劉艷琴

（山西西山熱電有限公司， 山西 太原 030021）

1 汽輪機主汽調門運行方式

華能玉環(huán)電廠具有一臺100 MW的超臨界汽輪發(fā)電機組，此汽輪機組主要由上海汽輪機公司引進德國西門子技術產生的，擁有大約八級回熱抽汽。汽輪機由一個高壓缸、一個中壓缸、兩個低壓缸、兩個主汽調門以及兩個中亞調門等組成，使用了傳統的節(jié)流配汽方式，相較噴嘴配汽方式，此汽輪機結構更為簡單，且機組運行時各級別溫度變化范圍較小，可以有效適應負荷變化。但此機組在定壓運行時會出現較大的節(jié)流損失，降低了整個機組的運行效率，對此，本機組采用了補氣閥技術，改變了機組汽輪機的調頻能力，提升了其運行的安全性與可靠性。機組在運行初期，一般會根據中壓調門進行全開位置處置，主汽調門在30%～35%范圍內進行開度區(qū)域工作[1]。

在對機組進行優(yōu)化實驗時應確定機組的經濟運行方式，找到最佳的機組工作負荷，確定負荷—主汽壓力曲線，之后確定最佳的優(yōu)化控制系統，進行機組經濟運行實驗，并在機組保持經濟運行效益的情況下調整機組性能。

2 調門優(yōu)化試驗

華能玉環(huán)電廠汽輪機組采用“定—滑—定”的調節(jié)方式，根據德國西門子的設計理念可知，汽輪機組在較大負荷范圍內應保持全開模式，但實際運行過程中，汽輪調門經常無法保持全開模式，導致了節(jié)流損失問題。對此優(yōu)化試驗的第一步則是通過試驗確定經濟的運行方式，找到最佳的負荷—主汽壓力曲線，之后第二步則需要優(yōu)化控制系統，在滿足電網運行需求的基礎上實現經濟運行。在此期間不但需要考慮機組運行的經濟性，還需要滿足機組調節(jié)性能，比如機組一次調頻效果等，這樣才可以確定經濟且實際應用性較強的運行參數。

3 汽輪經濟尋優(yōu)

華能玉環(huán)電廠百萬千瓦機組要求保持500～1 000 MW的負荷變化范圍，在此負荷段下，汽機調門基本處于節(jié)流運行模式，造成了嚴重的經濟損失，對此應將其作為汽機運行節(jié)能的可控項目。在綜合考慮百萬千瓦機組運行安全性與穩(wěn)定性要求的基礎上，將經濟尋優(yōu)試驗分為兩個步驟，一是各個負荷段應將調門保持在50%開度，觀察機組運行情況，記錄相關數據信息，之后在50%開度試驗的基礎上進行調門全開的試驗[2]。

具體試驗方法是在機組保持穩(wěn)定運行狀態(tài)時撤出一次調頻，確保機組運行鍋爐處于手動模式下，并逐步降低壓力定值，直至汽機調門處于50%開度。通過試驗可以得出汽輪機在50%開度下的熱耗率，之后綜合評價比較機組運行的經濟性與安全性，為修正控制參數提供參考依據。

汽輪機調門優(yōu)化試驗在2號機組上運行，持續(xù)了將近一個月時間，完成了500 MW、600 MW、700 MW以及800 MW幾個負荷點下的經濟尋優(yōu)試驗，具體結果如表1所示。

表1 2號機組汽機調門優(yōu)化試驗

分析表1數據可知，在機組500 MW及以上的各個負荷點，隨著高壓調門開度的增大，機組經濟水平也相應提升，且調門保持100%開度時，機組處于最佳的經濟性，煤耗降低范圍在0.9～1.5 g/kWh，而若調門保持50%開度時，則煤耗降低范圍在0.5～0.9 g/kWh。試驗結果還表明，各個負荷點在調門開度不同時，機組運行穩(wěn)定，這說明增大調門開度后機組會安全運行。電廠4臺機組年發(fā)電量為200億kWh時，每年可以節(jié)省9 500～28 500 t煤，為企業(yè)節(jié)省了大量的運行成本，這表明調門優(yōu)化試驗可以幫助玉環(huán)電廠實現節(jié)能減排的目標，意義重大。

