300MW机组汽轮机热耗性能试验研究.docx
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300MW机组汽轮机热耗性能试验研究
300MW汽轮机组热耗性能试验研究
周立文
（韶关发电厂，广东韶关512132）
摘要:
韶关发电厂＃11机组汽轮机是东方汽轮机厂生产的引进型300MW汽轮机。
本文介绍了影响该机组热耗的因素以及热耗的试验及计算方法。
关键词:
引进型；热耗；计算方法
TestsandResearchesonCharacteristicofHeatConsumptionfor300MWTurbineUnit
Abstract:
Thedomestic300MWturbineforUnit11inShaoguanPowerPlantismadebyDongfangTurbineFactory.Thispaperdescribesthefactorsinfluencedonheatconsumption,andtestsandmethodsofcalculationofheatconsumptionforthisunit.
Keywords:
domestic；heatconsumption；methodsofcalculation
0前言
韶关发电厂11号机是由东方汽轮机厂制造的N300-16.7/537/537-8型（合缸）中间再热凝汽式汽轮机组，该机组于2005年3月28日首次冲转至3000r/min，一次并网成功，于2005年7月22日完成168小时满负荷试运，移交试生产。
该机组设计额定工况功率为300MW、热耗为7950kJ/kWh。
为确定机组的热力特性，提供机组在100%THA（300MW）负荷时单阀和顺序阀两种运行方式下的经济技术指标，包括汽轮机热耗，高、中、低压缸效率等，对韶关发电厂11号机组进行了热耗性能试验。
1设备概况
1.1汽轮机主要技术参数
型号
N300－16.7/537/537－8
型式
亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽凝汽式汽轮机
额定功率
300MW
主蒸汽压力
16.67MPa（绝对压力）
主蒸汽温度
537℃
高压缸排汽压力
3.564MPa（绝对压力）
排汽压力
0.00706MPa（绝对压力）
再热蒸汽压力
3.208MPa（绝对压力）
再热蒸汽温度
537℃
给水温度
272℃
小汽机额定背压
7.06kPa（绝对压力）
给水泵驱动方式
小汽轮机2×50％＋电动给水泵1×50％
额定转速
3000r/min
回热级数
8级（3高、4低、1除氧）
主蒸汽流量
907.78t/h
保证热耗
7950.0kJ/kWh
1.2发电机主要技术参数
制造厂东方电机股份有限公司
型号QFSN-300-2-20B
额定功率300MW
最大连续功率330MW
额定电压20kV
额定电流10.189kA
功率因数0.85
发电机效率98.9％
工作转速3000r/min
冷却方式水氢氢
额定氢压:
0.25MPa
额定励磁电流2075A
额定励磁电压455V
1..3热力系统主要设计参数
1.3.1管道压损
再热器及管道压损10%
中低压缸连通管道压损1%
各加热器抽汽管道及阀门压损
名称
单位
高加1
高加2
高加3
除氧器
低加5
低加6
低加7
低加8
压损
%
5
5
3
5
3
3
3
3
1.3.2加热器端差与散热损失
热平衡计算时不考虑加热器及抽汽管道的散热损失。
各加热器端差如下：
端差
单位
高加1
高加2
高加3
低加5
低加6
低加7
低加8
给水端差
℃
-1.6
0
0
2.0
2.8
3
3
疏水端差
℃
5.6
5.6
5.6
5.6
5.6
5.6
10
2.试验方法
同设计热平衡图相比，采用凝泵出口凝结水作为电动给水泵和汽动给水泵的密封水，部分凝结水进入前置泵入口给水管道，部分凝结水通过多级水封回收到热井。
两台真空泵的补水取自凝结水泵的出口，真空泵的排水不回收，直接排到地沟。
经现场利用容积法测量，流量约为1.19t/h。
试验进行前高压蒸汽临时滤网和中压蒸汽临时滤网已经拆除。
