王銳　鄒學(xué)明　馬志國(guó)　孫建國(guó)　李飛　劉金龍

摘 要：許多參與電網(wǎng)調(diào)峰的亞臨界600 MW機(jī)組日益大范圍偏離額定工況運(yùn)行。該文以達(dá)拉特電廠(chǎng)和發(fā)耳電廠(chǎng)的兩類(lèi)典型空冷和濕冷亞臨界600 MW機(jī)組為案例，首先闡述并分析了噴嘴組優(yōu)化改造的節(jié)能優(yōu)勢(shì)及潛在問(wèn)題；然后，給出了高調(diào)門(mén)流量特性曲線(xiàn)優(yōu)化的必要性和附加收益；最終，通過(guò)硬改造和軟優(yōu)化相結(jié)合的方式，解決機(jī)組全年低負(fù)荷運(yùn)行的安全高效性問(wèn)題。此外，還指出了機(jī)組的真正低負(fù)荷節(jié)能運(yùn)行還需結(jié)合考慮背壓變化的三維滑壓優(yōu)化。這對(duì)大功率火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行適應(yīng)性?xún)?yōu)化改造具有一定的借鑒指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：亞臨界 600 MW機(jī)組 低負(fù)荷 適應(yīng)性 優(yōu)化改造

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（a）-0080-03

目前，越來(lái)越多的大功率火電機(jī)組不得不長(zhǎng)時(shí)間大范圍偏離額定設(shè)計(jì)工況運(yùn)行來(lái)調(diào)節(jié)不斷增大的電網(wǎng)峰谷差，機(jī)組運(yùn)行效率嚴(yán)重降低[1-2]。噴嘴調(diào)節(jié)方式雖然可以在一定程度上提高機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，然而，不合理的噴嘴配汽規(guī)律設(shè)計(jì)也會(huì)給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)影響。所以，早期國(guó)內(nèi)針對(duì)汽輪機(jī)噴嘴配汽問(wèn)題研究大都從軟件方面進(jìn)行，包括通過(guò)優(yōu)化進(jìn)汽順序解決機(jī)組軸系穩(wěn)定較差的問(wèn)題[3-4]和優(yōu)化重疊度降低機(jī)組高調(diào)門(mén)的節(jié)流損失[5]。接著，一些研究者開(kāi)始注重研究節(jié)流調(diào)節(jié)和噴嘴調(diào)節(jié)方式的無(wú)擾切換問(wèn)題，即降低切換過(guò)程的負(fù)荷波動(dòng)和汽壓波動(dòng)[6]。近幾年隨著風(fēng)電等隨機(jī)波動(dòng)性新能源電源的大規(guī)模接入，不僅機(jī)組一次調(diào)頻和AGC性能的調(diào)節(jié)品質(zhì)考核變得更加嚴(yán)格，而且機(jī)組偏離設(shè)計(jì)工況的運(yùn)行時(shí)間更久、范圍更寬。所以，大功率調(diào)峰機(jī)組面臨的低負(fù)荷安全高效運(yùn)行問(wèn)題更加嚴(yán)峻，需非常重視挖掘機(jī)組節(jié)能潛力、降低發(fā)電煤耗、節(jié)約發(fā)電成本、提高上網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)[7-8]。并且，隨著電網(wǎng)中參與調(diào)峰的亞臨界600 MW級(jí)別機(jī)組的逐漸增多，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行適應(yīng)性?xún)?yōu)化改造就顯得非常必要[9-10]。該文選取空冷和濕冷兩類(lèi)典型亞臨界600 MW機(jī)組為研究案例，分別闡述了噴嘴組硬改造和高調(diào)門(mén)流量特性曲線(xiàn)軟優(yōu)化兩種低負(fù)荷運(yùn)行方式適應(yīng)性?xún)?yōu)化策略的優(yōu)勢(shì)和弊端。在此基礎(chǔ)上提出了兩者結(jié)合的互補(bǔ)性以及滑壓優(yōu)化的必要性。

1 案例機(jī)組概況及節(jié)能潛力分析

1.1 亞臨界600 MW濕冷機(jī)組案例

大唐貴州發(fā)耳電廠(chǎng)配備4臺(tái)亞臨界600 MW濕冷機(jī)組，4臺(tái)汽輪機(jī)均為上海汽輪機(jī)有限公司設(shè)計(jì)制造的N600-16.7/538/538型亞臨界、三缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。廠(chǎng)里的1～4號(hào)機(jī)組分別于2008年6月21日、2008年11月26日、2009年11月10日和2010年06月10日投產(chǎn)。以4號(hào)機(jī)組為例，汽輪機(jī)熱耗率為8 305.2 kJ/kW·h，與設(shè)計(jì)值7 859.0 kJ/kW·h偏離較大。