4 優(yōu)化機組協調控制

在完成各個負荷點的經濟尋優(yōu)工作后，還應修改負荷—主汽壓力的設定曲線，作為尋優(yōu)后的曲線。之后還應利用負荷變動試驗評估機組的負荷響應能力。修改曲線后，機組運行方式發(fā)生了較大改變，對此還應重新調試整個控制系統，確定運行方式是否符合電廠需求。

4.1 汽機調門在50%開度下的負荷調整

機組負荷穩(wěn)定在700 MW時撤出機組自動與一次性調頻自動，確保汽機處于初壓運行模式，之后將調門保持在50%開度，得到負荷—壓力曲線，如圖1所示。之后工作人員手動改變壓力定值，待機組平穩(wěn)運行后重新投入協調控制自動系統[3]。

圖1 調門50%開度下負荷-壓力曲線

為了掌握新曲線下原協調自動的控制性能，進行了700 MW→650 MW以及600 MW→700 MW兩種工況試驗。試驗發(fā)現，在原來參數下，壓力、汽溫以及負荷的變動較大，之后便進行調門50%開度下的系統優(yōu)化設計。首先，原設計鍋爐側煤以及水的動態(tài)增量面積近似長方形控制，隨著負荷率變化，煤、水、風等會進行等幅度調節(jié)，如圖2所示。但調試發(fā)現，前期負荷變化力度較小，不適應華東電網的機組要求，對此重新調整動態(tài)前饋曲線，如圖3所示。其次試驗中應不斷對曲線進行微小修正，確保負荷穩(wěn)定時，調門開度保持在45%～55%之間，達到節(jié)能效果。再次分析討論補氣閥開啟導致的機軸振動問題，調整補氣閥開度為25%。最后在機組停機時離線修改補氣閥的邏輯回路。

圖2 原設計負荷變化前饋量變化曲線

圖3 調整后負荷變化時各前饋變化曲線

4.2 汽機調門在100%開度下的負荷優(yōu)化

完成50%開度的調門優(yōu)化調整工作后，進行開度100%時調門的優(yōu)化控制工作，利用補氣閥進行調頻。當調門處于100%開度時，以下幾個問題無法自動調節(jié)。首先是調門保持全開時，需要完全依靠補氣閥增加通氣量，若負荷變化量不在設計范圍內時，將需要利用鍋爐燃燒調整負荷，此時負荷動態(tài)與靜態(tài)偏差較大，甚至還會因微調燃水比導致中間點溫度過高。其次是降負荷過程中，調門開度在67%～100%之間時，其屬于空行程，會延長負荷的滯后時間。最后是在達到負荷目標后，補氣閥長時間內不能全關。主要因為此階段補氣閥對壓力較為敏感，機組設計壓力與實際壓力之間的偏差會導致補氣閥無法關閉，對負荷產生了較大影響[4]。

對于上述問題應進行多次負荷擾動試驗優(yōu)化調整，以達到預期的調節(jié)效果。

5 優(yōu)化初步結論

1）高調門處于50%開度時，負荷具備優(yōu)良的響應能力，可以滿足機組的運行需求。

2）高調門處于100%開度時，負荷響應能力較差。

3）2號機組調門應保持50%開度，采用此開度下的負荷-主汽壓力曲線，在實際運行中檢驗機組調節(jié)能力，并進行完善與優(yōu)化。

4）盡快解決補氣閥開度增大導致機組軸振動變大問題，將補氣閥開度設定為25%，削弱補氣閥帶負荷能力。

5）機組在調門全開的模式下，需要完全依靠補氣閥對汽機進行負荷調節(jié)，此時若需調節(jié)負荷大于最大連續(xù)運行負荷的10%，則會減弱機組的負荷調節(jié)相應力。

6）調門保持全開模式后，受主汽壓力的影響依然存在輕微波動問題，補氣閥長時間內會出現時開時關問題，以致影響了汽輪機的運行壽命及經濟性。對此，電廠還應設定相關試驗以有效解決此問題，以有效延長汽輪機的使用壽命。

6 結語

在電廠運營與發(fā)展過程中，汽機組的控制工作占據十分重要的位置，合理控制機組可以有效提高電廠的工作效率。通過實際案例證明了改變汽機運行方法可以對發(fā)電機組產生積極影響，不但優(yōu)化了機組的運行模式，且提高了機組的經濟效益。