(guān)系曲線。
    單閥定壓運(yùn)行時，在額定負(fù)荷以下主蒸汽要受到不同程度的節(jié)流損失，而順序閥調(diào)節(jié)在負(fù)荷變化時只有部分蒸汽在未全開的閥內(nèi)受到節(jié)流，只有滑壓運(yùn)行時沒有調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失。滑壓運(yùn)行時主汽壓力隨著負(fù)荷的降低而降低，但汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級汽溫大致沿等溫線移動，于是蒸汽比容變大，使得進(jìn)入高壓缸的蒸汽容積流量基本不變。負(fù)荷由100%ECR降至50% ECR時，高壓缸效率僅降低的5%，而順序閥運(yùn)行降低了13%，單閥運(yùn)行降低了20%。
    此外，在高負(fù)荷下順序閥定壓運(yùn)行和五閥滑壓運(yùn)行的高壓缸效率的降低都很小，而且十分接近，只有在較低負(fù)荷下滑壓運(yùn)行的優(yōu)越性才顯現(xiàn)出來。
2.2給水泵功耗
    由于滑壓運(yùn)行在低負(fù)荷下主蒸汽壓力降低，相應(yīng)給水壓力也隨之降低，于是給水泵的功耗減小。圖2給出了各種運(yùn)行方式下給水泵的功率。試驗(yàn)結(jié)果表明：單閥和順序閥定壓運(yùn)行時給水泵的功耗較大，滑壓運(yùn)行時給水泵的功耗降低，負(fù)荷越低，兩者的差距越大。
2.3汽輪機(jī)熱耗和機(jī)組的供電煤耗
    如前所述，滑壓運(yùn)行時，低負(fù)荷下汽輪機(jī)高壓缸的效率提高，保持再熱汽溫在額定值的負(fù)荷范圍擴(kuò)大，同時給水泵的功耗減小，因此，在部分負(fù)荷下滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于定壓運(yùn)行。
    圖3給出了單閥定壓運(yùn)行和四閥滑壓運(yùn)行與順序閥定壓運(yùn)行之間汽輪機(jī)熱耗的比較�？梢�，在額定負(fù)荷下，單閥與順序閥定壓運(yùn)行汽輪機(jī)的熱耗接近。隨著負(fù)荷的降低，兩者熱耗的差值增大，但在負(fù)荷低于180 MW時，差值又有所減小。同樣，在低負(fù)荷下，四閥滑壓的汽輪機(jī)熱耗要比順序閥運(yùn)行低，且隨著負(fù)荷的降低經(jīng)濟(jì)性越好，但在180 MW負(fù)荷以下，經(jīng)濟(jì)性的改善也受到限制。
    根據(jù)汽輪機(jī)熱耗，結(jié)合實(shí)測的廠用電率計算出機(jī)組的供電煤耗。計算結(jié)果表明：在150~ 210 MW負(fù)荷范圍內(nèi)四閥滑壓運(yùn)行的供電煤耗比順序閥定壓運(yùn)行降低3g/( kWh)左右。根據(jù)定滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果，作出了汽輪機(jī)負(fù)荷在300~ 250 MW時采用順序閥定壓運(yùn)行方式，250~150 MW時采用四閥滑壓運(yùn)行，150 MW以下采用單閥調(diào)節(jié)的推薦。
3、滑壓運(yùn)行對鍋爐內(nèi)部過程的影響
    滑壓運(yùn)行時，由于主汽壓力和再熱器進(jìn)口汽溫發(fā)生了與定壓運(yùn)行不同的變化，因而對鍋爐內(nèi)部過程產(chǎn)生不同的影響。表1給出了定壓和滑壓運(yùn)行試驗(yàn)參數(shù)的比較。
3.1汽溫汽壓特性
