引言当前火电机组深度调峰的背景下，对包括汽轮机在内的电厂各设备运行产生影响[1-3]。作为电厂热力系统中的重要设备，汽轮机热力性能高低对电厂安全及经济运行起着重要的作用。汽轮机的热力性能由汽轮机各缸效率体现，缸效率为汽轮机各缸中蒸汽的实际焓降和理想焓降的比值，分为高压缸效率、中压缸效率和低压缸效率。缸效率的变化影响着汽轮机性能，对电厂能耗也产生相应的影响。文献[4]~文献[7]对电厂各设备参数对能耗的影响进行分析；文献[8]~文献[11]对汽轮机内效率计算方法进行研究，但没有体现对机组热经济性的影响；文献[12]将缸效率对热耗率计算方法进行汇总与理论计算；文献[13]~文献[15]使用小偏差法的线性化计算方法对汽轮机各缸效率对热耗影响计算分析；文献[16]分析滑压运行时的汽轮机缸效率能耗敏感性。在调峰频率更加频繁和调峰深度加大的情况下，开展电厂汽轮机热耗率的影响对电厂热经济性分析具有重要意义。1缸效率热耗敏感性模型建立1.1缸效率热耗敏感性分析流程以某上汽1 000 MW汽轮机为研究对象，研究汽轮机缸效率对机组热耗的影响。通过机组THA工况给定热平衡图，建立THA工况下的热力系统热耗率计算模型。根据给定滑压曲线等设计参数，分别建立不同工况下热耗率计算模型。根据各工况主汽参数、再热蒸汽参数及抽汽参数计算得到各工况下各级组及各缸效率，并根据计算结果设定各级组及各缸效率，将抽汽参数的计算方法由抽汽焓确定更改为由机组效率进行计算，从而得到各工况下给定缸效率的热耗率计算模型。保持各工况输出功率不变的前提下，分别改变工况、汽轮机各缸效率，对汽轮机缸效率热耗敏感性进行分析，分析流程如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.012.F001图1缸效率热耗敏感性分析流程1.2缸效率热耗敏感性分析原理敏感性分析是指一个系统的状态或输出变化对系统参数或周围条件变化的敏感程度。在单号分析理论中提出设备单耗敏感度的概念，定义为设备的结构参数或热工参数变化引起设备附加单耗的变化，进而影响系统的总体单耗[17-18]。后期研究将单耗敏感度的概念推广为设备的结构参数或设备性能参数变化引起机组热耗的变化，将整体的热耗随性能指标的变化量称为热耗敏感性。机组热耗率与热耗率相对变化率计算公式如下：q=Q0Wiηmηg=Q1+Q2(WH+WI+WL)ηmηg (1)dqq=dQ1+dQ2Q1+Q2- dWH+WI+WLWH+WI+WL- dηmηm- dηgηg (2)式中：q——热耗率；Q0——热耗量，kJ；Wi——汽轮机内功率，kWh；ηm——机械效率；ηg——发电机效率；Q1——过热吸热量，kJ；Q2——再热吸热量，kJ；WH——高压缸实际内功率，kWh；WI——中压缸实际内功率，kWh；WL——低压缸实际内功率，kWh。1.3机组变工况模型火电机组设备参数对热耗影响的研究方法主要分为两种，一种是通过给定主蒸汽流量，设备参数的变化引起汽轮机内功率变化，进而影响机组热耗；另一种是通过给定机组输出功率，设备参数的变化引起主蒸汽流量的变化即吸热量的变化，进而影响机组热耗。实际生产过程中，通常机组负荷即输出功率是给定的，因此采用不同工况给定功率的方法计算各工况下，汽轮机缸效率对热耗的影响。以给定机组THA工况设计参数为基础，对电厂热力系统进行建模分析，并根据滑压曲线迭代计算，得到各负荷下的计算模型。根据模型计算得到各工况抽汽级的抽汽参数及各缸效率。在输出功率给定的基础之上，分别改变机组高、中、低压缸各级组效率，通过公式得到各级组出口蒸汽参数。基于弗留格尔公式，计算得到各工况、各抽汽参数，进而得到对机组热耗的影响。ηri(j)=h1(j)- h2(j)ht(j) (3)G1G=p012- pz12p02- pz2T0T01 (4)式中：ηri(j)——第j级组内效率；h1(j)——第j级组蒸汽进口焓，kJ/kg；h2(j)——第j级组蒸汽出口焓，kJ/kg；ht(j)——第j级组理想焓降，kJ/kg；G——变工况前蒸汽流量，t/h；G1——变工况后蒸汽流量，t/h；p02——变工况前级组进汽压力，MPa；p012——变工况后级组进汽压力，MPa；pz2——变工况前级组出汽压力，MPa；pz12——变工况后级组出汽压力，MPa；T0——变工况前级组进汽温度，℃；T01——变工况后级组进汽温度，℃。2汽轮机缸效率热耗敏感性2.1机组设计参数以某1 000 MW超超临界火电机组为研究对象，进行仿真建模分析，THA工况下的设计参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.012.T001表1THA工况设计参数名称设计值名称设计值发电机功率/MW1 000再热蒸汽流量/（t/h）2 289.221热耗/（kJ/kWh）7 357中压缸排汽压力/MPa0.607主蒸汽压力/MPa24.668中压缸排汽温度/℃285.6主蒸汽温度/℃600低压缸进汽压力/MPa0.588主蒸汽流量/（t/h）2 746.642低压缸进汽温度/℃285.4高压缸排汽压力/MPa5.868低压缸排汽压力/kPa5.2高压缸排汽温度/℃369.8低压缸排汽流量/（t/h）1 542.689再热蒸汽压力/MPa5.827 5最终给水焓/（kJ/kg）1 287.6再热蒸汽温度/℃600汽轮机组型式为超超临界、一次中间再热、一级抽汽（用于海水淡化）、四缸四排汽、单轴凝汽式，型号为N1000-26.25/600/600。