趙巖峰，張立波，馮知正

(1.國電沈西熱電廠，沈陽 110141；2.國電龍源節(jié)能技術(shù)有限公司，北京 100039)

0 引 言

隨著國內(nèi)多省發(fā)布《電力調(diào)峰輔助服務(wù)交易規(guī)則》，交易規(guī)則指出，電力調(diào)峰輔助服務(wù)堅持誰受益、誰承擔(dān)原則，按需調(diào)用，公平調(diào)度。電力調(diào)峰輔助服務(wù)包括機組深度調(diào)峰交易和火電應(yīng)急啟停交易。深度調(diào)峰交易初期，賣方暫為統(tǒng)調(diào)公用燃煤火電，買方為集中式風(fēng)電和光伏，以及出力未減到有償調(diào)峰基準(zhǔn)的統(tǒng)調(diào)公用燃煤火電，機組有償調(diào)峰基準(zhǔn)為初始額定容量50%，機組采用“階梯式”負(fù)荷率分段式報價。這些措施對帶有抽汽，特別是工業(yè)抽汽的機組提出了更高的要求。

目前常規(guī)亞臨界300 MW機組電廠的系統(tǒng)配置和運行方式，為了保證供熱，采暖期機組負(fù)荷率基本需要維持在50%以上，無法進行深度調(diào)峰，不能達到當(dāng)?shù)仉娏o助服務(wù)市場規(guī)定的有償調(diào)峰補償負(fù)荷(50%負(fù)荷以下)水平。進行靈活性改造后，每天可以實現(xiàn)一定時間段的深度調(diào)峰，負(fù)荷水平達到有償補償范圍，增加電廠收益[1]。

根據(jù)亞臨界300 MW機組的結(jié)構(gòu)和強度等設(shè)計特點，在機組不進行改造的前提下，提出以下降負(fù)荷方案。不同壓力的供熱需求，和機組負(fù)荷相適應(yīng)，對應(yīng)采用不同的應(yīng)對措施來滿足，進行不同壓力及負(fù)荷下熱再抽汽特性的計算對比分析，以期為同類型機組抽汽提供參考依據(jù)。

1 熱再抽汽的本體可靠性評估

1.1 熱再抽汽系統(tǒng)簡介

300 MW亞臨界汽輪機通常有兩個結(jié)構(gòu)相同的蒸汽室，分別位于機組兩側(cè)，蒸汽通過主汽閥進入獨立控制的調(diào)節(jié)閥，控制高壓缸進汽。

汽輪機再熱調(diào)節(jié)閥的功能是為再熱系統(tǒng)提供備用的保險部件，當(dāng)機組的轉(zhuǎn)速超速跳閘時，執(zhí)行機構(gòu)立即動作。通常情況下，機組的再熱主汽調(diào)節(jié)閥布置在再熱器出口到汽輪機中壓缸進汽之間的管路上，接近機組汽缸的位置。

圖1 再熱閥門調(diào)整抽汽系統(tǒng)簡圖

1.2 中調(diào)門的調(diào)節(jié)原理

汽輪機中壓調(diào)節(jié)閥的原設(shè)計是在機組啟動及低負(fù)荷情況下參與調(diào)節(jié)，在高負(fù)荷時閥門開度增加，主要為中壓進汽整流的作用。減少并削弱汽流的作用力，是保持閥門穩(wěn)定性良好的最根本措施，同時也能減少閥桿和閥蝶的激振。

為保證中調(diào)門的穩(wěn)定性，在設(shè)計時應(yīng)有以下特點：

(1) 閥蝶的尺寸足夠大，能夠承受汽流的沖擊；

(2)在閥門打開的過程中，閥門的關(guān)鍵部件，如閥蝶、閥桿等在汽流流動區(qū)域中運動，汽流在進入汽缸的過程中產(chǎn)生的蒸汽力，作用在閥蝶和閥桿上并正常工作；

因此，中調(diào)門的調(diào)節(jié)性能需電廠通過現(xiàn)場試驗來確定，運行時需重點監(jiān)視中調(diào)門的振動情況、推力軸承瓦溫、低壓缸排汽溫度、且在調(diào)試過程中按照調(diào)節(jié)級級后壓力與高排調(diào)整抽汽壓力關(guān)系曲線進行調(diào)整高排壓力、此外還應(yīng)該監(jiān)視軸振、瓦振、軸向位移等參數(shù)，確保機組安全、穩(wěn)定運行，有異常情況下迅速切回；

從理論上來看，采用中調(diào)閥進行壓力控制調(diào)整，是能夠?qū)崿F(xiàn)抽汽要求的。

圖2 再熱閥門結(jié)構(gòu)圖

1.3 中調(diào)門調(diào)節(jié)計算數(shù)據(jù)

汽輪機的啟動和停機以及功率的變化，都是通過調(diào)節(jié)閥的開度控制的，閥門開大或關(guān)小改變進入汽輪機的蒸汽流量及參數(shù)。中壓調(diào)節(jié)閥是汽輪機進汽機構(gòu)的重要部件之一，閥門的氣動性能高低直接影響整個設(shè)備乃至電廠的經(jīng)濟效益。

