,, ,

(1.華電呼倫貝爾褐煤多聯(lián)產(chǎn)有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001;3.包頭東華熱電有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014040)

200 MW級(jí)間接空冷機(jī)組的運(yùn)行調(diào)研及綜合優(yōu)化潛力分析

孟憲彬1,馬世喜2,劉嬌2,王如祥3

(1.華電呼倫貝爾褐煤多聯(lián)產(chǎn)有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001;3.包頭東華熱電有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014040)

空冷機(jī)組背壓隨環(huán)境條件的變化范圍較大，其不同環(huán)境條件下的運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性等相對(duì)濕冷機(jī)組都可能會(huì)出現(xiàn)較大的差異性，需要進(jìn)行單獨(dú)的研究。本文對(duì)不同配汽規(guī)律的幾臺(tái)間接空冷機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行了調(diào)研，包括機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及調(diào)節(jié)性能。依靠機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析機(jī)組的優(yōu)化潛力，并從閥門(mén)管理角度給出相應(yīng)優(yōu)化改造建議，以提高機(jī)組在冬季和夏季的運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性等，以期實(shí)現(xiàn)火電廠的安全運(yùn)行和節(jié)能減排的兩大目的，最終效果良好。這對(duì)我國(guó)200 MW以及其他級(jí)別空冷機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及綜合優(yōu)化改造具有一定的借鑒作用。

200 MW；間接空冷；運(yùn)行狀況；配汽規(guī)律；安全經(jīng)濟(jì)；綜合優(yōu)化；調(diào)研分析

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)200 MW～600 MW級(jí)別的空冷機(jī)組在我國(guó)缺水的北方還占有一定的比例，其最大的特點(diǎn)就是背壓受環(huán)境氣象條件(如氣溫，風(fēng)速及風(fēng)向性能、廠址海拔標(biāo)高及廠址處的大氣壓力等)的影響大，變化范圍極大[1-2]?？绽錂C(jī)組一般包括直接空冷和間接空冷兩種，雖然間接空冷系統(tǒng)相對(duì)于直接空冷系統(tǒng)對(duì)環(huán)境氣象條件的敏感性和受環(huán)境氣象條件影響變化較小，但是間接空冷機(jī)組在不同季節(jié)(如冬季和夏季)和時(shí)間點(diǎn)(如中午和晚上)的背壓范圍變化仍較大，其運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性等在不同環(huán)境因素下相對(duì)濕冷機(jī)組都存在較大的差異性[3]。然而，如何有效地發(fā)現(xiàn)空冷機(jī)組在運(yùn)行中存在的問(wèn)題，確定提高運(yùn)行方式的安全性和經(jīng)濟(jì)性，是電廠節(jié)能發(fā)展的一個(gè)重要方面[4-8]。尤其是在保證機(jī)組安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，最大限度的降低發(fā)電煤耗，切實(shí)提高機(jī)組運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性，是科學(xué)發(fā)展觀對(duì)電廠提出的現(xiàn)實(shí)要求。目前，對(duì)于200 MW級(jí)別的空冷機(jī)組的研究多數(shù)處于冷端優(yōu)化，如直接空冷機(jī)組一般可以通過(guò)空冷島風(fēng)機(jī)的變頻改造來(lái)控制機(jī)組運(yùn)行背壓，提高機(jī)組的整體運(yùn)行效率[9]。然而，針對(duì)空冷機(jī)組還可以從閥門(mén)管理優(yōu)化角度進(jìn)行分析研究[10]。

本文對(duì)兩種不同配汽設(shè)計(jì)規(guī)律的幾臺(tái)間接空冷機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行了調(diào)研，包括機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及調(diào)節(jié)性能。依靠機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析機(jī)組的優(yōu)化潛力，并從閥門(mén)管理角度給出相應(yīng)優(yōu)化改造建議，以提高機(jī)組在冬季和夏季的運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性等，以期實(shí)現(xiàn)火電廠的安全運(yùn)行和節(jié)能減排的兩大目的。這對(duì)我國(guó)空冷機(jī)組(尤其是200 MW級(jí)別空冷機(jī)組)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及綜合優(yōu)化改造具有一定的借鑒作用。

