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        火電機(jī)組最優(yōu)滑壓曲線的影響因素及優(yōu)化策略

        2015-05-12 06:10:47孫建國李越男趙軍楊春宇陳學(xué)科江飛李興朔
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2015年34期
        關(guān)鍵詞:背壓汽輪機(jī)優(yōu)化策略

        孫建國 李越男 趙軍 楊春宇 陳學(xué)科 江飛 李興朔

        摘 要:目前,許多大功率火電機(jī)組因?yàn)轱L(fēng)電等新能源電力大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電而不得不進(jìn)行深度變負(fù)荷運(yùn)行,機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的滑壓運(yùn)行曲線優(yōu)化值得深入研究。該文在概述傳統(tǒng)滑壓運(yùn)行曲線獲取方式的基礎(chǔ)上,分析了汽輪機(jī)最優(yōu)運(yùn)行主蒸汽壓力的影響因素。以達(dá)拉特電廠8臺(tái)機(jī)組面臨的實(shí)際問題為研究案例,提出了一種大功率火電機(jī)組深度滑壓運(yùn)行的優(yōu)化策略,所得到的滑壓運(yùn)行曲線能夠克服背壓和抽汽量的變化。這對(duì)進(jìn)一步提高參與調(diào)峰的大功率火電機(jī)組的滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有一定的指導(dǎo)意義。

        關(guān)鍵詞:汽輪機(jī) 滑壓 背壓 抽汽量 優(yōu)化策略

        中圖分類號(hào):TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2015)12(a)-0113-03

        目前,國內(nèi)越來越多的大功率高參數(shù)機(jī)組不得不參與調(diào)峰運(yùn)行,負(fù)荷甚至低至50%以下;而所涉及的機(jī)組容量范圍為200~660 MW,機(jī)組參數(shù)從超高壓、亞臨界和超(超)臨界。并且,越來越多的大功率供熱機(jī)組也開始參與調(diào)峰;當(dāng)然,不僅僅是國內(nèi)制造機(jī)組,也包括一些國外進(jìn)口機(jī)組[1-5]。為了提高深度變負(fù)荷運(yùn)行機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性,越來越多的研究者將目光轉(zhuǎn)移至滑壓運(yùn)行曲線優(yōu)化方面[6-8]。然而,機(jī)組最優(yōu)運(yùn)行主蒸汽壓力受多種因素的影響,尤其是背壓和抽汽量的影響,直接影響大功率供熱機(jī)組和空冷機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[9-10]。文章在概述傳統(tǒng)滑壓運(yùn)行曲線獲取方式的基礎(chǔ)上,分析了汽輪機(jī)最優(yōu)運(yùn)行主蒸汽壓力的影響因素。針對(duì)以負(fù)荷為自變量的滑壓運(yùn)行曲線的局限性和機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際工況,提出了一種大功率火電機(jī)組深度滑壓運(yùn)行的優(yōu)化策略,所得到的滑壓運(yùn)行曲線能夠克服背壓和抽汽量的變化。

        1 案例機(jī)組概況

        達(dá)拉特電廠配備8臺(tái)機(jī)組,包括6臺(tái)亞臨界330 MW供熱機(jī)組和2臺(tái)亞臨界600 MW空冷機(jī)組。以6臺(tái)330 MW機(jī)組為例,機(jī)組具有一定的特殊性:首先,機(jī)組配備100%汽泵;并且,在供熱期汽泵參與供熱。因此,機(jī)組的滑壓運(yùn)行曲線也具有一定的特殊性。圍繞達(dá)拉特電廠6臺(tái)330 MW機(jī)組的特殊運(yùn)行方式的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題,希望通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究等手段開展330 MW供熱機(jī)組滑壓綜合優(yōu)化技術(shù)研究;通過理論分析,獲得100%汽泵在供熱期和非供熱期對(duì)機(jī)組最優(yōu)主蒸汽壓力的影響規(guī)律;重點(diǎn)開展兩種運(yùn)行模式下的最優(yōu)主蒸汽壓力獲取方法和機(jī)組DCS自動(dòng)滑壓的實(shí)現(xiàn)方法,并開展相關(guān)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),最終獲得330 MW供熱機(jī)組滑壓綜合優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)。這對(duì)推動(dòng)目前國內(nèi)占主流的330 MW供熱機(jī)組的節(jié)能減排具有重要意義。此外,將成果平移至2臺(tái)亞臨界600 MW空冷機(jī)組上,實(shí)現(xiàn)背壓大范圍變化機(jī)組的推廣應(yīng)用。

