吳華強(qiáng) ，張 彩 ，董益華 ，何新有，張 寶

(1.浙江浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江 平湖 314201;2.浙江省電力公司 電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310014)

0 引言

目前，國產(chǎn)汽輪機(jī)大都有兩種配汽方式，即單閥配汽與順序閥配汽。眾多機(jī)組實(shí)踐表明，在大部分負(fù)荷范圍內(nèi)，由于節(jié)流損失的減小，順序閥方式運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于單閥方式。在單閥配汽方式與順序閥配汽方式之間，還有一種方式被稱為混合配汽，在混合配汽方式下，低負(fù)荷時(shí)各汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥同時(shí)參與調(diào)節(jié)，升到某一控制點(diǎn)時(shí)，部分調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，在此控制點(diǎn)之上時(shí)，關(guān)閉的調(diào)節(jié)閥再次順序開啟，參與機(jī)組的配汽調(diào)節(jié)，這種配汽方式在東汽600 MW 超臨界與亞臨界汽輪機(jī)上均廣泛應(yīng)用?；旌吓淦绞郊骖櫫藛伍y配汽的安全性與順序閥配汽的經(jīng)濟(jì)性，適用于帶基本負(fù)荷的機(jī)組，機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的節(jié)流損失［1］;另外，混合配汽方式只能在單一閥點(diǎn)下滑壓運(yùn)行，目前多采用三閥點(diǎn)滑壓方式，使得主蒸汽壓力明顯偏低，嚴(yán)重的影響到了機(jī)組的動(dòng)態(tài)調(diào)頻性能。因此，有必要對這種配汽方式進(jìn)行改造。

1 機(jī)組簡介

某發(fā)電廠汽輪機(jī)為600 MW 亞臨界、中間再熱式、高中壓合缸、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組型號為N600-16.7/538/538-1。該機(jī)組由東方汽輪機(jī)廠按日本日立公司提供的技術(shù)制造。汽輪機(jī)進(jìn)汽采用噴嘴調(diào)節(jié)，共有4 組高壓缸進(jìn)汽噴嘴，由4 個(gè)調(diào)節(jié)閥(CV)控制。來自鍋爐的新蒸汽首先通過2 個(gè)高壓主汽閥(MSV)，然后流入調(diào)節(jié)閥。這些蒸汽分別通過4 根導(dǎo)管將汽缸上半部和下半部的進(jìn)汽套管與噴嘴室連接。4 只高壓調(diào)節(jié)閥共用一個(gè)調(diào)節(jié)閥室，中間互聯(lián)互通，從機(jī)頭向發(fā)電機(jī)側(cè)看，每個(gè)調(diào)節(jié)閥相對應(yīng)的噴嘴組布置方式如圖1 所示。

圖1 調(diào)節(jié)級噴嘴布置示意圖Fig.1 Regulation stage nozzle layout diagram

汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用東方汽輪機(jī)廠配套的HIACS-5000 M 高壓純電調(diào)控制系統(tǒng)，原配汽曲線如圖2 所示。在流量指令較小時(shí)，4 只調(diào)節(jié)閥同時(shí)開啟，隨著流量指令的增加，CV1，CV2，CV3開度增加，但CV4 開度減小，流量指令再增加時(shí)，CV4 再次開啟。改造前，汽輪機(jī)在流量指令86%左右滑壓運(yùn)行。

圖2 原配汽曲線Fig.2 The curve diagram of former valve management

2 改造方案的選取

東汽600 MW 系列汽輪機(jī)配汽方式改造的主要途徑是將其混合配汽方式改造成為順序閥配汽方式，但實(shí)現(xiàn)的途徑有兩種，一是直接修改原配汽曲線，低負(fù)荷時(shí)，4 個(gè)調(diào)節(jié)閥同時(shí)開啟，隨后2只調(diào)節(jié)閥逐漸全開，負(fù)荷再增加時(shí)，這2 只調(diào)節(jié)閥再依次開啟，這種配汽方式本質(zhì)上仍為混合配汽，但可實(shí)現(xiàn)兩閥滑壓運(yùn)行［2］;二是保留原混合配汽方式，另外增加一套順序閥配汽方式，汽輪機(jī)可在2 種配汽方式下在線切換。

