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技术论文
高效反动式背压汽轮机在垃圾电厂的应用
杨晓平 (浙江汽轮成套技术开发有限公司,浙江 杭州 310012) 摘 要:针对传统所用冲动式背压汽轮机存在的汽耗率偏高、调节性能差、自动化率低等诸多弊端,在垃圾发电厂采用高效反动式背压机组进行热电联产,取得了较好的经济效益和社会效益。 关键词:高效反动式 热化发电率 熵增 汽耗率 1 前言 余姚市生活垃圾焚烧发电厂(众茂姚北热电有限公司)有3台75t/h次高压、次高温燃煤锅炉和2台65t/h日焚烧量为500t/d次高压、次高温垃圾焚烧锅炉,配一台型号为C15-4.9/0.981(编号为1号机)的汽轮发电机组和一台型号为B12-4.9/0.981(编号为2号机)和一台型号为B6-4.9/0.981(编号为3号机)汽轮发电机组,除1号机为冲动式汽轮机外,2、3号机均为反动式背压机组。该厂除每日处理整个余姚市生活垃圾外,还担负着园区的集中供热任务。正常情况下投运二台垃圾锅炉、一台燃煤锅炉,一台B12反动式汽轮发电机组和一台C15冲动式汽轮机组。 2 冲动式汽轮机与反动式汽轮机结构上的区别 衡量蒸汽在动叶栅内膨胀程度的参数叫做反动度,其定义是: 在动叶栅中蒸汽膨胀的程度占级中总的应该膨胀程度的比例数,或是在动叶栅中理想焓降与级的总焓降之比。 纯冲动级的反动度为0,反动级的为0.5,带反动度的冲动式级小于0.5,通常为0.05~0.2 。 冲动式:蒸汽只在汽轮机的静叶栅内降压膨胀加速,在动叶栅内不降压不膨胀,动叶只是把蒸汽动能转换为机械功,同时改变汽流方向,其特点:动叶片出、入口侧的横截面相对比较匀称,汽流通道从入口到出口其面积(a、am、a2)基本不变。 见图1。 图1 冲动式动叶截面 反动式:蒸汽在汽轮机静叶栅内被降压、膨胀和加速,在动叶栅内也被进一步降压、膨胀和加速,动叶不但将蒸汽的动能,同时也将蒸汽的部分内能转换成机械功。 其特点:动叶片出、入口侧的横截面不对称,叶型入口较肥大,而出口侧较薄,汽流通道从入口到出口呈渐缩状。反动式汽轮机汽流在叶片中不但变向,而且加速。见图2。 整体而言,反动式相对于冲动式效率更高、作功能力更强。 图2 反动式动叶截面 3 国内反动式汽轮机与冲动式汽轮机的比较 3.1 经济性比较 根据汽轮机原理计算及多年运行经验和多个使用厂家比较,反动式背压同类汽轮机额定工况下汽耗比冲动式低8~12%,变参数、变负荷运行时优势更大, 最高可达20%左右。主要原因是由于反动式与冲动式叶片的原理及其结构特点(叶片比较窄,级间距小,级数多,焓降分配更均匀,热能的转换更加充分,热利用率高)决定了反动式汽轮机效率和做功能力更好。 衡量反动式背压机与冲动式背压机汽耗优劣的简单明了指标:排汽温度:同样的输入条件下:(进排汽、抽汽压力、进汽温度、进汽量或电功率等),反动式排汽温度较之冲动式会低,通常在20-35 ℃,抽汽机组抽汽温度也会低。 由于目前供热市场均以供热重量流量为计价单位,供热温度降低20-35 ℃对热用户来说并不敏感,同时电是一种高品位(纯火用即纯有效能)、高价位能源, 在浙江地区,1GJ热当量售电的价格为157元,而蒸汽的售价为64元,前者是后者的2.1倍以上,而附加效益在4倍左右. 附加效益计算公式: 1GJ蒸汽附加效益:售热价-(供热标煤耗率×标煤价格×10-3); 1GJ热当量售电附加效益:售电收入-(供电标煤耗率×标煤价格×103/3600). 对于背压式(包括抽背式)汽轮机组,偏面追求热耗率并无多大意义,因为不同类型的背压式汽轮机组,其热耗率正常情况下一般都在3900kJ/kW.h左右.