1 機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀況的調(diào)研

所調(diào)研機(jī)組為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的200 MW汽輪機(jī)(型號(hào)NJK200/262-12.7/535/535)，為單軸一次中間再熱三缸雙排汽間接空冷凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組額定功率為200 MW(ECR工況)，最大功率為218.8 MW(VWO工況)；額定新蒸汽為(高壓主汽閥前)12.75 MPa/535℃，再熱蒸汽為(中壓調(diào)節(jié)汽閥前)2.428 MPa/535℃；背壓為10.55 kPa；額定新汽流量為604 t/h；最大新汽流量為670 t/h；采暖抽汽壓力范圍為0.2～0.55 MPa；配汽方式為全電調(diào)(閥門(mén)管理)，轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，如圖1所示，機(jī)組閥門(mén)配置，開(kāi)啟順序?yàn)?+2→3→4，從汽機(jī)向發(fā)電機(jī)方向看為順時(shí)針?lè)较?。由于，這幾臺(tái)機(jī)組的高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)配汽規(guī)律設(shè)計(jì)曲線是不同。因此，本次調(diào)研中，根據(jù)汽輪機(jī)高調(diào)門(mén)配汽設(shè)計(jì)規(guī)律，針對(duì)兩種配汽規(guī)律的機(jī)組，分別進(jìn)行了運(yùn)行數(shù)據(jù)調(diào)研。

圖1 機(jī)組閥門(mén)配置和開(kāi)啟順序

1.1 機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

如圖2～圖5所示，為第一類(lèi)配汽設(shè)計(jì)規(guī)律機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)的調(diào)研結(jié)果：調(diào)研運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的采集區(qū)間內(nèi)機(jī)組處于變負(fù)荷運(yùn)行階段，功率參數(shù)變化區(qū)間為70～200 MW，主汽壓參數(shù)變化區(qū)間為8～13 MPa之間，主汽溫參數(shù)變化區(qū)間為520～540℃，背壓參數(shù)變化區(qū)間為-78～-66 kPa。

圖2 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組功率參數(shù)變化區(qū)間

如圖6～圖9所示，為第二類(lèi)配汽設(shè)計(jì)規(guī)律機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的調(diào)研結(jié)果：調(diào)研運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的采集區(qū)間內(nèi)機(jī)組處于變負(fù)荷運(yùn)行階段，功率參數(shù)變化區(qū)間為90～200 MW，主汽壓參數(shù)變化區(qū)間為9～13 MPa之間，主汽溫參數(shù)變化區(qū)間為520～540℃，背壓參數(shù)變化區(qū)間為-78～-63 kPa。

圖3 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組汽壓參數(shù)變化區(qū)間

圖4 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組汽溫參數(shù)變化區(qū)間

圖5 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組背壓參數(shù)變化區(qū)間

圖6 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組功率參數(shù)變化區(qū)間

圖7 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組汽壓參數(shù)變化區(qū)間

圖8 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組汽溫參數(shù)變化區(qū)間

圖9 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組背壓參數(shù)變化區(qū)間

1.2 機(jī)組軸系安全穩(wěn)定性

如圖10～圖13所示，為第一類(lèi)配汽設(shè)計(jì)規(guī)律機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的調(diào)研結(jié)果：機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的軸振穩(wěn)定性較差，尤其是#1瓦軸振高達(dá)200 μm；而瓦溫變化比較平穩(wěn)，最高也沒(méi)有超過(guò)75℃。

