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“打洞”抽汽与“机外调”方式 |
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作者：北京重型电机厂 陈其民 |
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摘 要：将已在运行的中、小型冷凝式汽轮机改造成抽凝式汽轮机比较简单的办法是“打洞”抽汽。对“打洞”抽汽如何变成可调抽汽，介绍了一种简单的“机外调”方式。
关键词：冷凝式汽轮机；抽凝式汽轮机；调整抽汽；打洞抽汽
1 前言
国家从节约能源和减少环境污染的角度出发，要求50MW及以下冷凝式汽轮机在2003年以前全部淘汰。许多装有这类机组的电厂采用把这类纯冷凝式汽轮机改造成抽凝式汽轮机，使机组循环效率提高，并达到一定的“热电比”，从而把这些机组作为热电联供机组保存下来。制定改造方案首先要确定热用户，当热用户确定之后，最重要的问题是决定改造成什么样的抽凝机，既能满足热用户的需要，又能使改造成本较低，机组效益较高。很大一部分机组可以通过采用打洞抽汽加“机外调节”来实现。
2 常规的抽汽调节方式
抽汽有非调整抽汽和调整抽汽二种。非调整抽汽是指除给水回热抽汽以外，专门提供厂用汽等比较稳定，对抽汽参数变化要求不高的一种抽汽。调整抽汽按调整方式可以分为牵连调节和独立调节二种。牵连调节是指在“抽汽”或“功率”二者中任何一者调整时，都不会影响另一者参数的调节方式(理想状态是这样，实际情况是有20%以内的误差)。多数的中、小型抽凝式汽轮机是这种调节方式。其原理如图1所示。
图1 牵连调节示意图
图1中，调整器A加、减电负荷时，使高、低压阀门开度△Z1和△Z2按比例同方向变化，其结果电负荷按要求实现调整，而抽汽QC、PC不受影响。调压器B加、减热负荷时，使高、低压阀门开度△Z1和△Z2按比例反方向变化，其结果热负荷按要求实现调整，而机组功率不受影响。
独立调节是指抽汽调压系统只负责抽汽的参数控制，而不考虑对功率的影响。例如国内一部分100MW、200MW汽轮机连通管打洞抽汽，调压系统只通过连通管上的碟阀来调整抽汽量或抽汽压力，与高压调节阀没有直接联系。
以上二种调节都属于“机内调节”，其含义是：调整装置的执行机构(抽汽调节阀或回转隔板)都在汽轮机本体内部或中间，把汽轮机通流截成几部分，如图2和图3所示。
图2 单缸抽凝式汽轮机 图3 双缸抽凝式汽轮机
图2为单缸抽凝式汽轮机，为了调整抽汽，由回转隔板B把汽缸截成HP、LP二部分，抽汽QC在回转隔板前接出，通过高压调节阀A与回转隔板B，相互协调(由液压系统或电器系统按图1的方式)，实现牵连调节。又如图3为双缸单抽式汽轮机，整机以抽汽口为界，分成高、低压二个汽缸，通过高压调节阀A^*和低压调节阀B^*相互协调(由液压系统或电器系统按图1的方式)，实现牵连调节。
在上述图2、图3中，如果A或A^*阀与B或B^*阀之间不相互协调(牵连)，A或A^*阀只受转速、功率等信号控制，与抽汽压力PC或PC^*无关。而B或B^*阀只受PC或PC^*压力信号控制，而与A或A^*阀的动作无直接关系，则就成为独立调节。
由上述可见，若冷凝式汽轮机要改造成机内调节抽凝式汽轮机，必须对主机本体按图2，图3那样动“大手术”，要对主机本体进行部分甚至全部更换。
3 机外调节
把已有的冷凝式汽轮机改造成抽凝式汽轮机，抽汽量需要适当调整或并在热网运行，是否一定要改造成机内调节呢?回答是有一部分机组可以采用“机外调”方式，在机外也能实现抽汽压力和抽汽量的调节。
根据汽轮机通流特性，冷凝式汽轮机调节级压力(或各压力级前压力)与汽轮机总流量(或经过该压力级并向后的流量)成正比。图4表示了调节级压力与流量的关系曲线。
图4 N25-35型汽轮机调节级后压力曲线
改变汽轮机进汽调节阀的开度，从而改变进汽量G，就能改变调节级压力(或各压力级的蒸汽压力)，这是“机外调”的理论基础。在冷凝式汽轮机的调节级或某个压力级后引出一根抽汽管道，接至热网，采用一个调压器，按热网压力信号去控制汽轮机进汽调节阀的开度，从而实现调整抽汽口压力或抽汽量的目的。这就是“机外调”的基本原理。
图5 机外调节
图5显示了“机外调”的原理。细线部分是原来的冷凝式汽轮机，包括本体和进汽调节阀。粗线部分为后加的抽汽口和“机外调”调压器M。
