630 MW超臨界汽輪機高壓缸進汽噴嘴組優化改造

0 引言

由于清潔能源的迅猛發展，清潔能源的發電比例增加導致了電力結構的變化，使電網用電負荷峰谷差激增，致使大容量燃煤發電機組也需參與調峰，經常處于中低負荷運行工況。燃煤機組負荷的降低意味著效率下降、供電煤耗上升，如何提高大容量機組在低負荷下的效率是當前燃煤發電企業急需解決的問題。

在汽輪機本體不進行較大改變的情況下，優化汽輪機高壓調門配汽函數、獲得最佳主蒸汽壓力滑壓曲線、提高主蒸汽壓力、降低高調門節流損失是目前提高機組效率常見的方法。國內對高調門配汽方式的優化有深入的報道

，但對汽輪機本體噴嘴組的節能改造實施方案報道較少。本文介紹了某發電廠630 MW超臨界汽輪機高壓缸進汽噴嘴組的改造方案，該方案根據機組實際平均負荷率和汽輪機控制方式，重新設計了高壓缸進汽噴嘴，采用四高調閥噴嘴數非等量配置方法，并綜合考慮一次調頻、低負荷調門節流損失和夏季滿負荷工況等因素，降低了噴嘴通流截面積，并根據改造后的噴嘴組重新進行閥門流量特性試驗，優化配汽函數，有效提高了主蒸汽壓力，獲得了較好的節能效果，平均供電煤耗下降約1．5 g/kWh，為國內大型汽輪機組噴嘴改造提供了理論依據和實踐經驗。

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1 設備概況

某發電廠1號機組為630 MW汽輪發電機組，汽輪機型號為上汽廠N630-/24．2/566/566，型式為一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式、八級回熱抽汽超臨界機組。汽輪機高壓缸噴嘴為4組，每組對應一個高壓調門。改造前4個噴嘴組的噴嘴數量均為28只，總通流截面積達33 433．4 mm

。改造前高壓缸調門及噴嘴布置見圖1。

由于國家能源政策調整，清潔能源迅猛發展，使機組負荷逐年下降，常處于低負荷運行狀態，導致噴嘴節流和噴嘴前主汽壓低于設計值。

按630 MW額定容量重新設計高壓缸噴嘴，減小噴嘴通流截面積，以提高主蒸汽壓力。4組噴嘴采用不同的通流截面積：第一閥序的2個調門對應的噴嘴通流截面積減小，保證在低負荷段時第二閥序的調門有一定的開度，滿足一次調頻要求；第二、第三閥序2個調門對應的噴嘴通流截面積增大，保證夏季工況時機組可達銘牌出力。

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此外，由于機組運行方式與設計不同，使機組主汽壓與熱平衡圖偏差較大：在進行1號機組通流改造時，上汽廠設計500 MW負荷以下采用2閥滑壓調節、高壓調門不調節的方式，但實際運行中由于機組的一次調頻，第3個調門需保持25%左右的開度，導致主汽壓明顯低于設計值，特別是與熱平衡圖相比，偏差很大，對經濟性造成較大影響，對平均供電煤耗至少有1～2 g/kWh的影響。為此，對高壓缸噴嘴進行了重新設計，使之更加符合實際工況。

2 改造內容

知識可視化(Knowledge Visualization)作為在科學計算可視化、信息可視化和數據可視化基礎之上發展起來的新興研究領域，通過可視化的方式，知識可以被人們用來更好地存取、討論、評估和日常管理，這就為應對信息時代人類所面臨的挑戰——快速獲取和掌握知識提供了有力的支持[2]。知識可視化在緩解知識飛速增長所帶給人們壓力方面有著很重要的作用。

根據《發電企業生產經營指標管理手冊》及《600 MW火電機組不同負荷下主蒸汽壓力變化對機組煤耗率影響的計算模型》可得

，供電煤耗試驗值為292．46 g/kWh，在THA、75%THA、50%THA工況下，主汽壓力每變化0．1 MPa，供電煤耗變化率分別為0．035 6%、0．045 6%、0．049 9%，對應的供電煤耗分別變化0．104、0．133、0．146，即噴嘴改造后供電煤耗分別下降了1．04、1．796、2．044。主汽壓變化對煤耗率的影響隨著負荷的降低而增大，負荷越高，主汽壓變化對煤耗率的影響越小，反之則越大。此外，負荷越低，主汽壓降低越明顯，節能效果也越顯著

。按照表3所列的3種工況計算平均供電煤耗。

具體改造方案為：第一閥序為3、4號調節汽門，對應噴組數各22個，2VWO流量為1 218 t/h，功率454 MW；第二閥序為2號調節汽閥，對應噴嘴數27個，3VWO流量1 685 t/h，功率607 MW；第三閥序為1號調節汽閥，對應噴嘴25個，4VWO流量1 930 t/h，功率661 MW。改造后高壓缸調門及噴嘴布置圖見圖2，改造前后噴嘴參數對比見表1。

3 改造后經濟性分析

新的順序閥閥序綜合考慮了噴嘴的優化和機組的安全穩定運行，在順序閥模式下，汽輪機轉子振動、軸承金屬溫度、軸向位移、主蒸汽壓力等主要參數均在可控范圍內。在480 MW負荷點進行了順序閥向單閥、單閥向順序閥的切換試驗，切換時間為8 min，負荷波動小于3 MW，主汽壓力波動小于0．5 Mpa。機組在順序閥模式下各負荷點工況運行穩定，瓦溫、振動與閥門關閉試驗階段基本相符。改造前后主汽壓力的對比見表2。

閥門流量特性不準確會影響機組的快速響應，閥門開啟順序會影響機組在部分負荷時高壓缸軸承瓦溫和振動，順序閥模式時閥門的重疊度會影響機組運行的經濟性。改造后由于噴嘴的布置和總面積較之前有了變化，故原高調門流量特性及控制參數不再合適，需重新試驗和計算，使單閥、順序閥的切換更平穩、負荷擾動更小、機組變負荷和一次調頻能力更強。改造后順序閥流量開度曲線見圖3。

因調節級動葉不更換，故噴嘴的高度不改變，通過改變噴嘴的數量來調整各組噴嘴通流截面積，同時采用上汽廠噴嘴組型線優化技術來減少葉柵的二次流損失，提高調節級效率。

平均供電煤耗=（1．395×0．875×1 744+1．919×0．675×4 136+2．043×0．5×592)÷（0．875×1 744+0．675×4 136+0．5×592)＝1．754 g/kWh。

根據試拌選定的配合比，在監理見證下，從商品混凝土公司拌和樓料倉、料罐中抽取各種原材料和拌和樓的拌和用水，送第三方檢測公司進行配合比復核，同時進行原材料堿含量、氯離子含量檢測，取得滿足設計和規范要求的配合比報告報監理批復后使用。

按年發電量25億kWh計算，每年可節約4 386 tce，煤價以700元/t計算，年收益300多萬元（項目總投資320萬元）。此外，由于第一閥序通流截面大幅減小，可保證部分負荷下第二閥序的合適開度，既滿足了一次調頻，又減小了調門的節流損失，且第三閥序較大的通流面積保證了夏季工況下達到額定負荷。

4 結論

1號機組高壓缸噴嘴改造后運行穩定，節能效果顯著，一次調頻滿足電網要求，在常用負荷段滿足第三閥序開度在20%以上，節流損失大幅減小，同時主汽壓升高明顯，有效提高了機組運行效率。

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［4］李青，張興營，徐光照.發電企業生產經營指標管理手冊.第二版［M］.北京:中國電力出版社，2012:409-410.

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