王銳

（大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司 貴州水城 553017）

大功率汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行適應(yīng)性?xún)?yōu)化改造策略研究

王銳

（大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司 貴州水城 553017）

目前，日趨增大的電網(wǎng)峰谷差使得越來(lái)越多的高參數(shù)大功率火電機(jī)組不得不參與調(diào)峰，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行于額定工況之外。本文以600MW級(jí)別機(jī)組為例，闡述了基于噴嘴組改造的汽輪機(jī)在低負(fù)荷適應(yīng)性的優(yōu)化策略，并結(jié)合配汽規(guī)律優(yōu)化解決了噴嘴組改造帶來(lái)的對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)的影響。最終，通過(guò)軟硬件相結(jié)合的優(yōu)化方式，使得機(jī)組既能夠提高機(jī)組全年變工況運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，又能夠改善機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，在實(shí)際中真正實(shí)現(xiàn)了安全節(jié)能的效果。這對(duì)我國(guó)大功率汽輪發(fā)電機(jī)組節(jié)能優(yōu)化的運(yùn)行及改造經(jīng)驗(yàn)具有很大的借鑒作用。

大功率；汽輪機(jī)；低負(fù)荷；經(jīng)濟(jì)性；優(yōu)化改造

1 引言

汽輪機(jī)每個(gè)高調(diào)門(mén)都對(duì)應(yīng)一組噴嘴，通過(guò)控制回路輸出的流量信號(hào)驅(qū)使高調(diào)門(mén)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速或功率調(diào)節(jié)。然而，隨著電網(wǎng)峰谷差的不斷增大，許多大功率火電機(jī)組勢(shì)必要進(jìn)行深度變負(fù)荷運(yùn)行，致使機(jī)組偏離額定設(shè)計(jì)工況太多而運(yùn)行效率降低[1，2]。一般，為了提高機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，汽輪機(jī)在實(shí)際穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)都采用噴嘴調(diào)節(jié)方式。但是，當(dāng)噴嘴調(diào)節(jié)方式的配汽規(guī)律設(shè)計(jì)不合理時(shí)會(huì)給機(jī)組的安全穩(wěn)定和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性都帶來(lái)影響；因此，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]。然而，隨著近幾年新能源等隨機(jī)波動(dòng)性電源的大規(guī)模接入，不僅電廠的負(fù)荷率被進(jìn)一步壓低；而且，電網(wǎng)對(duì)電廠機(jī)組的調(diào)節(jié)品質(zhì)變得更加嚴(yán)格，一次調(diào)頻和AGC性能開(kāi)始考核。所以，各電廠都在充分挖掘機(jī)組的節(jié)能潛力，采取各種方法和手段盡可能地降低發(fā)電煤耗，以節(jié)約發(fā)電成本，提高上網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)優(yōu)化不同噴嘴數(shù)的調(diào)門(mén)組合來(lái)提高機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和保證機(jī)組流量特性曲線的線性度[7，8]。

目前，隨著高參數(shù)大容量機(jī)組的進(jìn)一步發(fā)展和投產(chǎn)，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，超臨界機(jī)組比亞臨界機(jī)組改造必要性更大，尤其是目前在電網(wǎng)占主流的600MW級(jí)別機(jī)組[9，10]。因此，600MW級(jí)別機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行適應(yīng)性?xún)?yōu)化改造經(jīng)驗(yàn)具有非常寶貴的借鑒意義。本文以600MW級(jí)別機(jī)組為例，闡述了基于噴嘴組改造的汽輪機(jī)在低負(fù)荷適應(yīng)性的優(yōu)化策略，并結(jié)合配汽規(guī)律優(yōu)化解決了噴嘴組改造帶來(lái)的對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)的影響。最終，通過(guò)軟硬件相結(jié)合的優(yōu)化方式，使得機(jī)組既能夠提高機(jī)組全年變工況運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，又能夠改善機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，在實(shí)際中真正實(shí)現(xiàn)了安全節(jié)能的效果。這對(duì)我國(guó)大功率汽輪發(fā)電機(jī)組節(jié)能優(yōu)化的運(yùn)行及改造經(jīng)驗(yàn)具有很大的借鑒作用。