背压机组真正追求的最终目标是提高机组单位供热量的发电量亦即热化发电率,而热化发电率与汽轮机组的汽耗率相关,汽耗率越低,机组热化发电率越高。提高机组热化发电率或降低汽耗率的主要途径有:提高机组初参数、在满足热用户要求的前提下尽可能降低供热压力、降低汽轮机组的熵增亦即提高汽轮机的相对内效率.在机组初参数和供热压力无法改变的情况下, 提高汽轮机的相对内效率成为首选,而反动式高效背压机的相对内效率要比冲动式高约10%左右,相应汽耗率低12%左右,某些机组汽耗率则相差15%以上。 3.2 工艺和参数选型比较 冲动式一般为固定参数选型;即产品具有系列性,并不能根据用户的具体工艺要求进行量体裁衣的设计制造,用户只能根据工艺要求,就近选择机型或采用个别部件的更换,进行名义上的量体裁衣的设计制造,其设计工况一般容易偏离实际运行工况。而反动式可以根据不同的非标参数要求和用户不同的工艺要求,进行计算机优化设计,通过标准部套和标准积木块区段合理搭配设计制造。其设计工况完全按用户要求,是真正意义上的量体裁衣,可达到最佳的效率。 3.3 结构比较 反动式叶片比较窄,级间距小,级数多,焓降分配更均匀,热能的转换更加充分,热利用率高。 3.3.1 叶片 冲动式的叶片为冲动式,无整体围带、需调频、需考虑临界转速限制;而反动式叶片为反动式,叶片与围带为整体结构、为不调频叶片,无需考虑临界转速的限制。 3.3.2 转子 冲动式转子通常为细直轴,转子为轮盘结构,刚性差,动力学性能差,适应变工况能力差;反动式采用整锻转鼓型转子、不调频叶片,转子刚性好,在宽广的变速范围内均能保证良好的振动特性。 冲动式转子级数较少,通常反动式是冲动式技术的2-3倍,甚至更多。 3.3.3 导叶持环(隔板) 冲动式采用隔板来放置静叶,动静间隙需逐级调整;反动式静叶安装采用持环结构,动静间隙间隙靠加工来保证,无需逐级调整,数控加工程度较高,许多部套的安装能靠加工精度来保证。 3.4 标准比较 反动式汽轮机本体可用多种国际通用标准(API612(美国石油协会石油、化工和燃气工业装置特种用途汽轮机)、IEC、NEMA 等)进行考核;冲动式按国家标准进行考核。 4 B12反动式机组和冲动式机组运行参数对照表: 4.1抽汽工况改造前、后2号机组运行参数对照表(表一): 序号 参数名称 单位 B12汽轮发电机组运行数据 反动式运行数据 冲动式运行数据 1 进汽压力 MPa(a) 4.9 4.9 2 进汽温度 ℃ 470 470 3 进汽焓 KJ/Kg 3364 3364 4 进汽流量 t/h 125 145 5 机组发电功率 MW 12 12 6 排汽压力 MPa(a) 0.981 0.981 7 排汽温度 ℃ 275 298 8 排汽焓 KJ/Kg 2998 3048 9 排汽流量 t/h 125 145 14 机组总供热量(以补充水温度25℃计) GJ 361 428 15 热化发电率 KWh / GJ 33.24 28 16 机组汽耗率 kg/kwh 10.42 12.08 17 机组火用效率 % 85 77.4 从以上表中可以看出,反动式冲动式汽轮发电机组在12000KW时,其进汽量分别为125 t/h和145 t/h,二者相差20 t/h,如果反动式汽轮机在进汽量145 t/h,其发电功率可达13900KW以上。 5.经济分析 5.1 计算条件:年设备利用小时数以7200小时,上网电价0.4829元/kwh(不含税价); 5.2 年多发电:1368万度; 5.3 年多收益电费:660万元; 6.结束语 工程的实践表明,反动式背压汽轮机较之于冲动式背压汽轮机的优势是明显的,具有较好的经济效益和社会效益,尤其是自备电厂和上网电价较高的地区,其优势更为突出。
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