圖10 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組#1～#2軸振參數(shù)變化圖

圖11 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組#3軸振參數(shù)變化圖

圖12 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組#1瓦溫參數(shù)變化圖

圖13 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組#2～#3瓦溫參數(shù)變化圖

如圖14～圖17所示，為第二類(lèi)配汽設(shè)計(jì)規(guī)律機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的調(diào)研結(jié)果：機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的軸振穩(wěn)定性較差，尤其是#1瓦軸振高達(dá)180 μm；而瓦溫變化比較平穩(wěn)，最高也沒(méi)有超過(guò)72℃。

圖14 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組#1～#2軸振參數(shù)變化圖

圖15 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組#3軸振參數(shù)變化圖

圖16 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組#1瓦溫參數(shù)變化圖

圖17 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組#2～#3瓦溫參數(shù)變化圖

1.3 高調(diào)門(mén)順序閥的配汽規(guī)律

如圖18～圖19所示，為第一類(lèi)配汽設(shè)計(jì)規(guī)律下的高調(diào)門(mén)開(kāi)啟過(guò)程和開(kāi)啟規(guī)律。如圖20～圖21所示，為第二類(lèi)配汽設(shè)計(jì)規(guī)律下的高調(diào)門(mén)開(kāi)啟過(guò)程和開(kāi)啟規(guī)律。

圖18 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組調(diào)門(mén)開(kāi)度變化圖

圖19 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組順序閥配汽設(shè)計(jì)規(guī)律

圖20 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組調(diào)門(mén)開(kāi)度變化圖

圖21 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組順序閥配汽設(shè)計(jì)規(guī)律

1.4 變負(fù)荷調(diào)節(jié)特性

如圖22～圖23所示，為第一類(lèi)配汽設(shè)計(jì)規(guī)律下的抗燃油油壓波動(dòng)情況及綜合流量特性曲線的線性度圖。如圖24～圖25所示，為第一類(lèi)配汽設(shè)計(jì)規(guī)律下的抗燃油油壓波動(dòng)情況以及綜合流量特性曲線的線性度圖。

圖22 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組油動(dòng)機(jī)油壓變化圖

圖23 第一類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組的綜合流量特性曲線線性度

圖24 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組油動(dòng)機(jī)油壓變化圖

圖25 第二類(lèi)配汽規(guī)律機(jī)組的綜合流量特性曲線線性度

2 機(jī)組綜合優(yōu)化潛力分析及改造建議

通過(guò)對(duì)上述機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)這兩種配汽規(guī)律的機(jī)組在閥門(mén)管理優(yōu)化方面存在進(jìn)一步的優(yōu)化潛力，具體如下所述。

2.1 改善機(jī)組安全性的改造建議

所調(diào)研的兩種配汽規(guī)律下的機(jī)組，在順序閥方式下運(yùn)行時(shí)，變負(fù)荷過(guò)程中#1瓦振動(dòng)均超出報(bào)警值范圍，最大為190 μm多，接近跳機(jī)值250 μm，安全性較差；此外， EH油壓波動(dòng)也稍微有一些大。上述事實(shí)表明：高調(diào)門(mén)的開(kāi)啟規(guī)律存在不利因素，導(dǎo)致機(jī)組在變負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)軸振變化大，EH油壓波動(dòng)偏大的問(wèn)題。通過(guò)閥門(mén)管理優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)組的閥門(mén)開(kāi)啟順序和開(kāi)啟規(guī)律，可以緩解這些由于配汽不合理而產(chǎn)生的振動(dòng)偏大和EH油壓波動(dòng)較大等安全問(wèn)題[11-13]。