试验分别在单阀方式和顺序阀方式下进行，但以顺序阀方式的试验结果为准。
试验前，对汽机和锅炉汽水系统进行了严格的检查和隔离，但是系统对外泄漏率较高，约为1.57%，经检查发现主要泄漏发生在锅炉侧，尽管随后对部分手动门进行了加紧，但阀门泄漏依然存在，估计锅炉侧的泄漏量约为7t/h。
而且进行了THA工况单阀运行方式的正式试验。
试验时汽轮机排汽压力低于或接近设计值，受锅炉运行的影响投运了较多的过热减温水，其他运行参数方面基本正常。
3试验结果及分析
3.1数据整理说明
对于试验中同一测量对象的多个测点，在计算时用其平均值。
经现场检查和流量平衡试验的计算决定，系统不明泄漏100%计入锅炉。
3.2试验结果的计算
3.2.1系统不明泄漏量
系统不明泄漏量应为系统储水量变化量与系统明漏量之差。
式中，
----系统储水变化折合当量流量，t/h；
其中，热井水位变化
，向下取正（下同）；
----除氧器水位变化，t/h；
----汽包水位变化，t/h；
-----现场实测的明漏量，主要为真空泵的补水量，t/h。
3.2.2给水流量计算
式中，
--------除氧器入口凝结水流量，根据ASME标准喷咀计算，t/h；
--------除氧器进汽量，t/h；
------过热减温水流量，t/h；
------再热减温水流量，t/h；
----1号高加疏水流量，t/h。
3.2.32号高加和3号高加抽汽流量的计算
式中，
---------3号高加抽汽量，t/h；
-----3号高加进出给水焓，kJ/kg；
----3号高加进汽焓与疏水焓，kJ/kg；
--------加热器的散热损失系数，0%。
式中，
--------2号高加抽汽量，t/h；
----2号高加进出给水焓，kJ/kg；
----2号高加进汽焓与疏水焓，kJ/kg。
3.2.4热耗计算
3.2.4.1主蒸汽流量
式中，
------3号高加出口至主汽阀之间的明漏量，t/h；
k------------不明泄漏量计入锅炉的百分比，100%。
3.2.4.2高排流量
式中，
---------高压缸前后轴封总的漏汽量，t/h；
-----------高排至中压缸冷却蒸汽量，t/h；
----高压门杆漏汽量，t/h。
3.2.4.3再热蒸汽流量
3.2.4.4热耗计算
式中，------各流量所对应的焓值，kJ/kg；
----励磁机消耗功率，额定负荷为944.125kW。
N------发电机输出电功率，kW。
3.2.5修正计算
3.2.5.1第一类修正（系统修正）
第一类修正参照ANSI/ASMEPTC6-1996标准进行，具体项目有：
加热器出口端差、各抽汽管道压损、过热器减温水量、再热器减温水量、系统不明储水量的变化、给水泵和凝结水泵的焓升、凝结水的过冷度。
3.2.5.2第二类修正（参数修正）
第二类修正是将第一类修正后的热耗和功率值修正到汽轮机设计额定参数条件下，第二类修正根据制造厂提供的修正曲线进行，具体包括：
主蒸汽温度、主蒸汽压力、再热蒸汽温度、再热蒸汽压损、汽轮机排汽压力
3.3试验结果汇总
表1热耗性能试验主要结果汇总表
名称
单位
工况1
工况2
工况3
工况4
工况5
工况6
单阀
预备性试验
单阀
正式试验
单阀
重复性试验
顺序阀
预备性试验
顺序阀
正式试验
顺序阀
重复性试验
日期
2005.11.22
2005.11.22
2005.11.24
2005.11.24
2005.11.25
2005.11.25
时间
15:
39~16:
48
17:
06~18:
30
15:
00~16:
30
17:
55~19:
55
9:
45~10:
45
11:
05~12:
45
发电机功率
kW
304204.6
301202.4
303332.0
306861.0
305149.0
303902.8
主蒸汽压力
MPa
16.55
16.40
16.74
16.77
16.72
16.62
主蒸汽温度
℃
535.2
535.0
535.0
534.8
533.4
535.2
高排压力
MPa
3.572
3.518
3.572
3.561
3.529
3.509
高排温度
℃
329.3
329.2
328.1
322.3
320.8
