滑壓曲線存在的問題及解決方法

曹定華,劉栓聯(lián)

(華電包頭發(fā)電有限公司,內(nèi)蒙古 包頭 014013)

0 引言

華電包頭發(fā)電有限公司一期工程為 2×600MW燃煤純凝汽式發(fā)電機(jī)組,汽輪發(fā)電機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)電機(jī)廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、冷凝式汽輪發(fā)電機(jī)組,設(shè)計(jì)背壓0.006 1 MPa,額定功率 600MW,最大功率 641.6 MW,型號(hào) N600-16.67/538/538;鍋爐為上海鍋爐有限公司生產(chǎn)的鍋爐為亞臨界、中間一次再熱、平衡通風(fēng)、單爐膛、懸吊式、燃煤控制循環(huán)汽包爐,型號(hào)SG-2023/17.5-M914,設(shè)計(jì)燃用神華萬(wàn)里川煙煤。控制系統(tǒng)為 I/A SERIES分散控制系統(tǒng),該系統(tǒng)于2006年12月實(shí)現(xiàn)雙投。

機(jī)組設(shè)計(jì)運(yùn)行方式為“定 -滑 -定”,即 60%負(fù)荷以下為定壓運(yùn)行方式,60%～90%負(fù)荷之間為滑壓運(yùn)行方式,90%以上采用定壓方式。

1 問題的提出

機(jī)組修后性能考核試驗(yàn)僅僅是對(duì)大修質(zhì)量的考核,它是機(jī)組在額定負(fù)荷、設(shè)計(jì)煤種情況、不接公用系統(tǒng)的理想運(yùn)行方式下進(jìn)行的,基本上不符合運(yùn)行實(shí)際情況。機(jī)組真正有意義的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)應(yīng)以機(jī)組帶經(jīng)常負(fù)荷且在常用運(yùn)行方式下進(jìn)行的優(yōu)化試驗(yàn)作為參考。

華電包頭發(fā)電有限公司各臺(tái)機(jī)組大多運(yùn)行在60%～85%負(fù)荷之間,也就是負(fù)荷在 360～510MW之間,尚未到設(shè)計(jì)的定壓運(yùn)行區(qū)。所以,滑壓運(yùn)行是機(jī)組常見的運(yùn)行方式,滑壓曲線的科學(xué)與否直接影響機(jī)組的性能。

2 滑壓曲線與設(shè)計(jì)壓力特性比較

華電包頭發(fā)電有限公司#1、#2機(jī)組采用華電電力科學(xué)研究院所做的自動(dòng)滑壓優(yōu)化曲線運(yùn)行。優(yōu)化后的自動(dòng)滑壓運(yùn)行曲線與原設(shè)計(jì)壓力特性比較如下:

(1)負(fù)荷在 360MW以下時(shí)采用定壓方式,應(yīng)與機(jī)組原設(shè)計(jì)相同;

(2)負(fù)荷在 360～540MW,也就是 60%～90%負(fù)荷時(shí),采用自動(dòng)滑壓優(yōu)化曲線方式;

(3)在 92%負(fù)荷及以上時(shí),優(yōu)化滑壓曲線才轉(zhuǎn)為定壓 16.7MPa運(yùn)行。

滑壓曲線與設(shè)計(jì)壓力特性比較見表 1。

表1 滑壓曲線與設(shè)計(jì)壓力特性比較

通過(guò)投運(yùn)優(yōu)化滑壓曲線 1年多的運(yùn)行效果來(lái)看,發(fā)現(xiàn)在機(jī)組常用負(fù)荷下(70%～85%負(fù)荷),鍋爐減溫水調(diào)節(jié)空間很小,尤其是降低再熱器減溫水量難度很大,再熱器減溫水單管平均高達(dá) 18 t/h;同時(shí),在升負(fù)荷至 90%時(shí),機(jī)組主蒸汽壓力波動(dòng)較大,增加了調(diào)整工作量。