第二種方式更為靈活，也不需要額外增加設(shè)備投資，機(jī)組啟動(dòng)以及汽門活動(dòng)試驗(yàn)，仍可在原混合配汽方式下進(jìn)行，對運(yùn)行影響較小。比較分析后，決定采用第二種方式進(jìn)行改造。

3 配汽方式改造的安全性分析

3.1 噴嘴組強(qiáng)度校核

該機(jī)組汽輪機(jī)原設(shè)計(jì)為混合配汽，相同負(fù)荷下，三閥滑壓運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)閥前壓力相對較低，調(diào)節(jié)級前后壓差較小，改為順序閥方式后，會(huì)出現(xiàn)2 只調(diào)節(jié)閥全開、另2 只調(diào)節(jié)閥接近全關(guān)的運(yùn)行工況，如采用兩閥滑壓，汽輪機(jī)會(huì)長時(shí)間處于該閥位運(yùn)行，相對三閥滑壓運(yùn)行，此時(shí)調(diào)節(jié)閥前壓力相對較高，調(diào)節(jié)級前后壓差較大，這是否會(huì)給汽輪機(jī)的安全運(yùn)行帶來威脅，需要論證確認(rèn)。

東方汽輪機(jī)廠對噴嘴組強(qiáng)度校核計(jì)算結(jié)果表明:主蒸汽壓力為額定值時(shí)噴嘴組的強(qiáng)度可以滿足CV2 和CV4 兩閥全開工況需要。

3.2 順序閥閥序確定

順序閥方式下，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開啟的次序?qū)ζ啓C(jī)運(yùn)行的安全性有顯著影響，突出表現(xiàn)在對汽輪機(jī)軸系的影響上［3，4］。很多實(shí)例表明，不少汽輪機(jī)在順序閥方式下，常會(huì)出現(xiàn)諸如軸承金屬溫度高、軸振動(dòng)大等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行［5］。解決這一問題，關(guān)鍵是找出一合適的順序閥閥序，使得機(jī)組在這種閥序運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)軸承溫度與振動(dòng)的數(shù)值均在允許的范圍內(nèi)。為此，對該機(jī)組進(jìn)行了閥門關(guān)閉試驗(yàn)。

試驗(yàn)時(shí)機(jī)組負(fù)荷維持在400 MW 左右，機(jī)組協(xié)調(diào)投入，DEH 側(cè)與DCS 側(cè)一次調(diào)頻回路均撤出，汽輪機(jī)處于原混合配汽運(yùn)行方式，試驗(yàn)時(shí)先關(guān)CV1，再關(guān)CV3，恢復(fù)時(shí)先開CV3，再開CV1，主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，可見，試驗(yàn)過程中，汽輪機(jī)各軸承溫度與振動(dòng)值沒有發(fā)生超限變化，從順序閥開啟次序上看，CV2＆CV4-CV3-CV1 能滿足機(jī)組安全運(yùn)行的需要。

表1 閥門關(guān)閉試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 The experiment's result of valves closing

4 配汽曲線的獲取

汽輪機(jī)配汽方式的改變是通過改變其配汽曲線來實(shí)現(xiàn)的，混合配汽方式下的配汽曲線不能滿足順序閥配汽方式的要求。獲取汽輪機(jī)配汽曲線的途徑有兩種，一是理論計(jì)算，二是進(jìn)行流量特性試驗(yàn)。理論計(jì)算較適合新建機(jī)組，長期運(yùn)行后，由于設(shè)備磨損、老化或改造，結(jié)構(gòu)參數(shù)很可能偏離設(shè)計(jì)值，造成理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際偏差較大。對該機(jī)組來說，通過流量特性試驗(yàn)，獲取其流量特性，然后計(jì)算得到順序閥方式下的配汽曲線，是較為合適的方法［6］。

