范 鑫， 秦建明， 李 明， 付晨鵬

（1.河南電力試驗(yàn)研究院，鄭州450052；2.河南工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，鄭州450007）

滑壓運(yùn)行是目前汽輪機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)經(jīng)常采用的運(yùn)行方式，大多數(shù)發(fā)電廠(chǎng)均按汽輪機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的滑壓曲線(xiàn)運(yùn)行.但是廠(chǎng)家的滑壓曲線(xiàn)是根據(jù)理論計(jì)算得出的，不可能考慮到機(jī)組實(shí)際的設(shè)備運(yùn)行效率、系統(tǒng)條件及系統(tǒng)環(huán)境的變化，在經(jīng)濟(jì)性上并不一定是最優(yōu)的.

通過(guò)近年來(lái)多次熱力性能試驗(yàn)，對(duì)影響機(jī)組效率的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和對(duì)比發(fā)現(xiàn)，低負(fù)荷超臨界汽輪機(jī)設(shè)計(jì)滑壓曲線(xiàn)的主蒸汽壓力設(shè)定值偏低，對(duì)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性有一定影響.所以有必要對(duì)超臨界汽輪機(jī)進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)，來(lái)確定不同負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的最佳閥門(mén)開(kāi)度及主蒸汽壓力，提高機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，從而可以進(jìn)一步挖掘機(jī)組節(jié)能潛力，降低機(jī)組供電煤耗.

1 汽輪機(jī)變負(fù)荷運(yùn)行的優(yōu)化原理

從熱力循環(huán)的角度分析，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的主要因素有循環(huán)的熱效率和汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率.

機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，當(dāng)主蒸汽壓力較高時(shí)，進(jìn)汽節(jié)流損失大，汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率較低，給水泵耗功較大，但是循環(huán)的熱效率較高；當(dāng)主蒸汽壓力較低時(shí)，進(jìn)汽節(jié)流損失小，汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率較高，給水泵耗功較小，但是循環(huán)的熱效率較低.所以只有在汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率提高所帶來(lái)的效益大于循環(huán)熱效率降低的影響時(shí)，單元機(jī)組汽輪機(jī)的絕對(duì)內(nèi)效率才有可能提高［1］.也就是說(shuō)，低負(fù)荷運(yùn)行的壓力參數(shù)必然存在一個(gè)最佳值，使機(jī)組在不同負(fù)荷下都保持較高的經(jīng)濟(jì)性.

根據(jù)以上理論分析，在不同典型負(fù)荷下采用熱力試驗(yàn)的方法來(lái)確定單元機(jī)組最佳運(yùn)行參數(shù)；在同一負(fù)荷下，通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算出不同壓力下機(jī)組的熱耗率；以此為比較基準(zhǔn)，修正后熱耗率（主汽壓不做修正）最低時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力點(diǎn)即為最佳壓力點(diǎn).

2 變負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)過(guò)程

某電廠(chǎng)1號(hào)汽輪機(jī)為600MW超臨界汽輪機(jī)，機(jī)組型號(hào)為 CLN600－24.2／566／566，給水泵驅(qū)動(dòng)方式為蒸汽驅(qū)動(dòng)，給水泵小汽輪機(jī)用汽由四段抽汽供給.廠(chǎng)家提供的設(shè)計(jì)滑壓參數(shù)是按照閥點(diǎn)工況設(shè)計(jì)的，這種設(shè)計(jì)理論上沒(méi)有節(jié)流損失，但會(huì)使汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力偏低.在實(shí)際運(yùn)行中，從保證機(jī)組運(yùn)行的安全性和汽輪機(jī)進(jìn)汽流量的平滑性考慮，閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中均有一定的重疊度，若按原設(shè)計(jì)的滑壓參數(shù)運(yùn)行并不經(jīng)濟(jì).所以很有必要按照機(jī)組實(shí)際的閥門(mén)流量特性進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，從而確定當(dāng)前閥門(mén)流量特性下汽輪機(jī)的最佳運(yùn)行主蒸汽壓力［2－3］.

