王　鋒， 鐘尚文， 林藝展

(廣東紅海灣發(fā)電有限公司， 廣東汕尾 516623)

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順序閥控制在600 MW超臨界汽輪機(jī)中的應(yīng)用

王鋒， 鐘尚文， 林藝展

(廣東紅海灣發(fā)電有限公司， 廣東汕尾 516623)

介紹了汽輪機(jī)復(fù)合閥、順序閥配汽的控制原理。針對(duì)汽輪機(jī)復(fù)合閥控制節(jié)流損失大的問(wèn)題，進(jìn)行了復(fù)合閥方式下的閥門流量特性試驗(yàn)；通過(guò)試驗(yàn)，優(yōu)化了配汽方式；提出了合理的順序閥開閥順序，給出了順序閥流量特性曲線；闡述了順序閥切換過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合閥、順序閥的無(wú)擾切換。順序閥控制投運(yùn)后，機(jī)組運(yùn)行安全平穩(wěn)，降低了節(jié)流損失，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

汽輪機(jī)； 復(fù)合閥； 順序閥； 閥序切換； 配汽優(yōu)化

一臺(tái)N600-24.2/566/566汽輪機(jī)為超臨界、一次中間再熱、單軸、雙背壓、三缸四排汽、凝汽沖動(dòng)式汽輪機(jī)，原設(shè)計(jì)的配汽方式為復(fù)合配汽方式，適合于帶基本負(fù)荷運(yùn)行。機(jī)組在中低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)高壓進(jìn)汽部分節(jié)流損失較大，致使機(jī)組中低負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性下降。隨著電網(wǎng)裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，機(jī)組深度調(diào)峰成為常態(tài)，機(jī)組中低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間持續(xù)延長(zhǎng)。為提高機(jī)組中低負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，將機(jī)組的配汽方式由復(fù)合噴嘴配汽改進(jìn)為順序閥噴嘴配汽無(wú)疑是一個(gè)投入較小而收益較大的選擇。

1　控制原理

復(fù)合閥方式下，蒸汽通過(guò)高壓調(diào)節(jié)閥和噴嘴室以全周進(jìn)入調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉，調(diào)節(jié)級(jí)葉片加熱均勻，可有效改善調(diào)節(jié)級(jí)葉片的應(yīng)力分配，使機(jī)組可以較快改變負(fù)荷；但由于所有調(diào)節(jié)閥均部分開啟，節(jié)流損失較大，尤其是低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)閥在大多數(shù)情況下處于較大的節(jié)流狀態(tài)，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性明顯下降[1]。

順序閥方式下，調(diào)節(jié)閥按照預(yù)先設(shè)定的次序逐個(gè)開啟和關(guān)閉，在一個(gè)調(diào)節(jié)閥完全開啟之前，另外的調(diào)節(jié)閥保持關(guān)閉狀態(tài)，蒸汽以部分進(jìn)汽的形式通過(guò)調(diào)節(jié)閥和噴嘴室。與復(fù)合閥相比，順序閥可以顯著降低節(jié)流損失，提高汽輪機(jī)熱效率，降低鍋爐煤耗，從而達(dá)到提高電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的目的[2]。

2　順序閥控制的實(shí)現(xiàn)

2.1 復(fù)合閥流量特性試驗(yàn)

閥門流量特性曲線是在一定閥門開度下流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量占閥門全開時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量的百分比與閥門開度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由汽輪機(jī)原理可知：當(dāng)汽輪機(jī)通流面積一定時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力與主蒸汽流量近似成正比關(guān)系，因此流量變化特征可由調(diào)節(jié)級(jí)壓力的變化得到。為尋得較優(yōu)的順序閥流量特性曲線，有必要對(duì)復(fù)合閥方式下的高壓調(diào)節(jié)閥流量特性進(jìn)行試驗(yàn)。

測(cè)定高壓調(diào)節(jié)閥CV1流量特性時(shí)，始終保持高壓調(diào)節(jié)閥CV2、CV3全開，CV4全關(guān)，逐步開啟CV1直至全開；測(cè)定CV2流量特性時(shí)，始終保持CV1、CV4全開，CV3全關(guān)，逐步關(guān)閉CV2直至全關(guān)；測(cè)定CV3流量特性時(shí)，始終保持CV1、CV4全開，CV2全關(guān)，逐步開啟CV3直至全開；測(cè)定CV4流量特性時(shí)，始終保持CV2、CV3全開，CV1全關(guān)，逐步關(guān)閉CV4直至全關(guān)。每次試驗(yàn)需記錄高壓主汽門前蒸汽壓力、高壓主汽門前蒸汽溫度、高壓調(diào)節(jié)閥后壓力、調(diào)節(jié)級(jí)壓力、調(diào)節(jié)級(jí)溫度、高壓調(diào)節(jié)閥閥位、發(fā)電機(jī)功率等參數(shù)。