對該汽輪機(jī)進(jìn)行流量特性試驗(yàn)，試驗(yàn)在順序閥閥序?yàn)镃V2＆CV4-CV3-CV1 的情況下進(jìn)行。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算得到該機(jī)組順序閥方式下的配汽曲線如圖3 所示。

圖3 順序閥方式下的配汽曲線Fig.3 The curve diagram of sequence valve mode

5 順序閥方式的投運(yùn)

5.1 配汽方式的切換試驗(yàn)

為了檢查該機(jī)組在不同配汽方式切換過程中運(yùn)行是否平穩(wěn)，在300 MW 到550 MW 范圍內(nèi)，每隔50 MW 負(fù)荷點(diǎn)，進(jìn)行了原混合配汽方式(簡稱“舊閥”)與順序閥配汽方式(簡稱“新閥”)切換試驗(yàn)。切換時(shí)機(jī)組協(xié)調(diào)方式投入，切換過程時(shí)間設(shè)置為10 min，其中，500 MW 負(fù)荷下切換過程中主要參數(shù)變化如圖4、圖5 所示。從這些過程曲線可以看出，在協(xié)調(diào)投入的方式下，機(jī)組配汽方式切換過程平穩(wěn)，功率波動(dòng)基本在±10 MW 以內(nèi)，主蒸汽壓力波動(dòng)較小，切換過程對機(jī)組擾動(dòng)小。

5.2 順序閥方式下的負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)

圖4 配汽方式切換過程曲線1Fig.4 The curve diagram 1 of steam governing modes change

圖5 配汽方式切換過程曲線2Fig.5 The curve diagram 2 of steam governing modes change

為了驗(yàn)證在順序閥方式下的協(xié)調(diào)響應(yīng)情況，對其進(jìn)行了順序閥方式下負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方式為:機(jī)組在AGC 撤出、協(xié)調(diào)投入，機(jī)組滑壓控制回路投入，其他主要自動(dòng)回路投入。按正常的負(fù)荷變化速率，主要觀察機(jī)組在新的順序閥特性曲線下協(xié)調(diào)運(yùn)行情況以及閥點(diǎn)處汽門晃動(dòng)情況。其中300 MW 到400 MW 升負(fù)荷過程曲線如圖6 所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在順序閥方式下，該機(jī)組在負(fù)荷變動(dòng)過程中協(xié)調(diào)運(yùn)行正常，主蒸汽參數(shù)無明顯異常波動(dòng)，閥點(diǎn)處調(diào)節(jié)閥均無明顯晃動(dòng)。

圖6 順序閥方式下負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)曲線Fig.6 The curve diagram of power load change in sequence valve mode

6 順序閥方式下滑壓曲線的優(yōu)化

汽輪機(jī)順序閥方式下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與調(diào)節(jié)閥開度密切相關(guān)，由于在機(jī)組功率一定時(shí)，主蒸汽壓力與調(diào)節(jié)閥開度基本呈反方向變化，運(yùn)行時(shí)主蒸汽壓力也就會(huì)對汽輪機(jī)順序閥方式下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生顯著的影響，為了提高該機(jī)組順序閥方式下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行了滑壓曲線優(yōu)化試驗(yàn)。