3 原因分析

3.1 滑壓曲線的原理

滑壓運(yùn)行的工作原理:用滑壓使壓力下降,從而使循環(huán)熱效率的降低與汽輪機(jī)效率的提高、給水泵耗功下降、蒸汽溫度在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)得以維持,最終使效率升高。簡(jiǎn)言之,滑壓運(yùn)行主要在于高壓缸做功能力的變化及高壓調(diào)門節(jié)流損失的變化,加上給水泵功耗的下降,使三者變化之和達(dá)到最小;同時(shí),結(jié)合 DEH的調(diào)節(jié)特性及 CCS的自動(dòng)調(diào)節(jié)特性,盡量使跟蹤工況變化時(shí)主汽參數(shù)變化平穩(wěn),減少熱沖擊,以達(dá)到快速、穩(wěn)定調(diào)整之目的。

3.2 節(jié)流損失與調(diào)節(jié)閥組分析

華電包頭發(fā)電有限公司#1、#2機(jī)組在進(jìn)行優(yōu)化滑壓曲線時(shí),注重從汽輪機(jī)主調(diào)門的節(jié)流損失入手,通過(guò)適當(dāng)增加高壓調(diào)門通流面積,從而得出有利于機(jī)組熱耗的壓力優(yōu)化曲線。

從理論上計(jì)算,該優(yōu)化滑壓曲線可減少高壓調(diào)門的節(jié)流損失,但該計(jì)算忽略了汽輪機(jī)高壓調(diào)門實(shí)際存在的重疊度。也就是說(shuō),高壓調(diào)門通流面積增加的原因多為增加了參與調(diào)節(jié)的閥組(如由兩閥組變?yōu)槿y組控制),這樣,由于新參與調(diào)節(jié)的閥組開度較小(20%以下),高壓調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)流損失反而增大。

事實(shí)上,即便調(diào)節(jié)閥組未增加,若僅僅通過(guò)增加高壓調(diào)門的開度來(lái)降低節(jié)流損失,本身就存在誤區(qū)。事實(shí)上,當(dāng)高壓調(diào)門開度超過(guò) 36%后,再增加其開度節(jié)流效率變化很微小,而主蒸汽壓力下降則較大,這樣必然使高壓缸實(shí)際做功能力下降,造成在優(yōu)化滑壓曲線運(yùn)行下高缸排汽參數(shù)的升高,進(jìn)而影響鍋爐再熱器冷端參數(shù)升高,導(dǎo)致再熱器減溫水增加。

3.3 手動(dòng)變壓運(yùn)行參數(shù)分析

表2是機(jī)組手動(dòng)變壓運(yùn)行的一組數(shù)據(jù),分別取機(jī)組在常用負(fù)荷 400MW,450MW,500MW,主、再蒸汽溫度額定時(shí),手動(dòng)改變主汽壓力對(duì)其他參數(shù)的影響,從而比較分析同負(fù)荷下壓力變化對(duì)汽輪機(jī)高壓缸排汽參數(shù)以及對(duì)鍋爐減溫水等指標(biāo)的影響。

從表 2的數(shù)據(jù)可以看出,負(fù)荷 400MW、主蒸汽壓力在 13.11MPa時(shí)的汽輪機(jī)高壓缸排汽溫度比在13.21 MPa時(shí)高出 1.41℃,而再熱器減溫水在13.21MPa時(shí)則下降了4.69 t/h。比較 450MW負(fù)荷以及 500MW負(fù)荷時(shí)機(jī)組特性發(fā)現(xiàn),隨著主蒸汽壓力的適當(dāng)提高,汽輪機(jī)高壓缸排汽溫度及鍋爐再熱器減溫水均為下降趨勢(shì)。