        2 滑壓運(yùn)行曲線的獲取方法概述

        機(jī)組深度變負(fù)荷運(yùn)行時(shí),高調(diào)節(jié)閥開度變小、調(diào)節(jié)級(jí)節(jié)流損失增加,導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性降低。此時(shí)機(jī)組采用滑壓方式運(yùn)行,負(fù)荷降低時(shí)的主蒸汽壓力也隨之降低,不僅會(huì)使高調(diào)節(jié)閥的開度增大、節(jié)流損失降低,而且給水泵耗功也會(huì)減少,機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提高。為了切實(shí)提高機(jī)組變負(fù)荷時(shí)滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,必須確定合適的滑壓運(yùn)行曲線。對(duì)最優(yōu)滑壓運(yùn)行壓力的確定國內(nèi)外主要的方法有以下3種:實(shí)驗(yàn)比較法、耗差分析法、建立優(yōu)化模型法。李虎等人分別針對(duì)660 MW和700 MW機(jī)組的性能特點(diǎn),就調(diào)峰負(fù)荷時(shí)不同壓力運(yùn)行時(shí)的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析,通過對(duì)相同負(fù)荷不同壓力條件下機(jī)組的安全性能進(jìn)行對(duì)比,得到了機(jī)組調(diào)峰時(shí)不同負(fù)荷下合理的運(yùn)行方式和滑壓曲線[1,4]。趙偉光等人以國產(chǎn)超臨界600 MW和超超臨界1 000 MW汽輪機(jī)為研究案例,通過不同負(fù)荷進(jìn)氣壓力下的滑壓運(yùn)行方式試驗(yàn)得到了適合滑壓運(yùn)行曲線[2-3]。劉雙柏基于試驗(yàn)工況整機(jī)性能的擬合計(jì)算,研究了定滑壓運(yùn)行曲線及主汽壓力與機(jī)組效率的關(guān)系和定滑壓運(yùn)行曲線的局限性,并在200 MW機(jī)組進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試[6]。牛培峰等人針對(duì)變工況運(yùn)行時(shí)的汽輪機(jī)最優(yōu)主蒸汽壓力進(jìn)行求解,建立了基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)熱耗率的預(yù)測(cè)模型,并通過改進(jìn)的磷蝦群優(yōu)化算法的全局搜索能力,對(duì)所建的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行主蒸汽壓力尋優(yōu)[7]。童小忠等人針對(duì)汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行階段的滑壓運(yùn)行方式尋優(yōu),結(jié)合試驗(yàn)比較的方法進(jìn)行分析,提出在缺乏高精度試驗(yàn)條件的情況下較為方便的耗差分析法[8]。針對(duì)背壓和抽汽變化:文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)3種抽汽工況滑壓曲線作為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組抽汽供熱期的汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行優(yōu)化方法,通過DCS切換邏輯克服抽汽變化對(duì)機(jī)組最優(yōu)滑壓運(yùn)行曲線的影響。文獻(xiàn)[9]通過試驗(yàn)研究得到了實(shí)際排氣壓力變化對(duì)機(jī)組滑壓曲線的影響規(guī)律,并給出對(duì)應(yīng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)手段。文獻(xiàn)[10]以主蒸汽流量作為機(jī)組滑壓曲線的調(diào)度變量,實(shí)現(xiàn)一條滑壓曲線即可克服供熱抽汽量和背壓變化的問題。

        3 最優(yōu)滑壓運(yùn)行曲線的影響因素分析

        目前機(jī)組普遍采用的滑壓運(yùn)行曲線是以負(fù)荷作為自變量,然而,機(jī)組負(fù)荷的影響因素較多,需要考慮這些因素的綜合影響,得到機(jī)組的最優(yōu)滑壓運(yùn)行壓力。