試驗(yàn)期間機(jī)組設(shè)備按設(shè)計(jì)要求投入運(yùn)行，汽水化學(xué)取樣、熱井補(bǔ)水照常進(jìn)行，停止鍋爐吹灰、停止供熱，撤出AGC 遠(yuǎn)方控制，固定負(fù)荷運(yùn)行，試驗(yàn)工況涵蓋300～550 MW 負(fù)荷段，包括改造前混合配汽方式5 個(gè)試驗(yàn)工況(采用原設(shè)置的滑壓曲線)和改造后順序閥配汽方式12 個(gè)試驗(yàn)工況(共分3 條滑壓曲線，對應(yīng)的調(diào)節(jié)閥開度分別為:滑壓曲線1:0%/100%/23%/100%;滑壓曲線2:0%/100%/30%/100%;滑壓曲線3:0%/100%/40%/100%)。

對各負(fù)荷段配汽方式切換前后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得各試驗(yàn)工況下不同高調(diào)門開度帶來的高壓缸效率變化，以及相應(yīng)主汽壓力、小機(jī)進(jìn)汽流量等參數(shù)變化引起的循環(huán)效率變化，考慮缸效與循環(huán)效率變化帶來的綜合影響，參考?xì)v史試驗(yàn)數(shù)據(jù)并利用機(jī)組變工況計(jì)算模型計(jì)算熱耗率的變化，從而獲得不同負(fù)荷、不同高調(diào)門開度下的機(jī)組運(yùn)行熱耗率，計(jì)算結(jié)果如圖7 所示，表2 給出了具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖7 順序閥方式下不同滑壓曲線時(shí)的熱耗率Fig.7 The curve diagram of heat rate of different sliding pressure curve in sequence valve mode

表2 滑壓曲線的優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The experiment's result of transformation of different sliding pressure curve

觀察圖7 中曲線，改造后機(jī)組變負(fù)荷過程中的經(jīng)濟(jì)性能比優(yōu)化前有了一定的提升，熱耗率的下降幅度隨著負(fù)荷的降低而增大，3 條滑壓曲線相比較，滑壓曲線1 對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性略好，具體曲線如圖8 所示，可見，原混合配汽方式下定滑壓轉(zhuǎn)折點(diǎn)負(fù)荷約549 MW，滑壓點(diǎn)汽機(jī)流量指令約86.2%;優(yōu)化后順序閥配汽方式下推薦的滑壓曲線定滑壓轉(zhuǎn)折點(diǎn)負(fù)荷約506.6 MW，此滑壓運(yùn)行方式對應(yīng)的汽機(jī)流量指令約79.5%，4 只調(diào)節(jié)閥開度分別約0%/100%/23%/100%。比較優(yōu)化前后2 條滑壓曲線可知，優(yōu)化后，在高于425 MW 的負(fù)荷區(qū)間提高了滑壓壓力，低于425 MW 的負(fù)荷區(qū)間降低了滑壓壓力，既降低了熱耗率，又保證了AGC 和一次調(diào)頻響應(yīng)速率。

圖8 配汽方式改造前后的滑壓曲線Fig.8 The curve diagram before and after transformation of steam governing modes

7 配汽方式改造經(jīng)濟(jì)效益分析

該機(jī)組配汽方式改造所取得的經(jīng)濟(jì)效益包括2 個(gè)方面，一是由于順序閥方式投運(yùn)、機(jī)組供電煤耗的降低而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，如表3 所示，根據(jù)全年的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，與改造前相比，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約2665 t。二是由于機(jī)組協(xié)調(diào)控制水平的提高而減少的電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則考核的費(fèi)用，保守估計(jì)，約每年30萬元。

表3 配汽方式改造的效益Tab.3 The income with transformation of governing modes

8 結(jié)論

針對東汽600 MW 亞臨界汽輪機(jī)，將其配汽方式由混合配汽改造為順序閥配汽，不但可提高機(jī)組運(yùn)行的主蒸汽壓力，減少調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，大幅度降低機(jī)組的供電煤耗，而且又可增強(qiáng)機(jī)組的負(fù)荷動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，增加機(jī)組運(yùn)行方式的靈活性，該機(jī)組汽輪機(jī)配汽方式改造的成功經(jīng)驗(yàn)對類似機(jī)型具有普遍的借鑒意義。

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