600 MW超臨界汽輪機滑壓優化研究

侯劍雄，黃碧亮

（廣東珠海金灣發電有限公司，廣東 珠海 519050）

0 前言

火電機組汽輪機運行中，其DEH高壓調門動作情況會直接影響發電功率和主蒸汽壓力運行品質，正確的高壓調門流量特性曲線和閥門重疊度曲線，是提高機組AGC品質、一次調頻動作質量的關鍵因素之一。同時，亦需要通過熱力試驗來確定機組實際運行中經濟性最佳的主汽壓力。在確保機組長期安全穩定運行的前提下，達到降低供電煤耗的目標。

1 滑壓優化試驗的問題

以往汽機閥門流量特性曲線試驗與汽機滑壓優化試驗常常是分開的。汽輪機出廠時預設的高壓閥門流量特性曲線等由于加工、安裝以及就地設備工況點漂移等原因，在實際中會發生高壓調門流量特性曲線和重疊度曲線偏離設計值的現象，嚴重時甚至導致一次調頻和AGC品質下降。此時做汽輪機滑壓優化試驗必然得不到期望的效果。因此，在做汽輪機滑壓優化前，應先進行汽輪機閥門特性試驗，得到正確的高壓調門流量特性曲線和閥門重疊度曲線后，再進行汽輪機滑壓優化試驗，以得到。這樣才能得到最佳滑壓優化曲線。

2 滑壓優化試驗方法

通過汽輪機熱力性能試驗方法確定汽輪機高壓調門開度和主蒸汽流量的關系，擬合出準確的高壓調門全行程開度流量特性曲線，計算、校正順序閥方式下的高壓調門重疊度函數，經過實際運行驗證，得到汽輪機高壓調門流量特性優化曲線；在汽輪機高壓調門特性優化的基礎上，根據熱力循環的理論，通過一系列定、滑壓試驗，找出各工況下運行的最經濟主蒸汽壓力，得到機組在全負荷范圍運行時熱耗率最小情況下的滑壓優化曲線，以修正。

2.1 高壓調門流量特性試驗

分析并給出3號汽輪機在兩閥全開(2VWO)至三閥全開(3VWO)不同工況下，調門開度指令與高壓缸效率、主蒸汽流量之間的關系，調節級后壓力與主蒸汽流量之間的關系，不同綜合閥位開度指令與高壓缸效率、主蒸汽流量之間的關系。根據得到的汽機修改前高壓調門流量特性，校正高壓調門流量特性曲線，并在此基礎上對各高壓調門流量分配函數及重疊度進行優化。在線修改各高壓調門閥門流量特性修正曲線和順序閥運行方式下各調門的流量比例偏置因子(K+B)和GV流量修正函數，然后通過機組變負荷運行檢驗是否滿足要求。

2.2 定滑壓優化試驗

根據熱力循環理論，機組在低負荷下滑壓運行時，由于進汽節流損失小，漏汽損失也小，機組相對內效率比定壓運行時有較大提高，但由于主汽壓力降低，循環熱效率也降低。當相對內效率的增加幅度補償了循環熱效率的下降幅度時，此時的滑壓參數才是比較經濟的。因此，需要通過一系列試驗來確定機組經濟性最佳的運行壓力，具體方法是在各負荷段通過試運行多個主汽壓力值，找出熱耗率最低的壓力值。在確保機組長期安全穩定運行的前提下，達到降低供電煤耗，最大限度降低運行成本的目標。在高壓調門流量特性試驗完成后，根據機組在50～100%工況下定、滑壓優化試驗結果，得到3號機組定、滑壓運行特性曲線。

3 試驗過程及分析

3.1 高壓調門特性試驗

汽輪機高壓調門開度指令的形成過程如圖1所示。

圖1 汽輪機高壓調門開度指令形成過程

從圖1可知，汽輪機綜合閥位指令(即FDEM流量指令)在順序閥方式下需要先后經過背壓修正函數F(X1)、流量比例分配因子(K+B)和流量修正函數F(X2)，得到分配到單個閥門上的流量指令，最后再經過閥門流量特性曲線F(X3)成為最終的開度指令。其中背壓修正函數F(X1)、流量比例分配因子(K+B)是經過汽輪機廠家確認的函數，所以此次試驗不進行修改。通過分別對GV3、GV4進行兩閥全開(2VWO)和三閥全開(3VWO)的試驗，得到了單個閥門開度與蒸汽流量關系，并修改高壓調閥流量開度修正函數F(X3) 。修改前、后函數F(X3)曲線比較如圖2所示。

圖2 修改前后高壓調閥流量開度修正函數F(X3)曲線比較

從圖2可看出，修改前后的函數存在一定的差異，特別是X軸在0～55%區間時。在同等流量指令下，修改前的閥位開度比實際的要小，會造成閥門出力不夠、增大節流損失等問題，這種情況的出現會導致DEH對機組負荷的響應品質變差。

圖3為測取的綜合閥位指令與等效流量之間的關系曲線（X軸為綜合閥位指令，Y軸為汽機等效流量）。從圖中畫圈部分可以看出曲線存在線性度不佳的區域，有平緩的，也有突變的區間。導致在這些區間內，DEH對機組負荷的響應品質變差，AGC和一次調頻品質不好。由圖3亦可看出，在調節級壓力相同的情況下，修正后主蒸汽流量較設計主蒸汽流量偏小，說明機組的實際通流能力較設計值偏小。

