直接空冷供熱機組汽輪機配汽特性優(yōu)化策略研究

王 進(jìn)，王雪峰，劉 超

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.國電科學(xué)技術(shù)研究院太原電力學(xué)院，山西 太原 030006）

0 引言

目前，汽輪機配汽機構(gòu)既是主要的調(diào)節(jié)裝置，也是主要的熱力設(shè)備，其運行特性直接影響機組的安全性和經(jīng)濟性，大型汽輪發(fā)電機組的配汽方式主要有節(jié)流配汽、噴嘴配汽與混合配汽3種[1]，并普遍采用負(fù)荷—主汽壓力的定—滑—定運行方式。對于直接空冷供熱機組來講，由于機組運行中存在背壓大幅度變化和供熱抽汽量的變化，在相同負(fù)荷下，機組運行的閥位會存在較大的變化，這樣就無法保證機組滑參數(shù)運行時處于最佳的狀態(tài)，影響到機組滑參數(shù)運行的經(jīng)濟性。因此，在機組配汽特性調(diào)整的基礎(chǔ)上，確定出機組滑參數(shù)運行的最佳閥位，并通過合理的控制策略來實現(xiàn)機組定—滑—定方式的優(yōu)化控制，對提高機組運行的經(jīng)濟性有很大的作用。

1 汽輪機配汽特性存在的主要問題

某些機組在運行過程中閥位總指令與進(jìn)汽流量線性關(guān)系較差，在滑壓區(qū)域，實際滑壓曲線并非機組最佳滑壓曲線，直接空冷供熱機組由于背壓與供熱抽汽量變化對機組配汽特性產(chǎn)生較大的影響，嚴(yán)重影響機組運行的安全性與經(jīng)濟性。

1.1 高壓調(diào)節(jié)閥流量特性不良

噴嘴調(diào)節(jié)配汽是汽輪機普遍采用的配汽方式，在變負(fù)荷過程中，通過改變調(diào)節(jié)級進(jìn)汽面積，采用部分進(jìn)汽的方式減少進(jìn)汽節(jié)流損失，以提高經(jīng)濟性[2]；但一些機組在運行中存在閥位總指令增加，機組負(fù)荷增加緩慢或增加過快的現(xiàn)象，尤其在閥點位置非常普遍，嚴(yán)重影響到機組的自動發(fā)電控制AGC（automatic generation control）調(diào)節(jié)品質(zhì)、一次調(diào)頻性能和運行安全性。

1.2 機組在滑壓區(qū)域運行方式不合理

滑壓運行是以降低熱力學(xué)效率的代價，來降低高壓調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失與給水泵耗功[3]。亞臨界參數(shù)及以上的機組設(shè)計的滑壓區(qū)域一般為60%～90%額定負(fù)荷，并在滑壓運行區(qū)內(nèi)，給定負(fù)荷與給定主汽壓力成固定的關(guān)系。由于機組在安裝、檢修以及長時間運行后，高壓調(diào)節(jié)閥閥門開度與設(shè)計值存在偏差，使得高壓調(diào)節(jié)閥流量特性與設(shè)計值并非一致，從而導(dǎo)致機組實際滑壓曲線并非機組最佳滑壓曲線。

1.3 機組背壓變化對機組配汽特性產(chǎn)生較大的影響

機組設(shè)計的定—滑—定運行方式為機組壓力只隨負(fù)荷而變化，直接空冷機組背壓隨環(huán)境溫度的影響較大。在冬季，直接空冷機組的背壓大約為10 kPa左右，而在夏季高溫時，直接空冷機組的背壓能夠達(dá)到30 kPa以上。以300 MW機組為例，機組背壓相差20 kPa，相同主蒸汽流量下機組負(fù)荷就會相差20 MW左右。因此，采用設(shè)計的滑壓運行方式，對機組運行經(jīng)濟性會產(chǎn)生較大影響。

1.4 機組供熱抽汽對機組配汽特性產(chǎn)生較大的影響

對于直接空冷供熱機組，機組背壓不僅受環(huán)境溫度的影響大幅波動，機組供熱抽汽量也隨供熱負(fù)荷的變化而變化，在機組供熱前期與中期，機組供熱抽汽量變化較大。因此，采用機組純凝工況下的定—滑—定運行方式，不僅會影響機組的調(diào)節(jié)品質(zhì)與一次調(diào)頻性能，還會對機組運行安全與經(jīng)濟性產(chǎn)生較大的影響。