机组共七级抽汽，其中高压缸两级，中压缸三级，低压缸两级。滑压运行方案由100%THA工况至40%THA滑压运行，40%THA以下负荷定压运行。发电机效率、给水泵效率及给水泵汽轮机效率分别为98.95%、83.00%及81.00%。2.2汽轮机缸效率热耗敏感性以给定参数为基础，得到100%THA、90%THA、75%THA、60%THA、50%THA、40%THA、30%THA工况下的计算模型，得到各负荷设计工况下汽轮机各缸效率如表2所示。分别改变给定高压缸、中压缸、低压缸效率，计算各缸效率热耗敏感性。当高压缸效率变化5%，高压缸效率热耗敏感曲线如表3所示，本机组高压缸效率对热耗的影响随发电负荷的降低而增大。滑压运行变负荷过程中，汽轮机缸效率热耗敏感性变化较小，30%THA和40%THA区间为定压运行，此时缸效率对热耗影响变化较大。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.012.T002表2设计工况汽轮机各缸效率效率工况THA100907560504030高压缸效率91.3991.3691.3591.3491.3289.6877.17中压缸效率93.3593.3493.3393.3193.3093.2993.28低压缸效率89.4989.7490.1390.5590.8891.2491.66%10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.012.T003表3高压缸效率降低5%影响参数工况THA/%100907560504030热耗增量/（kJ/kWh）58.4158.3958.8859.8360.8664.9688.06热耗相对增量/%0.790.790.790.790.790.831.09发电煤耗增量/（g/kWh）1.991.992.012.042.082.223.00当中压缸效率变化5%，中压缸效率热耗敏感曲线如表4所示。由表4可知，本机组中压缸效率对热耗的影响较高压缸影响大，但随负荷降低引起机组热耗增大的幅度较小。当低压缸效率变化5%，低压缸效率热耗敏感曲线如表5所示。由表5可知，本机组低压缸效率对热耗的影响较大，但不同负荷下热耗敏感性相差不大。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.012.T004表4中压缸效率降低5%影响参数工况THA/%100907560504030热耗增量/（kJ/kWh）77.7678.1678.2477.6277.9379.8589.17热耗相对增量/%1.061.061.041.021.011.021.10发电煤耗增量/（g/kWh）2.652.672.672.652.662.723.0410.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.012.T005表5低压缸效率降低5%影响参数工况THA/%100907560504030热耗增量/（kJ/kWh）127.10127.21127.69128.12128.41130.27139.37热耗相对增量/%1.731.721.701.681.661.661.72发电煤耗增量/（g/kWh）4.344.344.364.374.384.454.762.3各缸效率热耗敏感性分析各工况模型计算中，缸效率变化对主蒸汽流量和高、中、低压缸内功率产生影响。根据式(2)计算缸效率对热耗的影响，得到缸效率热耗敏感性。以仿真计算模型100%THA工况为例，影响结果如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.012.T006表6缸效率降低1%产生影响参数缸效率影响高压缸中压缸低压缸主蒸汽流量变化/（t/h）7.545.578.50总耗能变化/MW3.194.306.55高压缸功率增量/MW-2.122.961.30中压缸功率增量/MW1.16-5.451.14低压缸功率增量/MW0.962.49-2.45热耗率相对变化/%0.160.210.34由表6可知，给定工况时，缸效率降低导致机组耗能与热耗率增加，其中高压缸引起的蒸汽流量增量较中压缸大，但机组热耗率相对变化较小，原因是高压缸效率降低，使高压缸排汽焓上升，因此吸热量即耗能增量小于中压缸。3结语以某1 000 MW汽轮机组为研究对象，对多个工况的模型进行计算，得到汽轮机各缸效率热耗敏感性，分别对同一缸、不同工况及不同缸相同工况进行热耗敏感性对比，得到如下结论：（1）机组负荷逐渐降低，高压缸效率热耗敏感性增加量较大，中压缸、低压缸增加量较小。负荷较低时，高压缸效率的改变对机组热耗影响较大，此时应关注高压缸运行状态。（2）100%THA工况下，本机组高压缸、中压缸、低压缸效率热耗敏感性依次增大，在实际运行中，保证中压缸、低压缸运行状态，可以有效改善汽轮机运行热经济性。（3）当输出功率给定时，汽轮机缸效率对热耗的影响主要通过改变主蒸汽流量，进而改变吸热量对机组热耗造成的影响。