        3.1 給水泵功耗的影響

        圖1為給水泵的工作熱力過程圖。圖中,4w點(diǎn)代表給水泵入口工況點(diǎn),4wb點(diǎn)代表給水泵出口工況點(diǎn),其參數(shù)值由主系統(tǒng)變工況確定;4ws代表給水泵定熵工作到出口壓力下的工況點(diǎn)。給水泵消耗的功率是主蒸汽流量和主蒸汽壓力的函數(shù)。文獻(xiàn)[10]指出:隨著主蒸汽流量的增大,給水泵耗功增大,隨著主蒸汽壓力的降低,給水泵功耗減少。

        3.2 通流部分變工況的分析

        在汽輪機(jī)變工況時(shí),需要對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)效率進(jìn)行變工況計(jì)算。調(diào)節(jié)級(jí)的熱力過程線,如圖2所示[10]。

        3.3 滑壓運(yùn)行時(shí),理想循環(huán)效率的變化

        汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行時(shí),由于主蒸汽壓力的降低,從而使朗肯循環(huán)的循環(huán)平均吸熱溫度降低,而平均放熱溫度沒有發(fā)生變化,使整個(gè)機(jī)組的循環(huán)熱效率降低。隨著主蒸汽流量的變化,理想循環(huán)效率也發(fā)生變化。在額定工況時(shí),達(dá)到最高。對(duì)同一流量,壓力越低,理想循環(huán)熱效率越差,如圖3所示。

        3.4 背壓的影響

        其中背壓對(duì)機(jī)組負(fù)荷的影響最大。當(dāng)其他運(yùn)行參數(shù)不變,而背壓提高時(shí),在同樣的調(diào)節(jié)汽門開度情況下,汽輪機(jī)的功率降低,反之功率提高。

        3.5 供熱抽汽量的影響

        對(duì)于供熱抽汽機(jī)組,最優(yōu)滑壓運(yùn)行曲線的確定較一般的中間再熱凝汽式機(jī)組更為復(fù)雜,抽汽量的改變會(huì)使機(jī)組電負(fù)荷發(fā)生顯著的變化。在抽汽工況和非抽汽模式時(shí),機(jī)組和回?zé)峒訜崞鞯淖児r特性將會(huì)存在較大差異。因此,當(dāng)以機(jī)組負(fù)荷作為自變量確定滑壓曲線時(shí),對(duì)于抽汽機(jī)組必須考慮背壓和抽汽量?jī)蓚€(gè)因素的影響,滑壓曲線圖已變成三維圖。

        4 滑壓運(yùn)行曲線的綜合優(yōu)化策略

        根據(jù)上述分析看出:機(jī)組三維滑壓運(yùn)行曲線的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法是關(guān)鍵。實(shí)時(shí)修正是一種有效方法:采用背壓和抽汽量對(duì)壓力實(shí)時(shí)修正,可以消除背壓和抽汽對(duì)最優(yōu)運(yùn)行主蒸汽壓力的影響。在采用理論建模的變工況運(yùn)行計(jì)算的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)驗(yàn)法確定機(jī)組的滑壓運(yùn)行曲線;然后,結(jié)合實(shí)際運(yùn)行大數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果進(jìn)一步校核。因此,可以得到具有較高準(zhǔn)確性的滑壓運(yùn)行曲線,能夠較好地應(yīng)用于工程實(shí)際。

        5 結(jié)語

        此文首先概述了傳統(tǒng)滑壓運(yùn)行曲線的獲取方式,分析了汽輪機(jī)最優(yōu)運(yùn)行主蒸汽壓力的影響因素。然后,針對(duì)電廠實(shí)際機(jī)組面臨的背壓和抽汽變化范圍大的情況,提出了一種大功率火電機(jī)組深度滑壓運(yùn)行的優(yōu)化策略,從而克服了背壓和抽汽量對(duì)最優(yōu)滑壓運(yùn)行曲線的影響。這對(duì)進(jìn)一步提高參與調(diào)峰的大功率火電機(jī)組的滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有一定的指導(dǎo)意義。

        參考文獻(xiàn)

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