陳水林，張曉蕾，吳順

(1.江西贛能股份有限公司豐城二期發(fā)電廠，江西 豐城 331100；2.國電江西豐城電廠，江西 豐城 331100)

1 汽輪機設備概述

某發(fā)電廠2×660 MW汽輪發(fā)電機組主機設備為N660-24.2/566/566型(高中壓合缸)超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機,該機組于2007年1月投產發(fā)電[1]。

汽輪機主要技術參數：額定功率，660 MW；汽閥全開容量(VWO)，739 MW；高壓主蒸汽壓力調節(jié)閥(以下簡稱主汽閥)前蒸汽壓力，24.2 MPa；高壓主汽閥前蒸汽溫度，566 ℃；再熱蒸汽溫度，566 ℃；高壓缸通流級數，調節(jié)級+11壓力級；中壓缸通流級數，8壓力級；低壓缸通流級數，4×7壓力級；末級動葉片長度，1 050 mm；熱力系統，3臺高壓加熱器(以下簡稱高加)+1臺除氧器+4臺低壓加熱器(以下簡稱低加)；給水泵，2臺50%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)汽動給水泵(以下簡稱汽泵)+1臺30%BMCR電動給水泵(以下簡稱電泵)。

2 超臨界機組變壓運行經濟性的判別依據

相比定壓運行，滑壓運行可以減少調節(jié)閥節(jié)流損失、提高高壓缸的相對內效率，減少給水泵耗功；而且從水蒸汽的熱力性質來說，超臨界機組采用滑壓運行方式提高機組效率的優(yōu)勢較為明顯。660 MW 超臨界機組，高壓調節(jié)閥有4個，對應4組調節(jié)級噴嘴，采用不同的噴嘴進汽運行方式，機組的經濟性會受到較大影響。只有在綜合權衡理想循環(huán)熱效率、高壓缸相對內效率、給水泵耗功以及再熱汽溫等因素的影響后，對應實際循環(huán)熱效率最高的運行方式才是最佳選擇[2-3]。此次試驗依據該類型機組配汽機構流量特性，著重比較部分負荷下兩閥全開滑壓工況與高壓調節(jié)閥GV4略開的三閥變壓工況的經濟性能指標[4]，找到合理的滑壓運行曲線，提高汽輪機組的運行效益[3,5]。

表1 滑壓運行計劃試驗工況Tab.1 Testing condition of sliding-pressure operation

另外，當660 MW超臨界機組在低負荷下滑壓運行時，汽輪機內外部的溫度基本不會發(fā)生較大的變化，在一定程度上降低了汽輪機熱應力，機組運行的可靠性得以提高。同時，由于汽輪機鍋爐的受熱面與主汽管道大部分時間都處在低額定電壓的工作狀態(tài)，一定程度上提高了爐側設備的使用壽命。

3 試驗工況及參數測量

試驗條件：試驗時機組為單元制運行。一切與試驗無關的汽水閥門均關閉嚴密，主汽及再熱蒸汽參數維持額定值且穩(wěn)定運行，加熱器全部正常投入，疏水系統正常運行，試驗期間要求凝汽器停止補水，鍋爐停止定期排污及連續(xù)排污。

試驗方法：機組采用噴嘴配汽形式，日常調峰工況下為順序閥運行方式，即高壓調節(jié)閥GV2，GV3首先同時開啟，在總閥位指令接近60%時兩閥基本全開，之后高壓調節(jié)閥GV4，GV1按先、后順序依次打開參與負荷調節(jié)[6-7]。此次試驗依據#5機組配汽機構的閥門流量特性，共完成12個典型工況的測試及對比。另外，總閥位指令在60%以下時，高壓調節(jié)閥GV2和高壓調節(jié)閥GV3將處于滑壓狀態(tài)，對機組運行經濟性略有不利。

滑壓運行試驗步驟：先確定機組滑壓起始負荷點及定壓運行初壓[7-10]，其后再確定機組滑壓運行曲線。試驗過程及工況見表1：調整到試驗負荷后，穩(wěn)定60 min，然后開始進行采集和記錄試驗數據，記錄時間為60 min。

4 660 MW超臨界機組滑壓運行試驗過程

4.1 確定兩閥全開及三閥全開極限負荷點

通過試驗得出機組兩閥全開及三閥全開極限負荷點數據見表2。

表2 兩閥全開及三閥全開極限負荷點Tab.2 Load limitations with 2 fully opened valves and 3 fully opened valves

從表2可以看出，機組三閥全開極限負荷647 MW，兩閥全開極限負荷512 MW，由此確定了機組滑壓運行起始滑壓負荷點。另外，此試驗提供了在單一調節(jié)閥故障或單一側主汽閥故障時，控制機組負荷上限的重要依據。

4.2 機組定壓運行初壓的確定

為驗證機組高負荷時定壓運行的經濟性，進行了3個負荷工況的試驗，分別是660 MW負荷-主汽壓力24.25 MPa(工況1)、660 MW負荷-主汽壓力23.76 MPa(工況2)、660 MW負荷-主汽壓力23.10 MPa(工況3)，試驗結果見表3。

