刘 利，陈 啸，李国庆

（中电华创电力技术研究有限公司，上海200086）

0 引言

超超临界化是我国火电结构节能的重要内容。近年来，超超临界火电机组在我国得到了迅速发展，据相关统计资料显示，截至2018年底全国已投产百万kW超超临界机组已到111台，全国火电机组的平均供电煤耗也达到307.6 g/（kW·h），明显优于同期美国平均水平和世界平均水平。但随着超超临界机组大量投产应用，利用小时数逐渐降低，厂用电量也明显增加，发电企业经营压力日益增大。为此，发电企业进行了各类设备的节能改造。江苏、浙江等地工业用汽量较大，多台机组进行了工业抽汽改造。为了降低机组厂用电量，降低发电煤耗，多台机组进行了汽动引风机改造。谢新燕[1]、朱又生等人[2-3]对电动引风机和汽动引风机两种驱动方式下的机组经济性进行了详细的分析论证。郭俊山[4]对不同抽汽汽源进行了分析，认为在秋冬季节采用汽机五抽作为小汽轮机汽源更为经济。徐齐胜[5-6]等人利用等效焓降法进行了经济性分析。本文以江苏某电厂1 000 MW超超临界机组背压式小汽轮机驱动引风机为例，通过热力性能试验、等熵焓降方法和Ebsilon模拟计算3种方式，计算了汽动引风机排汽供热和回热工况下的机组经济性，希望能为1 000 MW机组小机排汽供热经济性改造提供理论基础。

1 1 000 MW机组汽动引风机系统

江苏某电厂1 000 MW超超临界机组采用背压式小汽轮机驱动引风机，小汽轮机工作汽源为一级再热器出口的混合蒸汽，小汽轮机排汽可分别排至除氧器、供热管道以及辅汽联箱。小汽轮机设有独立的轴封系统，轴封末端回汽至轴封冷却器。

小汽轮机为杭州汽轮机厂生产的HA47448-2F、单缸、单流、反动式、背压式汽轮机，其参数为：额定进汽压力5.0 MPa，额定进汽温度478.0℃，额定进汽流量72.6 t/h，额定排汽压力1.4 MPa，额定排汽温度341.9℃，额定转速4 275 r/min，转速范围2 987～4 930 r/min。引风机采用中国电建集团透平科技有限公司（原成都电力机械厂）生产的HA系列静叶可调、转速可调轴流式风机。

2 小汽轮机汽源与排汽

小汽轮机设计汽源采用一级再热器出口的混合蒸汽，可以在保证汽动引风机各个工况都能平稳运行的同时，还能保证汽轮机排汽满足1.4 MPa、300℃的供热要求，同时避免了再热热段的蒸汽温度参数要求匹配材质更好的供汽管道及阀门。

小汽轮机排汽排入汽轮机除氧器或者接入供热母管对热网供热。小汽轮机的排汽可充分利用现有系统，小汽轮机排汽在供热模式下，排汽至供热母管。小汽轮机排汽回热模式下，排汽回除氧器。管路设置调节阀，排汽背压跟随除氧器压力，并通过溢流管道至辅助蒸汽系统。

3 汽动引风机经济性分析模型

3.1 性能试验对比

为了对比不同排汽方式下的机组经济性，分别在小汽轮机供热和回热工况下，进行了1 000 MW负荷下汽轮机组性能试验。由于受运行条件和热用户用汽量的限制，试验期间未完全实现纯供热和纯回热工况，2个工况均为小汽轮机排汽同时供热和排入除氧器，只是两者的流量有所不同。工况1为尽可能多地将小汽轮机排汽至除氧器，性能试验结果为：负荷1 003.20 MW,小汽轮机进汽流量132.40 t/h，排汽至除氧器流量71.15 t/h，排汽至供热流量61.25 t/h；工况2为尽可能多地将小汽轮机排汽至供热，性能试验结果为：负荷1 003.79 MW，小汽轮机进汽流量133.77 t/h，排汽至除氧器流量38.39 t/h，排汽至供热流量95.38 t/h。