1.2 亞臨界600 MW空冷機(jī)組案例

達(dá)拉特發(fā)電廠(chǎng)配備2臺(tái)亞臨界600 MW空冷機(jī)組，汽輪機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家及型號(hào)與發(fā)耳電廠(chǎng)相同，汽輪機(jī)型號(hào)為N600—16.7/538/538。2臺(tái)機(jī)組的熱耗率相對(duì)設(shè)計(jì)值偏離不嚴(yán)重，屬于優(yōu)良機(jī)組。然而，機(jī)組卻存在噴嘴調(diào)節(jié)故障：機(jī)組原設(shè)計(jì)高調(diào)閥開(kāi)啟順序?yàn)镚V3+GV4→GV2→GV1，機(jī)組在原順序閥設(shè)計(jì)規(guī)律下運(yùn)行時(shí)，#1、#2瓦的瓦溫最大升高量約10 ℃，EH油壓最大波動(dòng)量約1 MPa，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行，以至于機(jī)組不得不以單閥方式運(yùn)行，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性極其低下。

2 噴嘴組優(yōu)化改造策略

2.1 上汽亞臨界600 MW機(jī)組噴嘴布置圖

上汽廠(chǎng)生產(chǎn)的600 MW級(jí)別機(jī)組噴嘴數(shù)目布置如圖1所示。通過(guò)對(duì)類(lèi)似電廠(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)對(duì)于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴組的整體更換可以部分解決機(jī)組原先設(shè)計(jì)、制造方面的缺陷，對(duì)于機(jī)組節(jié)能降耗的作用較大。因此，解決2臺(tái)濕冷機(jī)組的熱耗率較設(shè)計(jì)值偏離較高的問(wèn)題，需要整體更換新的定制式設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴組。

2.2 噴嘴組優(yōu)化改造理論依據(jù)

并網(wǎng)運(yùn)行的許多亞臨界600 MW火電機(jī)組受電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度限制，頻繁地參與系統(tǒng)調(diào)峰，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于THA設(shè)計(jì)值，其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降。由于汽輪機(jī)出力能力與其經(jīng)濟(jì)性是相左的，經(jīng)濟(jì)性下降的程度差別與調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴組相關(guān)性較大，屬于設(shè)計(jì)制造質(zhì)量問(wèn)題。通流面積與實(shí)際通流需求的不匹配，隨負(fù)荷下降，經(jīng)濟(jì)性下降偏離額定工況越大，再加上原主機(jī)廠(chǎng)設(shè)計(jì)的噴嘴組在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中存在不完善的狀況，造成在運(yùn)機(jī)組的調(diào)節(jié)級(jí)效率較差，通流面積過(guò)大成為一個(gè)普遍的問(wèn)題。同時(shí)，目前機(jī)組的平均負(fù)荷率普遍較低，導(dǎo)致機(jī)組額定負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果不錯(cuò)而實(shí)際運(yùn)行效果卻很差。特別是循環(huán)水平均水溫的設(shè)計(jì)背壓下，額定負(fù)荷和低負(fù)荷工況特別突出。即便是機(jī)組進(jìn)行檢修后，這個(gè)問(wèn)題也是存在的。以發(fā)耳電廠(chǎng)#1機(jī)組為例，機(jī)組B修后的試驗(yàn)結(jié)果顯示：隨著機(jī)組功率下降，發(fā)電熱耗率相對(duì)THA設(shè)計(jì)值上升；80%負(fù)荷上升17.6 g/kW·h，60%負(fù)荷上升31.3 g/kW·h。

3 噴嘴組改造弊端及調(diào)整措施

3.1 噴嘴組改造對(duì)機(jī)組調(diào)門(mén)特性曲線(xiàn)的影響

3.1.1 噴嘴組改造對(duì)機(jī)組調(diào)節(jié)特性的影響

汽輪機(jī)噴嘴組改造直接影響了機(jī)組的調(diào)節(jié)級(jí)實(shí)際流量特性，導(dǎo)致高調(diào)門(mén)特性曲線(xiàn)發(fā)生偏離。因此，噴嘴組改造對(duì)機(jī)組調(diào)節(jié)特性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致機(jī)組閥門(mén)綜合流量特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性度較差，對(duì)機(jī)組調(diào)節(jié)能力和整體運(yùn)行效益都會(huì)有很大的影響。

