岳 良，汪 蓓

（國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

某城市電站配置了一套燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機組。其中余熱發(fā)電機組利用燃氣輪機高溫排氣在余熱鍋爐中加熱給水產(chǎn)生蒸汽，推動汽輪機帶動一單獨發(fā)電機進行發(fā)電。在對該余熱發(fā)電機組進行一次調(diào)頻試驗過程中，調(diào)頻幅值難以控制，多次試驗仍不符合規(guī)范要求。

余熱發(fā)電機組的熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與常規(guī)的燃煤發(fā)電機組有很大的不同，DEH邏輯結(jié)構(gòu)也不及大型機組的DEH嚴密，本文分析了這些因素對該機組一次調(diào)頻試驗的影響。

1 系統(tǒng)及試驗過程簡介

該余熱發(fā)電機組的鍋爐為雙壓、無補燃、臥式、自然循環(huán)余熱鍋爐。其主要由低壓鍋筒和高壓鍋筒兩大部分組成。高壓鍋筒產(chǎn)生高壓過熱蒸汽，額定蒸汽壓力為5.909 MPa，額定蒸汽溫度為521℃，額定蒸汽流量為192.1 t/h，低壓鍋筒產(chǎn)生低壓過熱蒸汽，額定蒸汽壓力為0.534 MPa，額定蒸汽溫度為253℃，額定蒸汽流量為34.1 t/h，低壓鍋筒同時兼有除氧功能。

汽輪機為LCZ60-5.8/1.0/0.589型雙壓帶補汽、可調(diào)抽汽凝氣式汽輪機。主蒸汽為高壓鍋筒產(chǎn)生的高壓過熱蒸汽，經(jīng)高調(diào)門GV1-4進入汽輪機高壓缸，補汽為低壓鍋筒產(chǎn)生的低壓過熱蒸汽，經(jīng)補氣閥由汽缸前下部11級進入汽輪機。抽汽從汽輪機第9級后抽出，額定抽汽壓力1.0 MPa，額定抽汽溫度296.5℃，額定抽汽流量121 t/h。

由于余熱鍋爐沒有燃燒系統(tǒng)，因此該機組沒有協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，汽輪機只可以工作在DEH功率模式或閥位模式，正常運行時，該汽輪機絕大部分時間工作在閥位模式。當汽輪機工作在DEH功率模式時，一次調(diào)頻原理圖如圖1（a）所示，根據(jù)并網(wǎng)后汽輪機轉(zhuǎn)速（即代表電網(wǎng)頻率）與額定轉(zhuǎn)速偏差計算出來的調(diào)頻量疊加到功率PID的設(shè)定值處；當汽輪機工作在閥位模式時，一次調(diào)頻原理圖如圖1（b）所示，根據(jù)并網(wǎng)后汽輪機轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速偏差計算出來的調(diào)頻量疊加到流量總指令上。

圖1 一次調(diào)頻原理圖Fig.1 Schematic of Primary Frequency Compensation

一次調(diào)頻試驗過程中，人為模擬汽輪機轉(zhuǎn)速使其偏離額定轉(zhuǎn)速，控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差和當前工作模式計算出調(diào)頻負荷值（對應(yīng)DEH功率模式）或調(diào)頻流量值（對應(yīng)閥位模式），最終作用在高調(diào)門上，使機組出力朝著消除轉(zhuǎn)差的方向變化。

無論該余熱發(fā)電機組汽輪機工作在DEH功率模式還是閥位模式，均多次進行了一次調(diào)頻試驗。雖然機組調(diào)頻響應(yīng)快速，但調(diào)頻幅值難以控制。例如，在閥位控制模式、單閥運行、機組負荷54 MW情況下某次試驗數(shù)據(jù)如表1所示，負荷變化實際值遠遠低于負荷變化目標值。

表1 54 MW一次調(diào)頻試驗數(shù)據(jù)記錄表Tab.1 Record of Primary Frequency Compensation Test during 54 MW