圖3 優化前綜合閥位指令與實際等效流量關系曲線

綜合以上可看出，由于DEH閥門流量特性的不準確，出現當DEH綜合閥位指令增加時，主汽流量卻不增加或突變，導致機組負荷不會變化或突變的情況。AGC和一次調頻在這個區間內會出現調節、響應不及時等問題，使電廠頻遭電網公司考核，遭受一定經濟損失。另外如閥門重疊度設置不當，也會造成在兩閥重疊的區間（即在順序閥方式下，前一個閥尚未開完，下一個閥已經開啟）閥門容易突升突降，開度大幅波動，造成機組負荷不穩定，同時帶來一定節流損失。

3.2 定、滑壓優化試驗

高壓調門流量特性試驗完成后，3號汽輪機在50～100%額定負荷下進行定、滑壓運行試驗，試驗在高壓調門順序閥運行方式下進行，通過在各負荷下選擇不同的主蒸汽壓力進行對比試驗，尋找出科學合理的定、滑壓運行特性曲線。根據試驗結果，給出50～100%額定負荷下，各負荷最佳主汽壓力工況下電功率與熱耗率關系曲線，電功率與主蒸汽流量關系曲線，主蒸汽流量與缸效率關系曲線，最后給出機組最佳定、滑壓運行曲線。

3.2.1 100%額定負荷定壓運行試驗

100%額定負荷定壓工況下，主汽壓為

24.20 MPa。試驗得到修正到設計參數下的主蒸汽流量為1 729.417 t/h，修正后電功率為600.944 MW，修正后熱耗率為7 721.7 kJ/(kW.h)。

3.2.2 90%額定負荷（540 MW）定、滑壓試驗90%額定負荷試驗結果見表1。由表中數據可看出，在90%額定負荷工況下，汽輪機熱耗率的變化是一個隨主蒸汽壓力降低而升高的過程，因此在90%額定負荷時采用定壓(即選擇在24.2 MPa)運行最經濟。

表1 90%額定負荷工況定滑壓試驗數據表

80～50%額定負荷工況下定、滑壓試驗結果可看出，在此類工況下汽輪機熱耗率的變化是一個隨主蒸汽壓力降低而先降低后升高的過程，通過找出汽機熱耗率最低的點可找出最佳運行主蒸汽壓力。

3.2.3 定、滑壓運行特性曲線

通過對上述各工況試驗結果分析可看出，隨著機組負荷的降低，滑壓運行的經濟性體現得越來越明顯，在額定負荷600 MW時，機組應按額定壓力運行；小于480 MW負荷時，機組應該滑壓運行。這樣在不同負荷下，通過選擇不同的運行方式，結合高壓調門開度的變化，就能使機組在變工況下保持較高經濟性。

4 試驗成果的實施

4.1 修改閥門重疊度

根據計算的實際閥門流量曲線，對重疊度做了相應修改。修改前、后綜合閥位指令與各調門的開度曲線如圖4所示，虛線為修改前關系曲線，實線為修改后關系曲線，從圖中可以清晰看出修改前后綜合閥位指令與各調門的開度曲線比較，修改后調閥開度曲線要比修改前調閥開度曲線平順。

圖4 修改前、后綜合閥位指令與各調閥開度指令間關系

在線修改完畢高壓調門流量特性曲線和重疊度后，進行了280～600 MW變動負荷試驗，其中包括單閥和順序閥之間的切換。單閥和順序閥切換結果表明負荷擾動明顯變小，切換期間負荷波動＜3 MW，遠小于修改前的波動值15 MW。負荷變動時閥門流量指令和等效流量的關系曲線如圖5所示。對比圖3和圖5可明顯可以看出修改前的兩處負荷變動平緩和突變的情況已得到明顯改善。整個變負荷過程汽輪機軸承溫度、軸承振動無大幅變化，均低于報警值。運行近兩年來，電廠未因AGC、一次調頻等遭電網考核，表明調門流量特性試驗取得明顯效果。

圖5 優化后綜合閥位指令與實際等效流量關系

4.2 修正滑壓曲線

通過定、滑壓優化的試驗結果，修正各最佳主蒸汽壓力對應工況下機組電功率與熱耗率關系曲線見圖6，修正主蒸汽流量與機組電功率關系曲線見圖7，修正定、滑壓運行曲線見圖8。

圖6 修正后電功率與熱耗率關系

圖7 修正后主蒸汽流量與機組電功率關系

圖8 機組定、滑壓運行曲線

5 結束語

1) 修改高壓調門流量特性曲線和重疊度后，單閥和順序閥切換時負荷擾動明顯變小，兩處負荷變動平緩和突變的情況得到明顯改善。經電廠一次調頻完善試驗后，未發生過因一次調頻品質等遭電網考核，調門特性試驗取得明顯效果，AGC調節品質得到提高。

2) 優化后機組在變負荷過程中負荷、汽溫、汽壓等參數穩定，汽機瓦溫、振動符合要求。汽機流量指令和實際流量呈良好的線性關系，減少高壓調門壓損，提高了機組運行經濟性和控制穩定性。

3) 負荷在480～600 MW時，機組采用定壓方式運行。當負荷小于480 MW時，采用滑壓方式運行。優化后供電煤耗下降1.2 g/kW.h，經濟性可相對提高0.5～1%。

4) 把高壓調門特性優化調整和機組定、滑壓運行優化結合起來已經逐步成為越來越多電廠的一種技術需求，也是更為合理的一種優化技術方案。通過優化試驗在確保增強機組變負荷和一次調頻的能力的同時，提高控制的穩定性、快速性，達到降低運行煤耗的目標。具有較好的社會效益和經濟效益。