    由表1可見，機(jī)組從85% ECR至50% ECR負(fù)荷范圍內(nèi)滑壓運(yùn)行時，主汽壓力從亞臨界參數(shù)降到了高壓參數(shù)。而再熱蒸汽壓力，無論是定壓運(yùn)行還是滑壓運(yùn)行，隨負(fù)荷降低的趨勢基本是一致的。
    在100% ECR至50%ECR負(fù)荷范圍內(nèi)維持過熱汽溫在額定值，對于定壓和滑壓運(yùn)行都不是很困難，但對再熱汽溫而言，定壓運(yùn)行時由于高缸排氣溫度下降了近40℃，再熱器的焓增相應(yīng)增加了13%，因而在低負(fù)荷下維持再熱汽溫比較困難，此時運(yùn)行應(yīng)將燃燒器向上擺動，以提高燃燒中心。而滑壓運(yùn)行時由于負(fù)荷降低時高缸排汽溫度基本不變，所以再熱汽溫可以在更寬的負(fù)荷范圍內(nèi)維持額定值。
3.2過熱器焓增比例的變化及噴水量
    滑壓運(yùn)行時，由于主汽壓力下降，它的焓值增大，同時又由于鍋筒壓力的降低，飽和蒸汽的焓值也增大，而且比過熱蒸汽的焓值增加得更多。因此，過熱器焓增占一次汽總焓增的比例隨著負(fù)荷的降低而下降，而且下降得比定壓運(yùn)行時大，圖4。過熱器焓增占一次汽總焓增比例的降低意味著過熱汽溫有升高的趨勢，具體反應(yīng)在過熱器噴水量的增加。
3.3再熱器焓增的變化
    如前所述，定壓運(yùn)行時汽輪機(jī)高壓缸排汽溫度隨著負(fù)荷的降低而下降，而滑壓運(yùn)行時則基本保持不變。因此，在同一負(fù)荷下，滑壓運(yùn)行時再熱器入口汽溫比定壓運(yùn)行時高，再熱器所吸收的熱量減少，再熱器焓增在折算鍋爐總焓增的份額也隨著負(fù)荷的下降而下降。在這種情況下，滑壓運(yùn)行低負(fù)荷時，可將燃燒器向下擺，這對防止過熱器和再熱器超溫都有利。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
4、滑壓運(yùn)行的主要限制因素
    對于低負(fù)荷調(diào)峰方式，通常希望有較大的調(diào)峰幅度和較高的變負(fù)荷速率。在一般情況下，最低負(fù)荷主要受燃燒穩(wěn)定性的限制，與滑壓運(yùn)行方式并無直接關(guān)系。此外是循環(huán)系統(tǒng)的水動力安全性�；瑝航地�(fù)荷時，在負(fù)荷的降低和壓力的降低兩個因素的綜合作用下，循環(huán)流速的變化不大，水循環(huán)是安全的。
    運(yùn)行實(shí)踐表明，定壓運(yùn)行時機(jī)組的變負(fù)荷速率主要受汽輪機(jī)熱應(yīng)力的限制，而滑壓運(yùn)行時關(guān)鍵在鍋爐，要考慮的問題主要是厚壁部件的低周疲勞損耗和過熱器的溫度工況。
    由表1可見，當(dāng)機(jī)組從250 MW至150 MW負(fù)荷范圍內(nèi)滑壓運(yùn)行時，鍋筒壓力由16.9 MPa降至11.48 MPa，相應(yīng)飽和溫度由352℃降至321℃。通常鍋筒內(nèi)壁溫度隨飽和溫度變化，而外壁溫度變化較小，因而鍋筒內(nèi)外壁的溫差大，上下溫差小，造成鍋筒低周疲勞損耗。根據(jù)CE公司的推薦，飽和溫度的極限允許變化率為2.7℃/min。如果取允許的飽和溫度變化率為2.5℃/min，那么可以推算出根據(jù)鍋筒低周疲勞損耗確定的滑壓運(yùn)行的允許負(fù)荷變化率為2.7% ECR/min，而短時間的允許負(fù)荷變化率可以達(dá)到3% ECR/min。
圖5和圖6示出了鐵嶺電廠300 MW機(jī)組在85 %ECR至55%ECR負(fù)荷范圍內(nèi)以1.5%ECR/min速率滑壓升降負(fù)荷時投B、C、D磨和投入A、B、C磨，分隔屏、后屏和低溫過熱器的溫度工況。由圖5和圖6可見，在投B、C、D磨時，在低負(fù)荷下滑壓升負(fù)荷時出現(xiàn)了“超溫”現(xiàn)象，而在投A、B、C磨時，由于燃燒中心降低，過熱器溫度工況是安全的。