根據(jù)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，分別得到單個(gè)調(diào)節(jié)閥不同開度下的等效實(shí)際流量：

(1)

式中：Q為等效實(shí)際流量，%，一般與DEH的負(fù)荷設(shè)定值(閥位方式下)0～600 MW相對(duì)應(yīng)；Pim為試驗(yàn)調(diào)節(jié)級(jí)壓力，MPa；Pimr為額定調(diào)節(jié)級(jí)壓力，MPa(本機(jī)取值16.49)；Ptr為額定負(fù)荷時(shí)額定主蒸汽壓力，MPa(本機(jī)取值24.2)；Pt為試驗(yàn)主蒸汽壓力，MPa。

根據(jù)等效實(shí)際流量，得到單個(gè)調(diào)節(jié)閥不同開度下的相對(duì)流量：

(2)式中：Qr為相對(duì)流量，不同閥門開度下工質(zhì)流量占閥門全開時(shí)流量的百分比，%；n為試驗(yàn)工況下汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥閥門全開的數(shù)目；Q(n)V為n閥全開時(shí)，通過(guò)汽輪機(jī)的主蒸汽等效實(shí)際流量。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的高壓調(diào)節(jié)閥流量特性曲線見圖1。

由試驗(yàn)曲線可見：

(1) 各高壓調(diào)節(jié)閥在15%開度以下，流量為0。

(2) CV1、CV4在閥門開度達(dá)到60%左右，流量已達(dá)到95%左右。

(3) CV2在閥門開度達(dá)到45%左右，流量已達(dá)到95%左右。

(4) CV3在閥門開度達(dá)到41%左右，流量已達(dá)到95%左右。

圖1　高壓調(diào)節(jié)閥流量特性曲線

機(jī)組在復(fù)合閥配汽方式下，低負(fù)荷段的節(jié)流損失較大，經(jīng)濟(jì)性較差。由于機(jī)組頻繁參與調(diào)峰，運(yùn)行峰谷差較大，為適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰和提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，有必要對(duì)其配汽方式進(jìn)行優(yōu)化。

2．2 順序閥流量特性

在充分考慮汽輪機(jī)啟停及運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，提出順序閥模式下的閥門開啟順序?yàn)椋篊V1+CV3→CV4→CV2。此外，閥門重疊度的設(shè)置對(duì)汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)特性和經(jīng)濟(jì)性也有較大的影響[3]：重疊度小，總流量特性線性度較好，但閥門節(jié)流損失大，經(jīng)濟(jì)性較低；反之重疊度大，總流量特性線性度較差，但閥門節(jié)流損失小，經(jīng)濟(jì)性較好。參考前述高壓調(diào)節(jié)閥流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并綜合考慮閥序及閥門重疊度，提出本機(jī)優(yōu)化后的順序閥配汽曲線(見圖2)。

圖2　順序閥配汽特性曲線

2.3 順序閥控制的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 順序閥投入條件

機(jī)組啟動(dòng)時(shí)為復(fù)合閥方式，當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后且以下條件均滿足時(shí)，允許投入順序閥控制：

(1) 無(wú)回路切除(負(fù)荷高/低限動(dòng)作、閥限動(dòng)作、主汽壓限制保護(hù)動(dòng)作、RB)信號(hào)。

(2) 發(fā)電機(jī)出口斷路器在合位。

(3) 非閥門活動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程。

(4) 機(jī)組功率大于200 MW。

2.3.2 順序閥切換過(guò)程

條件滿足后，運(yùn)行人員打開復(fù)合閥/順序閥切換面板則可以進(jìn)行閥序切換操作。為避免切換過(guò)程中出現(xiàn)瓦振增大、瓦溫升高等問(wèn)題[4-5]，除了設(shè)置合理的配汽曲線，邏輯中還設(shè)置了順序閥和復(fù)合閥切換因子，并配以合適的切換速率，保證切換過(guò)程平緩、可控。切換過(guò)程中，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷指令和實(shí)際負(fù)荷偏差大于20 MW時(shí)，閥序切換通過(guò)切換因子自動(dòng)保持；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷指令和實(shí)際負(fù)荷偏差小于5 MW時(shí)，閥序切換自動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行。在切換過(guò)程的任一時(shí)刻，運(yùn)行人員也可通過(guò)操作面板暫停切換，使閥序切換保持在當(dāng)前狀態(tài)，運(yùn)行人員視工況可繼續(xù)進(jìn)行閥序切換或進(jìn)行反向切換(切回復(fù)合閥控制)。操作面板設(shè)置切換狀態(tài)顯示和計(jì)時(shí)功能，保證切換過(guò)程可控，順序閥切換正常在600 s內(nèi)完成。當(dāng)汽輪機(jī)跳閘、PLU動(dòng)作或電網(wǎng)解列時(shí)，控制系統(tǒng)將自動(dòng)切換到復(fù)合閥控制方式。在無(wú)回路切除且非閥門活動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程時(shí)，運(yùn)行人員可手動(dòng)切換到復(fù)合閥方式。機(jī)組切換為順序閥控制后，可能出現(xiàn)協(xié)調(diào)響應(yīng)能力差[6]、一次調(diào)頻能力不足[7]等問(wèn)題，需根據(jù)實(shí)際情況對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2.3.3 順序閥控制投運(yùn)