表2 相同負(fù)荷下變壓運(yùn)行參數(shù)比較

也就是說(shuō),主蒸汽壓力越靠近設(shè)計(jì)值上限,高壓缸實(shí)際做功效率越高,同時(shí),鍋爐再熱器的減溫水量也明顯減少。

3.4 熱工理論分析

熱工理論分析如圖 1所示。在自動(dòng)滑壓優(yōu)化曲線方式下,由于主蒸汽溫度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)壓力,汽輪機(jī)高壓缸實(shí)際做工能力下降,導(dǎo)致高壓缸排汽參數(shù)的升高,尤其是高壓缸排汽溫度升高,使進(jìn)入再熱器的蒸汽參數(shù)高于設(shè)計(jì)值,造成各級(jí)再熱器參數(shù)升高。同時(shí),因滑壓壓力低于設(shè)計(jì)壓力,鍋爐爐水達(dá)到飽和溫度的吸熱量下降,即因滑壓壓力低于設(shè)計(jì)值,爐水吸熱能力下降,使?fàn)t膛出口溫度上升,對(duì)流區(qū)吸熱份額增加,進(jìn)一步增加了再熱器吸熱份額。這 2方面的因素疊加,造成再熱器減溫水量事實(shí)上的增加,使機(jī)組運(yùn)行效率大大下降,供電煤耗隨之增加。

圖1 #2機(jī)組常規(guī)壓力-優(yōu)化壓力曲線

3.5 從安全性方面分析

由于優(yōu)化滑壓曲線在 92%負(fù)荷時(shí),壓力為 15.7 MPa,而 92%負(fù)荷(555MW)以上在短時(shí)間內(nèi)要過(guò)渡到定壓(16.7MPa),從而產(chǎn)生較大的壓力階躍,表現(xiàn)為壓力大幅度波動(dòng)。加上汽輪機(jī)數(shù)字式電氣液壓控制系統(tǒng) DEH(Digital Electric Hydraulic Control System)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS(Coordination Control System)調(diào)節(jié)性能的不足,往往給運(yùn)行人員增加不必要的調(diào)整工作量。

4 解決辦法及效果

(1)對(duì)于目前機(jī)組運(yùn)行方式,可以參照機(jī)組原設(shè)計(jì)“滑壓-負(fù)荷”關(guān)系,給定機(jī)組常用負(fù)荷對(duì)應(yīng)的壓力值,由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定機(jī)組運(yùn)行壓力,即手動(dòng)滑壓方式運(yùn)行,使機(jī)組在各個(gè)負(fù)荷段保持在原設(shè)壓力值上限,以提高機(jī)組整體循環(huán)效率,降低供電煤耗。

(2)華電包頭發(fā)電有限公司#2機(jī)組在采用手動(dòng)變壓運(yùn)行方式后,機(jī)組運(yùn)行實(shí)際壓力平均比滑壓優(yōu)化曲線下的壓力提高 0.6MPa,節(jié)能效果非常明顯,機(jī)組熱耗水平平均下降 100kJ/(kW·h),再熱器減溫水量下降達(dá) 2/3以上,排煙溫度平均下降超過(guò)6℃。隨后,在#1機(jī)組上進(jìn)行手動(dòng)變壓運(yùn)行控制后,也收到了同樣的節(jié)能效果。

5 結(jié)論

機(jī)組根據(jù)實(shí)際負(fù)荷改變運(yùn)行方式后,保持主蒸汽壓力在原設(shè)計(jì)負(fù)荷 -壓力曲線上限時(shí),在常用負(fù)荷下的再熱器減溫水量下降明顯,而且運(yùn)行調(diào)整手法比較靈活,汽輪機(jī)熱耗也有明顯下降。

如果能綜合考慮鍋爐再熱器減溫水、汽輪機(jī)控制閥組、汽輪機(jī)熱耗狀況以及 CCS調(diào)節(jié)特性,通過(guò)試驗(yàn)重新做出機(jī)組的“滑壓優(yōu)化曲線”,并實(shí)現(xiàn)機(jī)組“自動(dòng)滑壓運(yùn)行”,那么機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性都會(huì)進(jìn)一步提高。