当汽轮机进汽量G增加时，按图4对应的PC也不断增大，当PC等于热网压力时，可以并入热网，再开大汽轮机进汽调节阀，则可以向热网增加供汽量。假如在增加供汽量时，热网有相应需求的热用户，则热网压力PC基本不变，此时汽轮机内抽汽口后的流量q基本不变，进汽调节阀开大增加的蒸汽全部被抽走供热网，即△QC等于△G。当增加供汽量过程中，热网压力略有增加(或降低)，则汽轮机内抽汽口后的流量也稍有变化，这时被抽走供热网的蒸汽为进汽调节阀开大增加的进汽量与汽轮机内抽汽口后的流量变化之差。假如热网热用户与供热机的供热量匹配得合适的话，上面所说的热网压力变化是很小的。
通过人为改变调压器的给定，就能实现对抽汽QC或PC的调整。在人为改变调压器给定外，调压器会根据热网压力变化自动改变汽轮机进汽量，从而实现调整抽汽量的目的。这是调压器的特性所决定的。
图6 调压器特性与并列运行
图6表示了不同调压器特性的抽汽式汽轮机并入热网后，当压力同样变化△PC时，热负荷的分配情况。特性曲线平坦表示压力不等率δ较小，它将担负尖峰负荷，如A。特性曲线斜率大，表示压力不等率δ较大，它将担负基本负荷，如C。
以上所述“机外调节不属于牵连调节，而属于“独立调节”范畴，当抽汽量发生变化时，机组功率为“以热定电”。
4 例子
将中压12MW，25MW冷凝式汽轮机改为抽凝式汽轮机，比较简单，效果也能满意的做法是在调节级后“打洞”抽汽。经热力、结构布置、强度等核算后，能得出以下调节级打洞后的最大抽汽量方案(见表1)。表1 打洞后最大抽汽量方案
 假如要对抽汽压力或抽汽量进行自动调节或需要并入热网运行，则可以采用“机外调”方式。
从表1可见，由于调节级进汽量裕度很大，增加通流能力比较方便，而且基本没有强度问题，所以抽汽量调节范围也比较大，因此上“机外调”的调压器是不可缺省的。
另一方面，抽出的蒸汽仅经过调节级做功，其焓降有限，因抽汽量增加而在调节级多做的功也有限。同时由于抽汽量增加，补水也必然增加，加热补水的回热抽汽也增加，这部分回热抽汽减少了机组功率。这部分减少的功率与增加抽汽在调节级多做的功率基本相当。
表2 N12-35型汽轮机调节级打洞抽汽汇总
表2为N12-35型汽轮机在调节级打洞后，不同抽汽量时，整机功率的情况。可见抽汽量由0增加至15t/h过程中，整机功率基本不变。也就是说“机外调”虽不属于牵连调节，但实际上，在调节级抽汽采用“机外调”的情况下，抽汽量改变，并不改变整机功率。或者少量改变整机功率，其幅度小于牵连调节所允许的20%误差之内。
调节级打洞抽汽机外调的具体做法是：“第一，根据热用户要求，选定供汽(抽汽)压力PC和最大供汽(抽汽)是QCMAX；第二，按图4，找出PC对应的GC，此GC为满足抽汽压力的最小进汽量；第三，核算QCMAX时的汽轮机进汽量Gmax，即Gmax=Gc+QC MAX炉。当锅炉最大供汽量等于Gmax时，按图5，增加一个调压器M，以热网压力为信号，并与原调速器脉冲油路并联。
若锅炉最大供汽量小于Gmax，则只能减少QC MAX。
若锅炉最大供汽量大于Gmax，则表示汽轮机除满足QC MAX外，还能多进汽、多发电，但此时调节级压力要大于PC。为此，抽汽进热网前要加减压阀N，见图5，调压器M的信号取自减压阀N前，而且必须提高调压器M的压力给定值大于PC。
5 “机外调”的利弊分析和适应性
5.1 “机外调”的优点
a 简单。特别适用于纯凝机改造成抽凝机抽汽口压力接近调节级压力的抽汽。因为简单，所以也带来了投资少和运行可靠两大优点。新设计制造的抽凝式汽轮机，如果抽汽口压力较高，抽汽口前新蒸汽焓降较小，抽汽量又较少时，也可以设计成“机外调”方式(例如抽汽口就设在调节级的汽轮机)。
b 热效率高。因为“机外调”不需要用回转隔板或调节阀将汽缸或通流部分截成几部分，从而减少了做功蒸汽的节流损失。
5.2 “机外调”的缺点
“机外调”属于“独立调节”范畴，“机外调”的结果会带来机组功率的变化，只能是“以热定电”，所以不适用于抽汽口设在较低压力处的抽汽调节，新蒸汽在抽汽口前的焓降愈大，则“机外调”后引起机组的功率改变也愈大。
5.3 “机外调”的适应性
纯冷凝式汽轮机“打洞”抽汽后，相对于不抽汽带同样电负荷时的进汽调门开度要增大。一旦甩负荷后，依靠原来调速器维持的动态飞升转速要升高。这是光“打洞”，不对调节器进行改造的弊病。若增加“机外调”调压器时，调压器与原调速器脉冲油路并联运行，原调速器压力变换器窗口尺寸应与调压器窗口尺寸结合在一起计算。压力变换器窗口的设计需要采取防止甩负荷时动态飞升转速升高的措施。
参考文献
1. 陈其民.中、小型冷凝式汽轮机的出路.上海汽轮机，1999(2)
2. 倪维斗，徐基豫.自动调节理论及透平机械自动调节.机械工业出版社.1991(end)
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(12/10/2004) |
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