322.4
再热蒸汽压力
MPa
3.351
3.300
3.350
3.342
3.309
3.291
再热蒸汽温度
℃
537.3
536.7
530.8
530.6
532.8
537.1
排汽压力
kPa
7.502
5.949
7.528
7.303
6.406
6.619
主蒸汽流量
t/h
968.90
955.61
978.97
977.29
965.68
956.46
给水温度
℃
275.3
274.6
275.5
274.7
274.0
273.9
给水流量
t/h
889.38
873.50
895.66
899.33
882.33
866.01
主凝结水流量
t/h
777.48
765.46
779.95
777.20
771.46
766.05
对外泄漏率
%
0.72
0.41
0.33
0.22
0.31
0.34
高压缸效率
%
78.59
78.27
78.36
81.32
81.20
81.14
中压缸效率
%
92.61
92.57
92.55
92.29
92.32
94.02
试验低压缸效率
%
85.89
83.89
84.37
84.56
83.67
83.52
厂用电率
%
4.98
5.17
5.00
5.05
5.09
5.13
试验热耗
kJ/kWh
8365.0
8356.8
8443.7
8371.1
8351.4
8351.7
汽耗率
kg/kWh
3.185
3.173
3.227
3.185
3.165
3.147
第一类修正后的热耗
kJ/kWh
8348.5
8335.2
8411.5
8339.2
8318.3
8318.5
第一类修正后的功率
kW
301084.6
297975.6
300628.3
304138.3
302190.5
300699.9
第二类修正后的热耗
kJ/kWh
8335.3
8378.4
8390.8
8329.2
8344.1
8346.3
第二类修正后的功率
kW
302465.0
299853.7
300219.2
302712.3
299857.3
299408.2
修正后的低压缸效率
%
86.4
84.3
84.9
85.1
84.2
84.0
修正到额定蒸汽参数下的主蒸汽流量
t/h
974.69
970.63
972.92
968.68
959.33
957.93
表2热耗性能试验修正计算结果汇总表
热耗修正系数
序号
名称
工况1
工况2
工况3
工况4
工况5
工况6
单阀
预备性试验
单阀
正式试验
单阀
重复性试验
顺序阀
预备性试验
顺序阀
正式试验
顺序阀
重复性试验
1
主蒸汽温度
1.00049
1.00056
1.00054
1.00062
1.00101
1.00051
2
主蒸汽压力
1.00030
1.00075
0.99975
0.99964
0.99980
1.00010
3
再热汽温
0.99993
1.00010
1.00160
1.00165
1.00108
0.99999
4
再热压损
0.99859
0.99861
0.99817
0.99810
0.99824
0.99831
5
汽轮机排汽压力
1.00227
0.99481
1.00241
1.00119
0.99677
0.99775
功率修正系数
序号
名称
工况1
工况2
工况3
工况4
工况5
工况6
单阀
预备性试验
单阀
正式试验
单阀
重复性试验
顺序阀
预备性试验
顺序阀
正式试验
顺序阀
重复性试验
1
主蒸汽温度
1.00028
1.00031
1.00030
1.00034
1.00054
1.00028
2
主蒸汽压力
0.99348
0.98500
1.00388
1.00596
1.00286
0.99726
3
再热汽温
1.00029
0.99973
0.99478
0.99463
0.99652
1.00010
4
再热压损
1.00369
1.00363
1.00485
1.00503
1.00466
1.00446
5
汽轮机排汽压力
0.99773
1.00518
0.99759
0.99879
1.00320
1.00222
3.4试验结果分析