2 熱再抽汽高排壓力的影響

2.1 應(yīng)維持適當(dāng)?shù)母吲艍毫?/h3>

機組熱再抽汽，在中壓調(diào)節(jié)閥不參與調(diào)節(jié)的情況下，由于中壓進汽流量減少，造成高壓排汽壓力降低。供熱機組在抽汽口前的葉片，特別是動葉，長時間受到抽汽壓力以及抽汽流量變化的影響，抽汽對通流內(nèi)蒸汽產(chǎn)生擾動，引起汽流的激振，產(chǎn)生很大的動應(yīng)力；特別是當(dāng)抽汽時壓差增大，供熱的壓力降低，抽汽口附近的幾級葉片的壓差將大大增加，故應(yīng)在葉片強度上進行考慮。

在相同工況，高排壓力的降低，對于高壓末級葉片來說，其前后的壓差增大，作用在葉片上的汽流彎應(yīng)力隨之增加。由于機組原設(shè)計為純凝機組，并未考慮非采暖季抽汽工況，因此需要對高排末級的安全性進行校核。

如在再熱熱段抽汽流量為150 t/h。機組40%額定工況再熱流量為412.6 t/h，抽汽量為150 t/h，流量占比較大。在部分負(fù)荷工況，抽汽量占比逐漸減少，根據(jù)葉片強度核算準(zhǔn)則，對于葉片安全性來說，應(yīng)將該機組最大負(fù)荷抽汽工況作為強度校核點。

通過核算衡量高壓末級葉片強度的關(guān)鍵指標(biāo)G*Hu，來判斷葉片的安全性，不同工況下數(shù)據(jù)變化詳見表1。

表1 機組高壓末級各工況下強度數(shù)據(jù)變化值

根據(jù)通流熱力數(shù)據(jù)的變化對比，以及對抽汽后葉片所處流場進行分析。如非采暖季抽汽量進一步增加，為保證高壓末級葉片的安全性，需要通過控制中壓調(diào)節(jié)閥，維持高排壓力不低于與之對應(yīng)的純凝工況壓力，維持高壓通流末級的壓差小于強度工況的數(shù)值，從而保證高壓末幾級葉片滿足安全要求。

因此，在大抽汽量下，必須采用中壓調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)，保證高壓排汽壓力值與高壓進汽量相匹配，以滿足高排葉片強度要求[2]。

2.2 應(yīng)校核機組推力

推力計算是汽輪機設(shè)計中重要的一項數(shù)據(jù)，計算結(jié)果的精確與否關(guān)系到機組能否安全運行。該機組是反動式機組，推力是通過高中和低壓平衡鼓進行自行平衡的設(shè)計，由于低壓缸的整體推力通過正反通流的平衡而抵消，機組的軸向推力主要通常都來自高壓和中壓的轉(zhuǎn)子動葉。為此需調(diào)整各平衡鼓直徑和各軸封直徑來平衡通流部分產(chǎn)生的軸向推力。而且，隨著汽輪機運行工況的不同，整機推力都在不斷發(fā)生變化，但汽輪機運行的推力值絕對不能超過推力盤所能承受范圍，否則，會使得推力瓦磨損受熱燒毀。

經(jīng)計算， 40%THA負(fù)荷下汽輪機熱再抽汽后，在抽汽150 t/h條件下，機組軸向推力與純凝工況相比推力增加2.0 t，其他負(fù)荷抽汽工況推力也均有不同程度的增加[3]。

機組設(shè)計時，在推力設(shè)計上，均考慮不同工況，以及一些特殊工況(如停高加)等推力的變化和范圍。根據(jù)某電廠機組設(shè)計推力的承受范圍，機組抽汽改造后，不同工況運行時，機組總推力較原設(shè)計有所增加，但計算出的推力值在機組軸向推力允許范圍內(nèi)，軸向推力部分能夠滿足機組抽汽安全運行的需要。

按照汽輪機廠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，軸向推力一般都留有裕量，根據(jù)該計算結(jié)果，綜合設(shè)計施工的設(shè)計數(shù)據(jù)，推力值在安全范圍內(nèi)，能夠滿足機組安全運行[4]。

對于本機組而言，當(dāng)投入非采暖季抽汽后，由計算可以看出，隨著機組增加非采暖季抽汽量，由于高中壓通流中流量的變化，整機推力也會增大。

圖3

3 結(jié)束語

從以上計算分析可以看出，電廠低負(fù)荷實現(xiàn)供熱要求，120 MW負(fù)荷熱段抽汽340 t/h，在機組目前情況下，采用中調(diào)閥進行壓力控制調(diào)整是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

(1)機組在進行供熱抽汽改造時，對于增設(shè)的管道、抽汽閥門等，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，進行充分考慮合理布局。同時，應(yīng)結(jié)合電廠檢修周期，合理安排改造時間段。

(2)在滿足熱再抽汽量340 t/h的前提下，機組能夠在120.0 MW負(fù)荷下運行。

(3)熱再抽汽改造后，中壓調(diào)門參與調(diào)節(jié)，滿足340 t/h抽汽要求，應(yīng)結(jié)合實際情況，采取可靠的中調(diào)門調(diào)整方案來保證機組安全。

綜上所述，采用中調(diào)閥進行壓力控制調(diào)整，來實現(xiàn)熱再抽汽方案，能夠滿足機組安全、穩(wěn)定運行。