為了得到不同負(fù)荷下機(jī)組的最佳運(yùn)行參數(shù)，提高機(jī)組低負(fù)荷下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，于2011年10月進(jìn)行了變負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn).優(yōu)化時(shí)采用改變主汽壓進(jìn)行熱效率對(duì)比試驗(yàn)的方法，在機(jī)組通常運(yùn)行范圍內(nèi)選取若干個(gè)典型負(fù)荷點(diǎn)，分別在540MW、480 MW、420MW、360MW、330MW 和300MW 共6個(gè)負(fù)荷下進(jìn)行了汽輪機(jī)熱效率試驗(yàn)，采用負(fù)荷作為試驗(yàn)基準(zhǔn).在每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)上分別選取不同的主蒸汽壓力以及高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)關(guān)系.試驗(yàn)中主機(jī)、輔機(jī)設(shè)備正常投入運(yùn)行，按照相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了系統(tǒng)隔離［4－5］.機(jī)組優(yōu)化試驗(yàn)在試驗(yàn)條件接近（即蒸汽溫度、機(jī)組真空及各輔機(jī)運(yùn)行狀況變化不大）的情況下進(jìn)行，每個(gè)工況進(jìn)行30min左右，在不同壓力下求得各工況下的高壓缸效率和熱耗率［6］，以機(jī)組修正后熱耗率［7］最小為原則來(lái)選取機(jī)組最佳運(yùn)行主蒸汽壓力.

3 運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)曲線(xiàn)

根據(jù)機(jī)組在540MW、480MW、420MW、360 MW、330MW和300MW負(fù)荷下的優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1～表6），可繪制出對(duì)應(yīng)負(fù)荷下的運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)曲線(xiàn)，見(jiàn)圖1～圖6.

圖1 540MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)曲線(xiàn)Fig.1 Optimized operating curves at 540MW

表1 540MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)Tab.1 Main data of operation optimization test at 540MW

圖2 480MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)曲線(xiàn)Fig.2 Optimized operating curves at 480MW

表2 480MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)Tab.2 Main data of operation optimization test at 480MW

圖3 420MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)曲線(xiàn)Fig.3 Optimized operating curves at 420MW

圖4 360MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)曲線(xiàn)Fig.4 Optimized operating curves at 360MW

表3 420MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)Tab.3 Main data of operation optimization test at 420MW

表4 360MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)Tab.4 Main data of operation optimization test at 360MW

圖5 330MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)曲線(xiàn)Fig.5 Optimized operating curves at 330MW

圖6 300MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)曲線(xiàn)Fig.6 Optimized operating curves at 300MW

表5 330MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)Tab.5 Main data of operation optimization test at 330MW

表6 300MW負(fù)荷下運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)Tab.6 Main data of operation optimization test at 300MW

由圖1～圖6中的運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)曲線(xiàn)可以看出：540MW負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)在額定主蒸汽壓力下運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)；480MW負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)在主蒸汽壓力為22.0MPa左右下運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)；420MW負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)在主蒸汽壓力為19.7MPa左右下運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)；360MW負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)在主蒸汽壓力為17.4 MPa左右下運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)；330MW負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)在主蒸汽壓力為16.3MPa左右運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)；300 MW負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)在主蒸汽壓力為15.1MPa左右運(yùn)行最經(jīng)濟(jì).

4 優(yōu)化后主蒸汽壓力運(yùn)行曲線(xiàn)與設(shè)計(jì)值的比較

通過(guò)不同負(fù)荷下的熱效率對(duì)比試驗(yàn)得到了機(jī)組相應(yīng)的最佳運(yùn)行主蒸汽壓力，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7.可以看出與原設(shè)計(jì)滑壓參數(shù)相比，試驗(yàn)得出的最佳運(yùn)行主蒸汽壓力均有所提高，而且隨著負(fù)荷的降低，優(yōu)化后取得的節(jié)能效果越來(lái)越明顯.

優(yōu)化后主蒸汽壓力運(yùn)行曲線(xiàn)見(jiàn)圖7.圖7中下方曲線(xiàn)是制造廠(chǎng)的設(shè)計(jì)滑壓運(yùn)行曲線(xiàn)，上方曲線(xiàn)是試驗(yàn)得到的優(yōu)化后主蒸汽壓力運(yùn)行曲線(xiàn).

由表7可以看出，與原設(shè)計(jì)滑壓參數(shù)相比，優(yōu)化后的運(yùn)行參數(shù)在低負(fù)荷下節(jié)能效果較明顯：360 MW工況下主蒸汽壓力由原設(shè)計(jì)的15.16MPa提高到17.4MPa，優(yōu)化后熱耗率下降了25.52kJ／（kW·h），供電煤耗率下降約1.02g／（kW·h）［8］.