两个单阀THA正式试验工况的试验热耗分别为8356.8kJ/kWh和8443.7kJ/kWh，经过系统修正的热耗分别为8328.4kJ/kWh和8404.6kJ/kWh。
进一步经过参数修正后的热耗为8372.9和8385.3kJ/kWh，平均值为8379.1kJ/kWh。
两个顺序阀THA正式试验工况的试验热耗分别为8351.4kJ/kWh和8351.7kJ/kWh，经过系统修正的热耗分别为8311.6kJ/kWh和8313.2kJ/kWh。
进一步经过参数修正后的热耗为8338.8和8342.4kJ/kWh，平均值为8340.6kJ/kWh。
比较试验热耗与经回热系统修正和运行参数修正后的热耗，相差并不大。
无论是单阀试验工况还是顺序阀试验工况，修正后的热耗与设计值7950.0kJ/kWh相差较大。
下面主要针对顺序阀工况就以下三个方面对试验结果作出评价。
3.4.1汽机本体方面
3.4.1.1高压缸效率
表3不同试验工况高压缸效率和设计值比较
工况
设计值（%）
单阀工况试验值（%）
顺序阀工况试验值（%）
THA1
84.70
78.27
81.20
THA2
78.36
81.14
即便是顺序阀方式运行，高压缸效率比设计值低3.5%。
3.4.1.2中压缸效率
表4不同试验工况中压缸效率和设计值比较
工况
设计值（%）
单阀工况试验值（%）
顺序阀工况试验值（%）
THA1
92.35
92.57
92.55
THA2
92.32
92.53
由表4可知，试验的中压缸效率和设计值基本接近。
3.4.1.3低压缸效率
低压缸效率是反平衡计算得到的，有一定的误差，且试验的低压缸效率没有经过排汽容积流量的修正和进汽温度的修正，不适合同设计值92.73%比较。
3.4.2回热系统方面
由试验工况热平衡图可知，试验的给水温度比设计值高2～3.5℃，加热器的温升和抽汽流量基本接近设计值。
说明回热系统方面总体状态良好。
3.4.2.1加热器上端差
3号高加上端差接近设计值，2号高加上端差比设计值差，1号高加上端差优于设计值。
4号低加上端差比设计值高出2℃，其余3台低加上端差接近设计值。
3.4.2.2加热器下端差
对于工况3～工况6，3号高加下端差比设计值高出近1倍，但工况1和工况2中3号高加下端差由于设计值。
这说明只要适当注意调整加热器水位，3号高加下端差可以达到设计水平。
2号高加和1号高加下端差接近设计水平。
4号低加下端差达22℃，其疏水温度比加热器饱和水温仅高出2.4℃，加热器疏水冷却段基本没有作用。
3号低加情况和4号低加类似。
2号低加下端差接近设计水平。
3.4.2.3抽汽管道压损
除氧器抽汽压损达13%，比设计值6%高出较多。
1号高加抽汽压损稍大，其他加热器抽汽压损低于设计值。
3.4.2.4凝汽器过冷度
凝汽器的过冷度为-1.5℃，过冷度为负值证明有部分疏水加热了凝结水。
3.4.2.5过热减温水量
试验时投运了较多的过热减温水，多达100t/h左右。
3.4.2.6再热减温水量
试验时没有投运再热减温水。
3.4.3运行参数方面
主要运行参数指主蒸汽压力和温度、再热蒸汽压损和再热蒸汽温度以及排汽压力。
由表2可知，主蒸汽压力、主蒸汽温度和再热蒸汽温度均十分接近设计值，修正系数在万分位上，试验再热蒸汽压损7.8%低于设计值10%，排汽压力接近或低于设计值。
4试验结论
韶关发电厂11号汽轮机组THA工况（300MW）经系统修正和参数修正在额定工况下的热耗为8340.6kJ/kWh，合同保证值为7950.0kJ/kWh，试验值比保证值高出390.591kJ/kWh。
此时机组的高压缸效率为81.17%，中压缸效率为92.42%，低压缸效率为83.79%。
高压缸效率和低压缸偏低是机组热耗高的主要原因。
5.参考文献
【1】《汽轮机性能试验规程》（ASMEPTC6-1996）；
【2】水和水蒸汽性质表：
采用国际公式化委员会IFC公式（1967）。
作者简介：
周立文，男，工程师，主要从事发电厂运行管理工作，运行部副部长。
通讯地址：
广东省韶关市曲江区乌石镇韶关发电厂运行部512132
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