2 機(jī)組運(yùn)行概況及節(jié)能降耗分析

大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)：發(fā)耳公司）裝機(jī)容量為4MW×600MW，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)（產(chǎn)品編號(hào)158）。1～4號(hào)機(jī)組分別于：2008年06月21日；2008年11月26日；2009年11月10日；2010年06月10日投產(chǎn)。機(jī)組投產(chǎn)后，2號(hào)機(jī)組于2012年12月、1號(hào)機(jī)組于2013年9月進(jìn)行過(guò)B級(jí)檢修。1號(hào)機(jī)組B修后性能試驗(yàn)熱耗率為8142.2kJ/kW·h（設(shè)計(jì)值7859.0kJ/kW·h，進(jìn)行二類(lèi)參數(shù)修正后）。4號(hào)汽輪機(jī)組擬于2014年6月進(jìn)行B級(jí)檢修，修前熱耗率為8305.2kJ/kW·h（設(shè)計(jì)值7859.0kJ/kW·h），距設(shè)計(jì)值相差 5.7%（446.2kJ/kW·h）。因此，發(fā)耳公司4臺(tái)機(jī)組的節(jié)能降耗空間較大。

3 噴嘴組優(yōu)化改造策略

并網(wǎng)運(yùn)行的火力發(fā)電機(jī)組受電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度限制，機(jī)組不可能長(zhǎng)周期滿負(fù)荷運(yùn)行，而是頻繁的參與系統(tǒng)調(diào)峰，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷下降時(shí)（低于THA設(shè)計(jì)值），其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是下降的。由于汽輪機(jī)的出力能力與汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)性是相左的，經(jīng)濟(jì)性下降的程度差別與汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴組相關(guān)性較大，汽輪機(jī)設(shè)計(jì)制造的質(zhì)量，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，再加上原始主機(jī)廠設(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)行機(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。與此同時(shí)，現(xiàn)役運(yùn)行機(jī)組平均負(fù)荷率普遍較低（約70%左右），突出矛盾是，汽輪機(jī)組普遍存在額定負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果看似不錯(cuò)，實(shí)際運(yùn)行卻很差，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。發(fā)耳公司1號(hào)機(jī)組2013年B修后試驗(yàn)結(jié)果為例，隨著機(jī)組功率下降，發(fā)電煤耗（熱耗率）相對(duì)THA設(shè)計(jì)值上升，80%負(fù)荷上升17.6g/kW·h（5.98%）；70%負(fù)荷上升22.4g/kW·h（7.61%）；60%負(fù)荷上升 31.3g/kW·h（10.64%）。

通過(guò)對(duì)類(lèi)似電廠現(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，為解決這一綜合性問(wèn)題，而整體更換新的定制式設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴組。

4 噴嘴組改造的負(fù)面影響及調(diào)整措施

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

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

圖1 發(fā)耳公司#4機(jī)組的噴嘴布置圖

#4機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的600MW級(jí)別機(jī)組，其閥門(mén)管理及噴嘴數(shù)目布置如圖1所示。汽輪機(jī)閥門(mén)管理是DEH系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)機(jī)組的安全高效運(yùn)行具有非常重要的作用。然而，機(jī)組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，#4機(jī)組閥門(mén)綜合流量特性曲線的線性度較差，這會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)流量銜接分配不均，這對(duì)機(jī)組的AGC和一次調(diào)頻能力都會(huì)有很大的影響，間接影響機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，影響電廠的間接運(yùn)行效益。

4.1.2 調(diào)門(mén)特性曲線存在的其他問(wèn)題分析

進(jìn)一步，從圖1中可以看出，#4機(jī)組順序閥進(jìn)汽順序?yàn)?3+#4→#1→#2，屬于上缸進(jìn)汽方式，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)性存在優(yōu)化空間；根據(jù)目前公開(kāi)文獻(xiàn)資料顯示，影響煤耗0.5g/kW·h左右；#4機(jī)組上半缸進(jìn)汽方式，尤其是機(jī)組兩閥運(yùn)行時(shí)，配汽不平衡汽流力較大，不利于軸系運(yùn)行環(huán)境；其中，#2瓦瓦溫最大值高達(dá)92℃，根據(jù)一般的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化后瓦溫能夠降低至82℃左右，軸振保持在80um以下；#4機(jī)組閥門(mén)流量特性曲線設(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，存在優(yōu)化潛力。