3.2 等效焓降分析

为评价2种排汽方式下机组的经济性，采用等效焓降法对机组热耗率进行分别计算。

根据等效焓降理论，机组的循环吸热量为

其中，h0为主蒸汽焓；αzr为再热汽相对于1 kg主蒸汽的份额，hgs为给水焓。

新蒸汽的等效焓降H为

其中，η为机组热效率。

其中，αt为小汽轮机相对于1 kg主蒸汽的份额；h2和hn分别为小汽轮机进汽焓和主汽轮机排汽焓。

机组效率的变化值为

3.3 Ebsilon热力计算

热力计算时，采用Ebsilon软件对机组工况进行模拟计算，其中小汽轮机进排汽流量数据分别取自试验测量值及项目改造工程可行性研究报告，并以100%机组热耗保证THA（turbine heat-rate acceptance）设计工况参数为基准进行变工况运算，结合试验数据外推。

4 结果与分析

4.1 热力性能试验

在小汽轮机进汽流量132.40 t/h、小汽轮机排汽供热61.24 t/h、排汽进除氧器71.15 t/h工况下，机组的热耗率为7 319.71 kJ/（kW·h）；在小汽轮机进汽流量133.77 t/h、小汽轮机排汽供热95.38 t/h、排汽进除氧器38.39 t/h工况下，机组的热耗率为7 277.69 kJ/（kW·h）。因试验过程中小汽轮机排汽未全进入供热系统，一部分排汽进入除氧器作为加热蒸汽，经折算，1 t/h蒸汽影响热耗1.28 kJ/（kW·h），小汽轮机排汽（约133 t/h）全部进入供热系统后，汽轮机热耗率为7 228.44 kJ/（kW·h）；小汽轮机排汽（约133 t/h）全部进入除氧器后，汽轮机热耗率为7 398.26 kJ/（kW·h）。

汽动引风机改造后，取消了电动引风机和电动增压风机，机组的厂用电率比改造前（4.10%）下降了1.40%。

4.2 等效焓降计算

基于THA工况设计数据，采用等效焓降计算，小汽轮机进汽量为132.6 t/h，在小汽轮机排汽回热工况下，机组的热耗率达到7 410.62 kJ/（kW·h），在小汽轮机排汽供热工况下，机组热耗率达到了7 198.59 kJ/（kW·h）。

4.3 Ebsilon计算

采用Ebsilon软件对机组工况进行模拟计算，得到以下结果：一级再热器出口至小汽轮机抽汽量为132.6 t/h且小汽轮机排汽全部回热，机组热耗率为7 397.97 kJ/（kW·h）；一级再热器出口至小汽轮机的抽汽量为141 t/h且小汽轮机排汽全进入除氧器，机组热耗率为7 404.39 kJ/（kW·h）；一级再热器出口至小汽轮机抽汽量为132.6 t/h且小汽轮机排汽全供热，机组热耗率为7 215.97 kJ/（kW·h）；一级再热器出口至小汽轮机抽汽量为160 t/h且小汽轮机排汽全供热，机组热耗率为7 199.08 kJ/（kW·h）。

以上结果以试验数据的供热流量—热耗率曲线结合模拟计算数据外推获得，可能与实际情况存在一定的误差。

在小汽轮机抽汽量为132.6 t/h条件下，小汽轮机排汽全部回热比排汽全部供热机组热耗约高187 kJ/（kW·h），经折算，1 t/h小汽轮机排汽影响热耗1.41 kJ/（kW·h），与性能试验计算结果的折算值[1.28 kJ/（kW·h）]相比偏差0.14 kJ/（kW·h）。

4.4 3种方法的对比

通过以上3种方法计算的1 000 MW负荷时小汽轮机排汽回热和供热工况下的机组热耗如表1所示。

表1 不同计算方法下热耗结果对比kJ（/kW·h）

由表1可以看出，小汽轮机排汽供热工况的热耗远低于排汽回热工况的热耗，热力性能试验方法与Ebsilon计算的结果相近，等效焓降计算的结果偏差较大，主要是由于等效焓降是基于设计值进行计算，所以计算得到的每1 t排汽对机组经济性影响偏大。

5 结束语

通过热力性能试验、等效焓降计算、Ebsilon模拟3种方法对1 000 MW机组汽动引风机改造后经济性进行了计算分析，小汽轮机排汽供热工况的热耗远低于排汽回热工况的热耗。小汽轮机排汽供热与回热相比，两者之间的差值为1 t/h蒸汽影响热耗1.28 kJ/（kW·h）。等效焓降计算的每1 t排汽对机组经济性影响略大。