汽輪機運行調節方式優化策略探析

呂泰萍，楊 明，滕九洋

（遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110000）

引言

傳統化石能源的大規模開采和普遍利用，能在一定程度上為人類文明進一步發展提供積極的動力，但同時也對環境、氣候、資源造成了嚴重破壞。為了有效解決資源匱乏、氣候惡化、環境污染等問題，使人類可持續發展目標有效實現，必須采取多樣化有效措施，促進全球能源結構朝著低碳、綠色、環保方向發展。為了使新能源在電量規模化并網過程中存在的波動性和不確定性等問題得到有效解決，必須加強對電網調控能力的不斷強化，從而創建足夠的空間容量為新能源的消納提供有有利環境。在電力能源結構體系中，燃煤火電機組占據60%以上，因此，積極開發燃煤火電機組對電網峰谷差異進行調節的方式勢在必行。

1 在35%THA 以下的低級負荷區間

如圖1 所示，在此區間，設定蒸汽初壓力始終維持在恒定狀態，確保Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個調節閥全部開啟、Ⅳ調節閥全部關閉，使節流定壓運行有效開展[1]。

圖1 汽輪機復合調節示意圖

當蒸汽初壓始終維持在恒定狀態，能夠使鍋爐的燃燒情況和水循環情況始終穩定；在保持一定初始壓力的基礎上開展定壓運行，能夠從根源解決在低級負荷情況下，由于繼續滑壓運行而導致給水泵軸系落入臨界共振的情況發生；在開展定壓運行的過程中，確保初始壓力始終保持在穩定狀態，能夠使汽輪機的循環熱效率保持在較高功率；通過采取節流調節措施，有效解決在低級負荷下，由于采用噴嘴調節導致調節級部分進氣損失較大的問題；當氣輪機組處于極低負荷的情況下時，對應的蒸汽壓力也會隨著負荷的下降，滑落到較低水平。此時，如果將調節閥的開度調整到較大狀態，并不會因為使用節流調節而產生較大的節流損失；在汽輪機急速啟動的過程中，通過同時打開Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個調節閥的方式，能夠為汽輪機機組啟動安全提供最大保障[2]。

2 在35%～85%THA 以下的低級負荷區間

在此區間內，依然保持Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個調節閥全部開啟、Ⅳ調節閥關閉的狀態，從而為部分調節閥全部打開的滑壓運行創造良好環境。當滑壓運行區間保持在35%～85%THA 的低負荷區間內時，可以將處于靜態關閉狀態的Ⅳ調節閥快速開啟，確保汽輪機能夠得到一個快速向上的調頻能力；也可以將始終處于靜態開啟的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個調節閥的打開程度暫時調小，確保汽輪機能夠得到一個快速向下的調頻能力。通過這樣的操作方式，能夠在低負荷環境下滑壓運行具有的經濟優勢充分發揮出來，將滑壓運行具有的安全性和可靠性進一步提升，確保在滑壓運行過程中，從根源將由于鍋爐具有的熱慣性導致汽輪機無法充分適應快速變化的負荷問題徹底解決。長此以往，不僅能夠有效解決在穩定工作狀態下，由于采用了節流滑壓調節，導致調節閥必須保持一定節流開度裕量而產生的節流損失問題，而且還能確保汽輪機在具有較強一次調頻能力的基礎上，始終具有較高的經濟性、安全性、高效性[3]。

3 在85%～100%THA 以下的高級負荷區間

在此區間內，對保持在額定壓力下的噴嘴進行定壓調節，通過調整Ⅳ調節閥的開啟、關閉狀態，使調節級的流通面積得到合理改變，從而加強對汽輪機噴嘴定壓的有效調節。通過這樣的方式，能夠從根源解決由于在高壓負荷區間采用滑壓調節方式而導致蒸汽的初始壓力下降使汽輪機循環熱效率難以提升的問題，確保汽輪機的工作效率始終保持在較高狀態[4]。

4 以旁通調節作為汽輪機的輔助調節手段

將旁通調節措施作為優化汽輪機運行方案的有效輔助手段，當汽輪機的工況變動范圍始終保持在THA 能夠承受的最大負荷范圍內時，整個過程旁通閥都要保持在關閉狀態，并且將節流定壓—節流滑壓—噴嘴定壓的負荷滑壓調節過程作用在不同的負荷區段；當汽輪機的工況變動范圍超出THA 能夠承受的最大負荷范圍時，可以結合實際需求，對旁通閥的開啟、閉合狀態進行調整，確保汽輪機超負荷運行的目標得到有效實現，或者在電網始終保持在低頻率的狀態下，使汽輪機一次調頻加負荷的功能得到充分發揮。比如，當汽輪機的工作情況處于滿負載狀態并且對應的電網電頻率具有的大頻差呈現明顯下降趨勢時，為了使汽輪機在較短時間內快速增加功率的目標得到有效實現，可以暫時快速開啟旁通閥，利用鍋爐的蓄熱，使蒸汽流量和功率在較短時間內快速提升，當鍋爐的燃燒功率大幅度提升并且蒸發量明顯增加之后，主氣壓力會快速恢復到額定壓力水平，從而使旁通閥快速恢復到全部關閉的狀態[5]。

因此，將旁通閥調節與復合滑壓調節措施進行有效整合，不僅能夠有效提升汽輪機的過載能力。而且還能使汽輪機在滿負荷的狀態下，依然擁有能夠快速向上調頻能力，使傳統汽輪機的負荷響應能力特性得到有效和改善。與此同時，還能夠確保汽輪機在滑壓運行的過程中，只有Ⅳ調節閥關閉的狀態，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個調節閥全部保持開啟狀態，最大程度降低進氣節流的損耗，提高汽輪機可靠性、安全性、經濟性的同時，為汽輪機運行調節方式的進一步優化貢獻積極力量[6]。

5 結語

2021 年，我國正式實行了限電計劃，提高了煤電退出力度，加大了光電和風電等可再生清潔性能源的使用強度。然而這些能源具有較高的隨機性、波動性、間歇性特征，特別是隨著集中并網規模不斷擴大，使電網的峰谷波差差距越來越大，出現的棄光棄風現象越來越嚴重。因此，應該加強對汽輪機深度調峰能力的充分挖掘，在穩定、安全運行的基礎上，快速、靈活地參與到電網深度調控工作中，確保新能源電量得到有效消納的同時，最大程度降低汽輪機起降調控的頻率。在電網電能處于高峰時段時，應該確保汽輪機始終保持在滿負荷或超負荷的狀態下運行，這樣能夠使汽輪機在運行調節方式不斷優化的帶動下，具有的頂峰能力得到充分發揮，為進一步提升電網可靠供電能力提供保障。