試驗負荷660 MW，主汽壓力24.25 MPa，對應高壓調節(jié)閥GV1開度為50.0%、其余3個高壓調節(jié)閥全開，計算高壓缸效率為85.43%，修正后熱耗率為7 698 kJ/(kW·h)。維持負荷，機組主汽壓力由額定24.25 MPa滑壓至23.76 MPa，高壓調節(jié)閥GV1開度由50.0%上升到73.0%，高壓缸效率從85.43%上升至85.58%，修正后熱耗率為7 703 kJ/(kW·h)，因主汽壓力降低，機組熱耗率增加約5 kJ/(kW·h)。維持負荷，主汽壓力繼續(xù)降至23.10 MPa，對應高壓調節(jié)閥GV1開度為100.0%，計算高壓缸效率為86.08%，修正后熱耗率為7 706 kJ/(kW·h)，熱耗率增加約3 kJ/(kW·h)。

表4 定、滑壓工況機組熱耗對比Tab.4 Comparison of heat consumption under constant-pressure and sliding-pressure operation conditions

表3 660 MW負荷機組初壓試驗工況Tab.3 Testing condition of a 660 MW unit under initial pressure

根據以上3個660 MW初始壓力試驗工況，繪制負荷熱耗率隨主汽壓力變化曲線如圖1所示。對比機組的經濟性，滑壓運行時機組內效率的增加量不足以抵消循環(huán)效率的下降量，機組熱耗率上升，定壓運行要優(yōu)于滑壓運行。

圖1 660 MW負荷熱耗率隨主汽壓力變化曲線Fig.1 Curve of the heat consumption rate of a 660 MW unit changes with main steam pressure

由以上分析可知，在660 MW負荷時，隨著主汽壓力的降低，熱耗率有緩慢增加的趨勢；整體來看，額定負荷運行，主汽壓力降低1.10 MPa使熱耗率增加約8 kJ/(kW·h)，但機組長期超壓運行不利于設備安全運行。綜合上述分析建議，定壓運行初壓選取為額定初壓24.20 MPa。

4.3 兩閥點滑壓工況

根據機組特性及日常運行工況，510 MW以上機組基本采用定壓運行，維持主汽壓力24.20 MPa，由此確定6個不同負荷點300，350，400，450，500，550 MW進行本次試驗，試驗數據見表4。

從表4可以看出：機組在前5個負荷點下保持主汽壓力采用兩閥全開、第三閥調節(jié)的滑壓運行方式，即高壓調節(jié)閥GV4開啟10.0%以上關閉至3.7%時(高壓調節(jié)閥GV4此時處于開啟臨界點)，主汽壓力升高1.00 MPa左右，高壓缸排汽溫度下降6.00～10.00 ℃，汽輪機中壓缸相對內效率沒有大的變化，對高壓缸相對內效率影響較大，下降均超過0.5個百分點，但由于高壓調節(jié)閥GV4在3.0%位置基本沒有汽流通過，機組節(jié)流損失減小，主汽壓力的高汽壓帶來循環(huán)熱效率上升較多?？梢姡?10 MW負荷以下，機組熱耗率隨主汽壓力的降低逐步升高。

續(xù)表

4.4 試驗得出的變壓運行曲線

變壓優(yōu)化試驗的目的是提高某主汽流量下的實際循環(huán)效率。根據機組設計原始變壓運行曲線可得出機組負荷與機前主汽壓力的關系見表5[1]。

由于主汽流量與電負荷并非線性關系，特別是當機組背壓發(fā)生變化后，機組負荷與主汽流量的關系會發(fā)生顯著的變化，以機組負荷變化進行主汽壓力控制的變壓控制方式不能保證機組在試驗工況以外的不同環(huán)境溫度下的經濟性。因此，此次試驗依據汽輪機原理，通過主汽流量的變化(即調節(jié)級壓力變化)來改變主汽壓力，以適應現場實際情況[5]。本次試驗給出了負荷與調節(jié)級壓力、機前主汽壓力的數值對應關系，見表6。

表5 機組負荷與機前主汽壓力的關系Tab.5 Relationship between load and main steam pressure in front of the engine

表6 負荷與機前主汽壓力的關系Tab.6 Relationship between load and main steam pressure in front of the engine

5 結束語

當汽輪機處于低負荷運行狀態(tài)時，機組的熱經濟效益會受到較大的影響。但是，在影響汽輪機組低負荷運行熱經濟性的主要因素中，能夠進行人為調節(jié)的只有機組的運行方式?；瑝哼\行方式是通過進行變負荷滑壓運行試驗，進一步明確機組在變負荷運行時的特性，為確定汽輪機組在變負荷時最優(yōu)運行壓力提供準確依據，使機組保持最佳運行方式，降低機組的供電損耗。

根據此次試驗結果，推薦#5機組采用“定-滑-定”復合變壓運行方式：510 MW負荷為變壓運行拐點，在510～660 MW負荷區(qū)間采用定壓運行方式，主汽閥額定壓力不變，進一步增加負荷到100%額定負荷。510～300 MW 負荷區(qū)間采用兩閥全開滑壓運行方式，主汽閥從最低壓力滑變到額定壓力。

對于機組負荷低于300 MW的工況，正常運行時不常有，若機組帶低于300 MW負荷，應把機組的安全運行放在首位，防止低壓級蒸汽濕度過低引起葉片嚴重水蝕。由上述參數可知，在接近300 MW時高壓調節(jié)閥GV4的節(jié)流損失量和循環(huán)熱效率提高量相當，機組熱耗相差不大，特別是在機組機前主、再熱汽溫進口偏差大于28 ℃時，應開啟高壓調節(jié)閥GV4降低汽壓運行，提高再熱汽溫運行保證機組的安全。另外，200 MW以下負荷區(qū)域依據運行規(guī)程操作，為保持水動力特性，應保持10.20 MPa壓力運行。