4.2 機(jī)組高調(diào)門(mén)配汽優(yōu)化及效果

4.2.1 噴嘴組改造前后的配汽規(guī)律特性對(duì)比

發(fā)耳電廠#4機(jī)組順序閥進(jìn)汽順序原為#3+#4→#1→#2，即先開(kāi)3、4號(hào)調(diào)門(mén)，再開(kāi)1號(hào)調(diào)門(mén)，再開(kāi)2號(hào)調(diào)門(mén)，詳細(xì)見(jiàn)圖2所示。由于機(jī)組在2014年8月進(jìn)行噴嘴改造機(jī)組的閥門(mén)特性發(fā)生較大改變；通過(guò)修后啟機(jī)數(shù)據(jù)分析得到驗(yàn)證，機(jī)組的計(jì)算流量與實(shí)際流量特性存在較大偏差，流量特性曲線線性度較差不利于機(jī)組的調(diào)節(jié)性能；尤其是當(dāng)機(jī)組運(yùn)行至流量特性最差部位，不僅影響機(jī)組的AGC和一次調(diào)頻能力；嚴(yán)重時(shí)還會(huì)伴隨機(jī)組的閥門(mén)擺動(dòng)甚至是負(fù)荷調(diào)節(jié)振蕩。通過(guò)流量特性試驗(yàn)，進(jìn)行整體配汽綜合優(yōu)化方案為#2+#3→#1→#4。其中，機(jī)組綜合流量指令與閥桿升程曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖3所示。

圖2 原配汽規(guī)律（順序閥#3+#4→#1→#2）

圖3 順序閥優(yōu)化方案及DEH參數(shù)擬合效果

4.2.2 配汽規(guī)律優(yōu)化效果

通過(guò)本配汽綜合優(yōu)化技術(shù)，對(duì)大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司#4機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化改造，取得的效果如下：

（1）在機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性方面：配汽優(yōu)化后，可以明顯改善機(jī)組閥門(mén)的綜合流量特性曲線的線性度，解決由于機(jī)組流量特性曲線較差引起的閥門(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#4機(jī)組的瓦溫或者軸振得到一定程度的改善，使順序閥的軸振和瓦溫水平接近單閥運(yùn)行狀態(tài)；

（2）在機(jī)組運(yùn)行的直接經(jīng)濟(jì)性方面：對(duì)于#4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；通過(guò)對(duì)#4機(jī)組配汽優(yōu)化改造，預(yù)期在230～350MW負(fù)荷段，可降低機(jī)組發(fā)電煤耗0.5g/kWh左右；

（3）在機(jī)組運(yùn)行的間接經(jīng)濟(jì)性方面：優(yōu)化高調(diào)門(mén)的開(kāi)啟規(guī)律，消除由于配汽規(guī)律線性度較差，引起的調(diào)門(mén)異常調(diào)節(jié)，減少原件磨損、延長(zhǎng)使用壽命，間接提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；改善#4機(jī)組的高調(diào)門(mén)流量特性曲線線性度，提高機(jī)組的調(diào)節(jié)性能；如AGC和一次調(diào)頻，間接提高電廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，增加電廠運(yùn)行效益。

5 結(jié)論及展望

600MW機(jī)組在我國(guó)電網(wǎng)機(jī)構(gòu)中起到絕對(duì)的主力作用，本文以600MW級(jí)別機(jī)組為例，闡述了大功率汽輪機(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：

（1）噴嘴組改造是汽輪機(jī)運(yùn)行方式的一種低負(fù)荷適應(yīng)性的優(yōu)化策略，其結(jié)合配汽規(guī)律優(yōu)化解決了噴嘴組改造帶來(lái)的負(fù)面影響。

（2）通過(guò)軟硬件相結(jié)合的優(yōu)化方式，使得機(jī)組既能夠提高機(jī)組全年變工況運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，又能夠改善機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，在實(shí)際中真正實(shí)現(xiàn)了安全節(jié)能的效果。

（3）這對(duì)我國(guó)大功率汽輪發(fā)電機(jī)組節(jié)能優(yōu)化的運(yùn)行及改造經(jīng)驗(yàn)具有很大的借鑒作用。

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TM621

A

1004-7344（2016）01-0243-02

2015-12-25

王 銳（1983-），男，漢族，四川眉山人，助理工程師，本科，主要從事工作和研究方向?yàn)榛痣姲l(fā)電廠節(jié)能管理方面。