2.2 提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的改造建議方案

從調(diào)門(mén)開(kāi)啟過(guò)程圖中可以看出：機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)#1、#2號(hào)調(diào)門(mén)同時(shí)開(kāi)啟，接下來(lái)#3號(hào)調(diào)門(mén)開(kāi)啟，最后#4號(hào)調(diào)門(mén)開(kāi)啟。結(jié)合圖1(機(jī)組的噴嘴組布置以及噴嘴數(shù)目)可以發(fā)現(xiàn)，#1、#2號(hào)噴嘴數(shù)目為13個(gè)，#3號(hào)噴嘴數(shù)目為12個(gè)，#4號(hào)噴嘴數(shù)目為14個(gè)。由此可見(jiàn)，目前的這種汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)啟規(guī)律在低負(fù)荷區(qū)時(shí)，噴嘴數(shù)目較多的調(diào)門(mén)開(kāi)度較小，節(jié)流損失較大，尤其是對(duì)于空冷機(jī)組，在冬季時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性較低。而對(duì)于夏季運(yùn)行時(shí)的空冷機(jī)組來(lái)說(shuō)，由于背壓較高機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)的閥門(mén)開(kāi)度較大汽耗率較大，可以考慮讓噴嘴數(shù)目較多的閥門(mén)開(kāi)滿(mǎn)，讓噴嘴數(shù)目少的閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，減小節(jié)流損失，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。因此，考慮到機(jī)組噴嘴數(shù)目的差異，通過(guò)優(yōu)化調(diào)門(mén)的開(kāi)啟順序，進(jìn)行閥門(mén)重組，將有助于提高機(jī)組在冬夏季的低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

2.3 增強(qiáng)機(jī)組調(diào)節(jié)性能的改造建議

此外，#3、#4號(hào)調(diào)門(mén)開(kāi)啟特性過(guò)陡，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在這一調(diào)門(mén)開(kāi)啟的重疊區(qū)域附近時(shí)，將導(dǎo)致#3、#4號(hào)調(diào)門(mén)在0%～10%之間擺動(dòng)，這也將直接導(dǎo)致EH油壓波動(dòng)劇烈，這對(duì)機(jī)組的調(diào)門(mén)參與負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)將產(chǎn)生不利影響。從機(jī)組綜合流量特性曲線線性度圖中可以看出，在整個(gè)變負(fù)荷過(guò)程中，單閥和順序閥工作機(jī)組的綜合流量特性曲線線性度都不理想，對(duì)于機(jī)組的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一定的影響，如影響機(jī)組的AGC和一次調(diào)頻能力，這些可以通過(guò)配汽優(yōu)化改造對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)[14-15]。

3 結(jié)論及展望

本文對(duì)不同配汽規(guī)律的幾臺(tái)間接空冷機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行了調(diào)研，通過(guò)分析實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)研究機(jī)組的優(yōu)化潛力，并從閥門(mén)管理角度給出相應(yīng)優(yōu)化改造建議，以提高機(jī)組在冬季和夏季的運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性等?？紤]到機(jī)組4個(gè)噴嘴組噴嘴數(shù)目存在差異，針對(duì)季節(jié)和負(fù)荷進(jìn)行閥門(mén)重組，將有助于提高機(jī)組低負(fù)荷區(qū)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；并且，#3、#4號(hào)調(diào)門(mén)的開(kāi)啟規(guī)律設(shè)置不合理，導(dǎo)致#1瓦軸振變化范圍較大，EH油壓波動(dòng)也偏大，使機(jī)組存在安全隱患；此外，機(jī)組的高調(diào)門(mén)流量特性曲線線性度較差，會(huì)導(dǎo)致AGC和一次調(diào)頻等調(diào)節(jié)能力下降。因此，從安全角度、調(diào)節(jié)性能角度以及經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)講，機(jī)組都具有閥門(mén)管理優(yōu)化改造潛力。這對(duì)我國(guó)200 MW以及其他級(jí)別空冷機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及綜合優(yōu)化改造具有一定的借鑒作用。

[1]郭鈺鋒,秦華,于達(dá)仁,等.冷卻空氣迎面風(fēng)速和溫度對(duì)直接空冷系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2008,28(29):22-27.