2 汽輪機配汽特性優(yōu)化解決措施

對于某些汽輪機配汽特性存在的問題，可以通過調(diào)整機組閥位總指令與進(jìn)汽流量的線性關(guān)系，優(yōu)化機組滑壓曲線，對機組負(fù)荷進(jìn)行背壓修正后，采用調(diào)節(jié)級壓力—主汽壓力的控制方式，來提高機組運行的安全性與經(jīng)濟性。

2.1 對機組部分高調(diào)閥參數(shù)進(jìn)行調(diào)整

對于機組高壓調(diào)節(jié)閥流量特性不良的情況，通過進(jìn)行機組的帶負(fù)荷試驗，掌握實際機組閥位總指令與機組功率的關(guān)系曲線；對線性較差的區(qū)域，優(yōu)化部分高壓調(diào)節(jié)閥的參數(shù)，修改后再進(jìn)行相應(yīng)的試驗，進(jìn)行調(diào)整完善，最終使機組閥位總指令與機組負(fù)荷保持較好的線性關(guān)系。

2.2 對機組定—滑—定曲線進(jìn)行優(yōu)化

通過機組滑壓區(qū)的帶負(fù)荷試驗，初步確定機組原始的滑壓曲線是否為機組的最佳運行曲線，若存在偏差，可以更改機組的滑壓曲線。主要考慮主汽壓力、高壓缸效率與給水泵耗功三者的最佳關(guān)系，通過優(yōu)化試驗，以確保機組在滑壓區(qū)的經(jīng)濟運行。

2.3 對機組負(fù)荷進(jìn)行背壓修正

對于直接空冷機組，通過直接采用給定負(fù)荷對應(yīng)相應(yīng)的主汽壓力的方式僅能實現(xiàn)基本的定—滑—定運行控制，往往不能實現(xiàn)最佳的效果。為保證機組滑參數(shù)運行的經(jīng)濟性可考慮背壓修正的負(fù)荷—主汽壓力控制策略，可將背壓變化折算成機組目標(biāo)負(fù)荷的變化來對主汽壓力進(jìn)行給定修正，并增加必要的限制參數(shù)，以保證系統(tǒng)控制的安全與可靠性。根據(jù)上述原理確定的機組定—滑—定控制策略如圖1所示。

圖1 背壓修正的負(fù)荷—主汽壓力控制策略

2.4 采用調(diào)節(jié)級壓力—主蒸汽壓力的控制方式

對于直接空冷供熱機組，夏季機組運行背壓隨環(huán)境溫度的變化而變化，冬季機組出力也隨供熱量的變化而變化，傳統(tǒng)采用負(fù)荷—主蒸汽壓力的控制方式難以確保機組滑壓區(qū)域的經(jīng)濟性，所以，采用調(diào)節(jié)級壓力—主蒸汽壓力的控制方式來實現(xiàn)機組的定—滑—定運行，如圖2所示。

圖2 調(diào)節(jié)級壓力—主蒸汽壓力的控制方式

圖2 中給定負(fù)荷為目標(biāo)負(fù)荷經(jīng)速率限制后的輸出，為原滑壓曲線前的負(fù)荷給定參數(shù)。模塊函數(shù)1為目標(biāo)主汽壓力與目標(biāo)調(diào)速級的組態(tài)關(guān)系，模塊函數(shù)2為給定負(fù)荷與實際負(fù)荷差對調(diào)速級壓力產(chǎn)生的動態(tài)偏差函數(shù)，該函數(shù)的范圍可根據(jù)運行情況加以調(diào)整。

3 結(jié)束語

a）通過對機組高壓調(diào)節(jié)閥門參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可使機組閥位總指令與機組負(fù)荷保持較好的線性關(guān)系，改善機組配汽機構(gòu)的流量特性，提高機組的調(diào)節(jié)品質(zhì)與一次調(diào)頻性能。

b）通過對機組滑壓區(qū)域的合理優(yōu)化，可使直接空冷機組在滑壓區(qū)間保持較高的運行經(jīng)濟性。

c）采用背壓修正后的負(fù)荷—主汽壓力控制策略，可有效提高直接空冷機組在滑壓運行時的經(jīng)濟性。

d）采用調(diào)節(jié)級壓力—主汽壓力的滑壓控制策略，可有效保證直接空冷供熱機組在不同工況下的運行經(jīng)濟性。