2 影響因素分析

2.1 DEH邏輯結(jié)構(gòu)不完善

汽輪機調(diào)節(jié)汽門作為DEH系統(tǒng)的主要執(zhí)行機構(gòu)，其流量特性偏差過大會導(dǎo)致一次調(diào)頻的響應(yīng)負荷不足或者過大[1-4]。檢查該機組DEH邏輯，發(fā)現(xiàn)該機組沒有設(shè)置流量特性曲線以對閥門的非線性進行處理，流量總指令直接作用到高調(diào)門上。高調(diào)門的流量特性是非線性的，以某廠CC350/307-24.2/4.0/0.4/566/566型汽輪機為例，根據(jù)其高調(diào)門開度-流量曲線，閥門在0.0%～31.9%范圍內(nèi)，線性度最好，基本為一條直線，斜率較小，當開度為31.9%時，流量達到90.4%；閥門在31.9%～58.2%范圍內(nèi)，有一定的線性度，且斜率較大，當開度為58.2%時，流量已經(jīng)達到98.4%，接近完全通流，再往上開流量也不會有大的變化。以另一廠N300-16.7/537/537-4型汽輪機為例，該汽輪機經(jīng)過改造增容至330 MW，但DEH里還是沿用改造前的流量特性曲線，導(dǎo)致該機組在不同的負荷點一次調(diào)頻響應(yīng)效果大不相同。由此可見，閥門的流量特性曲線必須設(shè)置進DEH，而且必須準確，否則，一次調(diào)頻動作所疊加的流量值與負荷之間缺乏明確的對應(yīng)關(guān)系，容易出現(xiàn)表一所示的情況，功率變化實際值與目標值相差甚遠。

2.2 主汽壓力形成特點

由于該余熱鍋爐僅依靠燃機高溫尾氣加熱給水，并且缺乏對燃機尾氣流量進行調(diào)節(jié)的手段，因此該余熱鍋爐完全為一隨動系統(tǒng)，其產(chǎn)生蒸汽的壓力和所能帶動發(fā)電機的功率完全依賴燃機的當前負荷，如表2所示。

表2 燃機不同出力下鍋爐參數(shù)Tab.2 Boiler Parameters under different Gas Turbine Power

由表2可以看出，當燃機負荷不高的時候，余熱鍋爐壓力較低。此時若參與一次調(diào)頻并且應(yīng)對大轉(zhuǎn)速偏差時，缺乏類似于常規(guī)燃煤機組的燃料調(diào)節(jié)手段，對主汽壓力進行調(diào)整，因此效果較差。

2.3 補汽抽汽

一次調(diào)頻只作用在GV1-4上，不會作用在補氣閥上，因此當補氣閥開度變化的時候，可能會對一次調(diào)頻效果造成影響。另外，該機組在冬季時還承擔對外供熱任務(wù)，抽汽也可能對一次調(diào)頻效果造成影響。選取某冬季汽機抽汽流量115 t/h工況，分析補汽和抽汽對一次調(diào)頻的影響，如表3所示。

表3 汽機某抽汽工況下能量平衡計算Tab.3 Balance Calculation of an Extraction Condition

由表3可見，補汽對機組功率貢獻不大，因此可以推測補氣閥的開度對一次調(diào)頻的影響也不大。但抽汽會使機組損失接近30%的功率，在這種情況下，因一次調(diào)頻動作而進入汽輪機的額外蒸汽沒有完全利用在產(chǎn)生電能上，可能會對一次調(diào)頻效果產(chǎn)生大的影響。

3 結(jié)語

針對本余熱機組，由于其DEH邏輯結(jié)構(gòu)的不完善，壓力無法自持，抽汽供熱等因素的影響，其一次調(diào)頻試驗結(jié)果難以達到要求。

筆者認為，由于余熱機組固有的特點，應(yīng)在完善其DEH邏輯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將余熱機組和燃氣機組共同考慮，充分發(fā)揮燃機容量大、變負荷速度快等特點，當余熱機組調(diào)頻幅值不達標時，燃氣機組進行補充調(diào)整，這樣或許能更好地實現(xiàn)余熱機組和燃氣機組一次調(diào)頻試驗都達標的目的。

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