供热机组低压末级全工况安全特性分析

作     者：曾质彬 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：卫慧敏;郝亚珍

授予年度：2023年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：深度调峰 数值模拟 供热机组 流动恶化 鼓风 叶片水蚀 

摘      要：随着新能源发展,供热机组参与深度调峰的需求愈发迫切,保障供热机组全负荷范围内调峰运行时小容积流量工况下的运行安全意义重大。当前对小容积流量工况下汽缸内流动情况的分析,没有考虑实际全工况范围内热力系统运行方式变化对机组调峰运行边界的影响。本文耦合一维热力系统仿真,针对供热机组深度调峰小容积流量工况下低压通流流动恶化、鼓风超温等问题,数值分析了供热机组在抽汽供热、低压缸切缸供热以及非供热期参与深度调峰的三种小容积流量工况下低压缸末级的蒸汽流动特性、通流部分温度和蒸汽湿度变化规律和产生原因,找出三种工况下影响机组安全的异常工况,确定机组深度调峰安全边界,为供热机组全负荷范围调峰运行提供理论支撑,结果表明:机组调峰运行时,低压缸蒸汽流量不足是导致流动恶化、鼓风超温等问题的主要原因,并随着蒸汽流量降低流动恶化、鼓风超温愈发加剧,进一步导致蒸汽湿度变化、叶片振动加剧和局部超温等问题,并且在鼓风超温时末级动叶存在严重回流,投入减温喷水回导致叶片出汽边水蚀。抽汽供热过程中因大部分蒸汽被抽出利用,低压缸内流动恶化等问题在三种运行工况中最为严重。而切缸供热时通入低压缸的蒸汽经过减温减压,容积流量增大温度降低,因此可以使低压缸只需保留较少冷却蒸汽,从而增大供热量和改善调峰性能,但较少的冷却流量会导致流量变化时流动恶化速度相对较快。相较于一般纯凝机组,供热机组末级叶片经过小流量适用优化,深度调峰时流动恶化等问题较为改善但在较低负荷时仍然存在。机组抽汽供热过程中,流动恶化发生在抽汽量由450 t/h增加到600 t/h的整个运行过程中,抽汽量增大到580 t/h末级动叶进入鼓风工况,抽汽量增大到600 t/h,末级动叶温度和排汽温度超过100℃。机组在120-20 t/h冷却蒸汽流量范围切缸运行时,异常工况主要出现在60-20 t/h流量范围。冷却流量由60.1 t/h下降至40.3 t/h过程中,末级出现流动恶化并迅速发展进入鼓风工况。同时流量下降到50 t/h之后,通流部分蒸汽不再凝结。流量减小到30.4 t/h时,末级动叶温度超过100℃。非供热期机组调峰运行时,异常工况主要发生在10-30%THA负荷范围内,负荷下降到30%THA,低压通流出现流动恶化;负荷下降到20%THA末级动叶进入鼓风工况;负荷下降到10%THA末级动叶局部温度超过100℃。供热机组调峰运行时,低压缸长时间处于小容积流量工况,末级流动恶化和鼓风问题较为严重。蒸汽流量不足,汽流偏转冲击叶片是流动恶化产生的主要原因,当流动恶化进一步加剧末级进入鼓风工况时,叶片还会压缩蒸汽会导致叶片局部和排汽温度超过安全阈值,因此当流动恶化出现时应加强机组振动和低压通流温度监测,同时因为鼓风超温时末级存在蒸汽回流,投入减温喷水会冲蚀叶片出汽边。除了通过叶片优化、雾化减温喷水外,还可以通过控制低压缸进汽流量,避开异常工况以减小影响。抽汽供热时,将抽汽量控制在450-580 t/h范围,配合蓄热罐等辅助调峰。供热负荷或调峰需求进一步增大时,可以切缸运行,将将冷却流量控制在120-20 t/h,其中冷却流量下降到60 t/h之后应快速减小到40 t/h以下,以避免涡流迅速发展加剧叶片颤振,减小凝结水滴对叶片的冲蚀,但是进汽流量不能长期低于30.4t/h,以防止叶片超温和回流减温喷水冲蚀叶片。非供热期叶片优化后汽轮机可以运行在较低负荷,可以将调峰运行范围控制在100-20%THA之间来减小异常工况的影响,此时还应加强对其它设备低负荷运行稳定性的监控。