    在滑壓升負(fù)荷初期，投入爐膛燃料的放熱，一方面用于工質(zhì)的升溫升壓，另一方面還用于增加金屬的蓄熱。由于低壓下蒸發(fā)潛熱較大和鍋爐具有較大的蓄熱能力，所以開始升溫時，實(shí)際投入爐膛的燃料量要超過同一負(fù)荷下不考慮金屬蓄熱的設(shè)計計算燃料量，從而造成爐膛出口煙溫和煙氣量急劇增加。由于過熱器吸熱的增加比通過它的工質(zhì)流量的增加要快，熱負(fù)荷的增加和工質(zhì)冷卻能力的不匹配使得管壁溫度升高。同樣，在滑壓降負(fù)荷過程中，由于金屬蓄熱的釋放和爐膛熱負(fù)荷的降低滯后于蒸汽流量的減少，也引起管壁溫度的升高。所以，過熱器的溫度工況成為提高機(jī)組允許負(fù)荷變化率的主要限制因素。
    應(yīng)當(dāng)指出的是，這里所說的超溫是指這些過熱器區(qū)段爐外監(jiān)測點(diǎn)的壁溫超過了制造廠給出的相應(yīng)的報警溫度，而這些報警溫度是依據(jù)MCR工況的設(shè)計參數(shù)計算得出的。在滑壓運(yùn)行時，由于運(yùn)行參數(shù)的變化，報警溫度值也相應(yīng)變化。表2給出了根據(jù)實(shí)測運(yùn)行參數(shù)計算得出的不同負(fù)荷階段各級受熱面的報警溫度值。由表2可見，在滑壓運(yùn)行負(fù)荷下的報警溫度比額定負(fù)荷下的報警溫度有所提高，這意味著允許有較高的負(fù)荷變化率。
    此外，在滑壓升負(fù)荷過程中，隨著負(fù)荷的升高，超溫現(xiàn)象逐漸消失。這是因?yàn)椋弘S著負(fù)荷的增加，運(yùn)行壓力逐漸提高，此時用于增加金屬蓄熱的熱量減少，蒸發(fā)吸熱的份額也減少，實(shí)際投入的燃料量與設(shè)計計算燃料量逐漸接近，過熱器的吸熱和工質(zhì)的冷卻能力趨于新的平衡。所以在不同的負(fù)荷階段，應(yīng)有不同的允許負(fù)荷變化率。
    總之，由于燃料種類、結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)行方式、汽溫調(diào)節(jié)手段的差異，對于不同類型和容量的機(jī)組，允許負(fù)荷變化率是不同的。即使同類機(jī)組，通過擴(kuò)大汽溫調(diào)節(jié)手段的有效范圍，提高初始負(fù)荷，優(yōu)化運(yùn)行方式等，也可以提高允許負(fù)荷變化率，但應(yīng)通過實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)來確定。
5、結(jié)論
    (1)滑壓運(yùn)行時，在部分負(fù)荷下，汽輪機(jī)高缸效率較高，給水泵功耗減少，滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于定壓運(yùn)行。
    (2)對于300 MW機(jī)組，提高滑壓運(yùn)行允許負(fù)荷變化率的主要限制因素是過熱器溫度工況，應(yīng)通過擴(kuò)大汽溫調(diào)節(jié)手段的有效范圍和優(yōu)化運(yùn)行方式來提高允許負(fù)荷變化率，
    (3)滑壓運(yùn)行時，在不同的負(fù)荷階段，各級過熱器的報警溫度是變化的。因此，允許負(fù)荷變化率也將是不同的，應(yīng)通過實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)來確定。