經(jīng)上述優(yōu)化后，該機(jī)組已投入順序閥方式運(yùn)行，順序閥方式運(yùn)行期間，機(jī)組AGC、一次調(diào)頻響應(yīng)正常，協(xié)調(diào)控制正常，調(diào)節(jié)汽門開度變化平穩(wěn)、無(wú)晃動(dòng)，機(jī)組脹差、各瓦瓦溫、各瓦振動(dòng)、各軸承回油溫度、軸向位移、高壓缸各金屬溫度等參數(shù)均在正常范圍。圖3為順序閥方式下，機(jī)組負(fù)荷由350 MW升至550 MW的響應(yīng)曲線。由圖3可以看出：該工況下，CV1、CV3全開，CV2全關(guān)，只有CV4處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，節(jié)流損失大大減小，有利于提高機(jī)組熱效率，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；變負(fù)荷期間，CV4變化平穩(wěn)、無(wú)晃動(dòng)，負(fù)荷響應(yīng)性能良好，閥序優(yōu)化取得良好效果，達(dá)到控制要求。

圖3　順序閥方式下負(fù)荷響應(yīng)曲線

3　結(jié)語(yǔ)

復(fù)合閥控制和順序閥控制切換,實(shí)質(zhì)是通過(guò)噴嘴的節(jié)流配汽(復(fù)合閥控制)和噴嘴配汽(順序閥控制)的無(wú)擾切換,解決變負(fù)荷過(guò)程中均勻加熱與部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性的矛盾。采用優(yōu)化后的順序閥控制方式后，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，進(jìn)汽節(jié)流損失降低，有利于降低機(jī)組煤耗、提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)其他同類型機(jī)組的配汽優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)作用。

[1] 朱予東, 秦占峰, 史新剛, 等. 600 MW汽輪機(jī)組順序閥運(yùn)行方式研究[J]. 汽輪機(jī)技術(shù), 2008, 50(2): 139-142, 145.

[2] 王曉峰, 高春升. 600 MW汽輪機(jī)的閥門管理與調(diào)節(jié)級(jí)特性[J]. 汽輪機(jī)技術(shù), 2003, 45(2): 122-123.

[3] 周煜, 周虹任, 楊紅兵. 600 MW汽輪機(jī)單閥切順序閥安全性及經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 華北電力技術(shù), 2013,43(11): 20-24.

[4] 李衛(wèi)軍, 張寶, 童小忠. 汽輪機(jī)進(jìn)汽方式切換時(shí)軸振與瓦溫異常分析[J]. 汽輪機(jī)技術(shù), 2006, 48(6): 462-464.

[5] 闞偉民, 鄧少翔, 田豐, 等. 600 MW汽輪機(jī)組調(diào)節(jié)閥控制方式切換中振動(dòng)問(wèn)題分析及配汽優(yōu)化[J]. 熱力發(fā)電, 2009, 38(12): 68-72.

[6] 莊建華, 謝金土, 胡平生, 等. 600 MW超臨界汽輪機(jī)配汽方式優(yōu)化[J]. 發(fā)電設(shè)備, 2007, 21(6): 445-448, 485.

[7] 張寶, 吳明偉, 金玄玄. 汽輪機(jī)組一次調(diào)頻性能試驗(yàn)分析[J]. 發(fā)電設(shè)備, 2007, 21(6): 440-444.

Application of Sequence Valve Control Mode in 600 MW Supercritical Power Units

Wang Feng, Zhong Shangwen, Lin Yizhan

(Guangdong Red Bay Power Generation Co., Ltd., Shanwei 516623, Guangdong Province, China)

An introduction was proposed to the control principles for steam distribution in mixing valve and sequence valve control mode of steam turbines. To solve the problem of large throttling loss under mixing valve control mode, flow characteristic tests were performed, based on which the steam distribution control mode was optimized. Meanwhile, reasonable operation order was proposed for the sequence valve control, with corresponding flow characteristic curves presented simultaneously. In addition, the process of valve switching was described to achieve undisturbed switching between mixing valve and sequence valve control. After application of the sequence valve control mode, the unit now runs safely and stably, resulting in reduced throttling loss and improved unit economy.

steam turbine; mixing valve; sequence valve; valve switching; steam distribution optimization

2016-01-25

王鋒(1982—)，男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱控研究及維護(hù)工作。

E-mail: wangfeng8u82003@163.com

TK323

A

1671-086X(2016)04-0282-03