3.1.2 調(diào)門(mén)特性曲線(xiàn)存在的其他問(wèn)題分析

進(jìn)一步分析，上汽亞臨界600 MW機(jī)組的出廠(chǎng)順序閥設(shè)計(jì)規(guī)律屬于上缸進(jìn)汽方式，不僅達(dá)拉特電廠(chǎng)2臺(tái)空冷機(jī)組出現(xiàn)了順序閥投運(yùn)問(wèn)題，錦界電廠(chǎng)4臺(tái)機(jī)組也出現(xiàn)了類(lèi)似問(wèn)題[11]。同時(shí)，當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，尤其是機(jī)組上半缸進(jìn)汽，進(jìn)汽不均引起上下缸溫差，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的漏汽量，影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；根據(jù)目前公開(kāi)文獻(xiàn)資料顯示，影響煤耗0.5 g/kW·h左右；此外，#4機(jī)組閥門(mén)流量特性曲線(xiàn)設(shè)計(jì)不合理，系統(tǒng)調(diào)節(jié)性較差；尤其是，對(duì)于#1高調(diào)門(mén)，正常參與調(diào)節(jié)時(shí)動(dòng)作幅度過(guò)大，對(duì)油動(dòng)機(jī)等閥門(mén)硬件系統(tǒng)的使用壽命影響較大，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致硬件故障，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行[12]。

3.2 機(jī)組高調(diào)門(mén)特性曲線(xiàn)優(yōu)化及效果

3.2.1 整體優(yōu)化方案

通過(guò)檢修后數(shù)據(jù)分析得到驗(yàn)證，機(jī)組進(jìn)行噴嘴改造機(jī)組的閥門(mén)特性發(fā)生較大改變：機(jī)組的計(jì)算流量與實(shí)際流量特性存在較大偏差，流量特性曲線(xiàn)線(xiàn)性度較差；尤其是當(dāng)機(jī)組運(yùn)行至流量特性最差部位，不僅不利于機(jī)組的調(diào)節(jié)性，嚴(yán)重時(shí)還可能發(fā)生閥門(mén)擺動(dòng)、甚至是負(fù)荷振蕩。通過(guò)理論分析及試驗(yàn)測(cè)試得到整體綜合優(yōu)化方案為#2+#3→#1→#4，如圖2所示。達(dá)拉特電廠(chǎng)2臺(tái)機(jī)組的優(yōu)化結(jié)果也是如此，只不過(guò)每個(gè)調(diào)門(mén)的特性不同。

3.2.2 案例機(jī)組的整體優(yōu)化效果

通過(guò)該配汽綜合優(yōu)化技術(shù)，對(duì)發(fā)耳電廠(chǎng)和達(dá)拉特電廠(chǎng)的案例機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化改造，取得效果如下所述。

（1）在機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行方面：優(yōu)化后，明顯改善機(jī)組閥門(mén)的綜合流量特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性度，解決由于機(jī)組流量特性曲線(xiàn)較差引起的閥門(mén)異常調(diào)節(jié)問(wèn)題；優(yōu)化機(jī)組配汽不平衡汽流力，使機(jī)組的瓦溫或者軸振得到改善，順序閥軸振和瓦溫水平接近單閥運(yùn)行狀態(tài)。

（2）在機(jī)組直接運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性方面：對(duì)于機(jī)組閥門(mén)重組及開(kāi)啟重疊度進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低節(jié)流損失，減小低負(fù)荷上半缸進(jìn)汽時(shí)的漏汽量，在230～350 MW負(fù)荷段降低機(jī)組發(fā)電煤耗0.5 g/kW·h左右。

（3）在機(jī)組間接運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性方面：優(yōu)化高調(diào)門(mén)的開(kāi)啟規(guī)律，消除調(diào)門(mén)異常調(diào)節(jié)，減少原件磨損、增加使用壽命，間接提高電廠(chǎng)效益；改善機(jī)組綜合流量特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性度，提高機(jī)組調(diào)節(jié)性能（如AGC和一次調(diào)頻），間接提高電廠(chǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，增加電廠(chǎng)運(yùn)行效益。

4 結(jié)語(yǔ)

該文以幾臺(tái)典型空冷和濕冷機(jī)組為例，闡述了亞臨界600 MW級(jí)別汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行適應(yīng)性?xún)?yōu)化改造的策略研究，得到了如下的結(jié)論：噴嘴組硬件改造在提高汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)也帶來(lái)了弊端，因此，不能單獨(dú)使用；必須結(jié)合高調(diào)門(mén)流量特性曲線(xiàn)優(yōu)化方法解決噴嘴組改造帶來(lái)的不良影響，在實(shí)際中真正實(shí)現(xiàn)了安全節(jié)能的效果。后期，還需針對(duì)機(jī)組背壓變化進(jìn)行滑壓運(yùn)行曲線(xiàn)的三維優(yōu)化，真正實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷高效運(yùn)行。

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