表7 不同負(fù)荷下的最佳主蒸汽壓力Tab.7 Optimal main steam pressure at different loads

圖7 機(jī)組變負(fù)荷主蒸汽壓力運(yùn)行曲線(xiàn)Fig.7 Operation curves of main steam pressure under varying load conditions

該機(jī)組年平均負(fù)荷率約為60%，對(duì)應(yīng)負(fù)荷360 MW，如按年利用4 500h、平均標(biāo)煤煤價(jià)800元／t計(jì)算，該負(fù)荷率下年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約2 754t，折合人民幣約220萬(wàn)元.

5 不同排汽壓力下的主蒸汽壓力運(yùn)行曲線(xiàn)

以上運(yùn)行曲線(xiàn)是在汽輪機(jī)排汽壓力（真空）修正到設(shè)計(jì)值的情況下得出的.但是由于不同氣溫下循環(huán)水溫度的變化會(huì)影響汽輪機(jī)的排汽壓力，進(jìn)而使機(jī)組實(shí)際功率和主蒸汽流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化.因此，機(jī)組排汽壓力發(fā)生變化時(shí)，對(duì)應(yīng)的最佳主蒸汽壓力也會(huì)變化.根據(jù)汽輪機(jī)排汽壓力修正曲線(xiàn)［9］，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得到不同排汽壓力下的主蒸汽壓力運(yùn)行曲線(xiàn).圖8為考慮機(jī)組排汽壓力修正后的運(yùn)行曲線(xiàn)，排汽壓力一年中大部分時(shí)間在4.9～11.8kPa，不同負(fù)荷下機(jī)組的最佳主蒸汽壓力運(yùn)行點(diǎn)涵蓋在圖中這兩段曲線(xiàn)之間.可以根據(jù)不同的排汽壓力，選取圖8中相應(yīng)的主蒸汽壓力運(yùn)行曲線(xiàn).

圖8 不同排汽壓力下機(jī)組主蒸汽壓力運(yùn)行曲線(xiàn)Fig.8 Operation curves of main steam pressure at different exhaust pressures

6 運(yùn)行曲線(xiàn)的擬合函數(shù)

由圖8可以看出：機(jī)組運(yùn)行的最佳主蒸汽壓力不僅與發(fā)電機(jī)功率有關(guān)，還與汽輪機(jī)的排汽壓力有關(guān)，是由排汽壓力和發(fā)電機(jī)功率共同決定的.由于現(xiàn)場(chǎng)汽輪機(jī)排汽壓力不易準(zhǔn)確測(cè)量，為了便于現(xiàn)場(chǎng)使用，用測(cè)量準(zhǔn)確度相對(duì)較高的排汽溫度求出對(duì)應(yīng)的排汽壓力，再根據(jù)發(fā)電機(jī)功率來(lái)共同進(jìn)行函數(shù)擬合.因此，得到的最佳主蒸汽壓力是發(fā)電機(jī)功率和排汽溫度的函數(shù)，即

式中：pzq為最佳主蒸汽壓力，MPa；Q為發(fā)電機(jī)功率，MW；t為排汽溫度，℃.

按照上述方法，對(duì)圖8中的運(yùn)行曲線(xiàn)進(jìn)行分段擬合，得出的函數(shù)共分為三段：

（1）發(fā)電機(jī)功率在280～505MW時(shí)

式中：15.1＜pzq≤24.2；pk為排汽壓力，MPa，pk＝見(jiàn)文獻(xiàn)［10］；0＜t＜60.

（2）發(fā)電機(jī)功率在505～540MW時(shí)

（3）發(fā)電機(jī)功率在540～660MW時(shí)

7 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)超臨界600MW汽輪機(jī)進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)，得到了機(jī)組優(yōu)化后的主蒸汽壓力運(yùn)行控制曲線(xiàn)，新的運(yùn)行方式考慮了不同季節(jié)環(huán)境溫度對(duì)機(jī)組真空（排汽壓力）的影響.與原設(shè)計(jì)滑壓運(yùn)行方式相比，優(yōu)化后的運(yùn)行方式在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)熱耗率明顯降低.所以，用優(yōu)化后的運(yùn)行曲線(xiàn)來(lái)指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行能取得顯著的節(jié)能降耗效果.試驗(yàn)得到的優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果對(duì)同類(lèi)型超臨界汽輪機(jī)組也具有一定的參考價(jià)值.

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