[2]林伯強(qiáng).中國(guó)能源戰(zhàn)略調(diào)整和能源政策優(yōu)化研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012，28(1)：1-3.

[3]張建華,玉煒,葛喜坤,等.電站的三種空氣冷卻方式分析[J].節(jié)能技術(shù),1996(1):39241.

[4]任貴龍,孫佳南,梁秀珍.高效節(jié)能330 MW超臨界空冷供熱汽輪機(jī)組的研制[J].節(jié)能技術(shù),2010,28(2):122-125．

[5]張占安，蔡興國(guó).考慮碳排效權(quán)交易的短期節(jié)能調(diào)度[J].電網(wǎng)與清潔能源,2012,28(1):60-66.

[6]譚海昆.提高空冷機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的研究[J].華北電力技術(shù),1998,(1).

[7]李靜.200 MW空冷機(jī)組運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)考核系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京:華北電力大學(xué),2007.

[8]趙靜.直接空冷機(jī)組冷端熱力特性仿真與節(jié)能研究[D].北京：河北聯(lián)合大學(xué),2011.

[9]王占寬,尹朝忠,胡安民,等.直接空冷機(jī)組運(yùn)行模式的經(jīng)濟(jì)性分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2009,27(6):21-23.

[10]張攀,徐則林,楊濤,等.四閥亞臨界機(jī)組中低負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行提效研究[J].節(jié)能技術(shù),2012,30(6):524-527.

[11]于達(dá)仁,劉占生,李強(qiáng),等.汽輪機(jī)配汽設(shè)計(jì)的優(yōu)化[J].動(dòng)力工程,2007,27(1):1-5.

[12]劉賢東,劉建東,喬增熙,等.超臨界機(jī)組順序閥優(yōu)化改造研究[J].節(jié)能技術(shù),2011,29(2):153-158.

[13]Daren Yu,Yanfeng Duan,Jinfu Liu,Zhansheng Liu,Qinghua Hu.Experimental Study on Fault Caused by Partial Arc Steam Forces and Its Economic Solution.ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power,2010,132(6):064501.

[14]郭玉峰,徐志強(qiáng),于達(dá)仁．汽輪機(jī)調(diào)節(jié)原理[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[15]關(guān)海平,焦曉亮,喬增熙,等．600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況的調(diào)研分析[J]．節(jié)能技術(shù),2011,29(1):57-60．

TheActualOperatingConditionsResearchandIntegratedOptimizationPotentialAnalysisfrom200MWLevelIndirectAirCoolingUnit

MENG Xian-bin1,MA Shi-xi2,LIU Jiao2,WANG Ru-xiang3

(1.Huadian Hulunbeier lignite polygeneration Ltd,Hulunbeier 021000,China;2.Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China;3.China Huadian Baotou Donghua Heat and Power Corporation Limited,Baotou 014040,China)

With the changes in environmental conditions, air cooling unit backpressure varies greatly, and its operation under different environmental conditions and economic security are likely to be greatly different with other wet units. This paper focuses on the impact of steam distribution laws for several different indirect air cooling unit on actual operating conditions, including the safety of plant operation, economy and regulation performance. Relying on the actual operation of the unit optimization potential data analysis, and treansformation recommendations are put forward from the perspective of valves management in order to improve the safty and economy in winter and summer. This paper has a certain reference for 200MW and other levels of air cooling unit safe and economic operation and integrated optimization of transformation.

200 MW,Indirect air cooling unit; operating conditions; steam distribution laws; safety and conomy; synthesis optimization; research and analysis

2013-06-07修訂稿日期2013-08-05

哈爾濱市應(yīng)用技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)公關(guān)項(xiàng)目(2012DB2CP022)

孟憲彬(1960～)，男，碩士，高級(jí)工程師，從事發(fā)電運(yùn)營(yíng)管理和技術(shù)等方面的研究工作。

TK263.7+1

A

1002-6339 (2014) 01-0032-06