楊彥卿　潘長(zhǎng)春　江飛　趙麗梅　孫東　劉金龍

摘 要：大功率汽輪機(jī)噴嘴組改造雖然提高了機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，但同時(shí)也對(duì)機(jī)組調(diào)節(jié)特性產(chǎn)生負(fù)面影響；為了提高汽輪機(jī)變負(fù)荷能力，需要對(duì)高調(diào)門(mén)流量特性曲線的線性度進(jìn)行優(yōu)化。該文以多臺(tái)典型200 MW級(jí)別、300 MW級(jí)別和600 MW級(jí)別機(jī)組為例，闡述了汽輪機(jī)高調(diào)閥流量特性曲線的線性度改善方法，使得機(jī)組在進(jìn)行噴嘴組改造后既能夠提高機(jī)組全年變工況運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，又能夠滿足機(jī)組快速變負(fù)荷運(yùn)行的調(diào)節(jié)性。這對(duì)改善我國(guó)大功率汽輪發(fā)電機(jī)組的深度變負(fù)荷運(yùn)行能力具有很大的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) 高調(diào)門(mén) 流量特性 線性度 改善

中圖分類(lèi)號(hào)：TK26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（c）-0001-03

汽輪機(jī)閥門(mén)管理是DEH系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，通過(guò)閥門(mén)管理把控制回路輸出的流量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鱾€(gè)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度指令，驅(qū)使相應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)啟到要求位置，從而改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽流量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速或功率的調(diào)節(jié)。此外，閥門(mén)管理還負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)高調(diào)門(mén)進(jìn)汽方式（單閥/順序閥）的切換，從而保證汽輪機(jī)可根據(jù)不同的工況選擇相應(yīng)的閥門(mén)調(diào)節(jié)方式。在單閥控制方式下，汽缸轉(zhuǎn)子受熱膨脹均勻，熱應(yīng)力小，因此在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)多采用該方式，但單閥調(diào)節(jié)在低負(fù)荷時(shí)節(jié)流損失大，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性差。在順序閥控制方式下，各閥門(mén)按一定次序開(kāi)啟，某負(fù)荷運(yùn)行時(shí)只有一個(gè)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，隨著電網(wǎng)峰谷差的不斷增大，其余閥門(mén)處于全開(kāi)或者全關(guān)位置，故機(jī)組經(jīng)濟(jì)性好[1-2]。但是，當(dāng)噴嘴調(diào)節(jié)方式的配汽規(guī)律設(shè)計(jì)不合理時(shí)會(huì)給機(jī)組的安全穩(wěn)定和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性都帶來(lái)影響；因此，早期國(guó)內(nèi)針對(duì)汽輪機(jī)噴嘴配汽問(wèn)題研究大都從軟件方面進(jìn)行，包括通過(guò)優(yōu)化進(jìn)汽順序解決機(jī)組軸系穩(wěn)定較差的問(wèn)題[3-4]和優(yōu)化重疊度降低機(jī)組高調(diào)門(mén)的節(jié)流損失[5]。接著，一些研究者開(kāi)始注重研究節(jié)流調(diào)節(jié)和噴嘴調(diào)節(jié)方式的無(wú)擾切換問(wèn)題，即降低切換過(guò)程的負(fù)荷和汽壓波動(dòng)甚至是由此產(chǎn)生的調(diào)門(mén)大幅高頻擺動(dòng)問(wèn)題[6-8]。然而，隨著近幾年新能源等隨機(jī)波動(dòng)性電源的大規(guī)模接入，不僅電廠的負(fù)荷率被被進(jìn)一壓低；而且，電網(wǎng)對(duì)電廠機(jī)組的調(diào)節(jié)品質(zhì)變得更加嚴(yán)格，一次調(diào)頻和AGC性能開(kāi)始考核。所以，各電廠開(kāi)始注重高調(diào)門(mén)的流量特性曲線的線性度優(yōu)化問(wèn)題。

目前，隨著高參數(shù)大容量機(jī)組的進(jìn)一步發(fā)展和投產(chǎn)，200 MW級(jí)別、300 MW級(jí)別和600 MW級(jí)別機(jī)組目前已在電網(wǎng)了很大比例[8-10]。因此，200 MW級(jí)別、300 MW級(jí)別和600 MW級(jí)別機(jī)組的優(yōu)化改造經(jīng)驗(yàn)具有非常寶貴的借鑒意義。該文以200 MW、300 MW和600 MW三種典型級(jí)別機(jī)組為例，闡述了汽輪機(jī)高調(diào)閥流量特性曲線的線性度改善方法。

1 機(jī)組運(yùn)行概況

該文研究案例選取了4臺(tái)哈汽廠生產(chǎn)的200 MW級(jí)別機(jī)組、4臺(tái)阿爾斯通生產(chǎn)的300 MW級(jí)別機(jī)組、4臺(tái)上汽600 MW級(jí)別亞臨界機(jī)組。以其中的4臺(tái)600 MW機(jī)組投產(chǎn)后修前熱耗率嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值，對(duì)機(jī)組進(jìn)行噴嘴組改造后提高了機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。由于閥門(mén)管理是DEH系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)機(jī)組的安全高效運(yùn)行具有非常重要的作用。然而，機(jī)組噴嘴組改造直接影響了機(jī)組的調(diào)節(jié)級(jí)實(shí)際流量特性，導(dǎo)致高調(diào)門(mén)特性曲線發(fā)生偏離。因此，噴嘴組改造對(duì)機(jī)組調(diào)節(jié)特性產(chǎn)生影響，機(jī)組閥門(mén)綜合流量特性曲線的線性度較差，這會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)流量銜接分配不均，這對(duì)機(jī)組的AGC和一次調(diào)頻能力都會(huì)有很大的影響，間接影響機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，影響電廠的間接運(yùn)行效益。同樣，對(duì)于200 MW級(jí)別和300 MW級(jí)別機(jī)組的通流改造，機(jī)組流量特性也需要優(yōu)化改造。

2 流量特性曲線線性度改善方法

2.1 調(diào)節(jié)級(jí)變工況計(jì)算

調(diào)節(jié)級(jí)變工況計(jì)算是生成閥門(mén)流量特性曲線的一種理論計(jì)算方法，它通常需借助于調(diào)節(jié)級(jí)特性曲線，即借助于調(diào)節(jié)級(jí)變工況計(jì)算。調(diào)節(jié)級(jí)變工況計(jì)算包括三部分：調(diào)節(jié)級(jí)一股汽流計(jì)算，調(diào)節(jié)級(jí)各股汽流的合算，調(diào)節(jié)級(jí)背壓的計(jì)算。進(jìn)行調(diào)節(jié)級(jí)一股汽流計(jì)算，即調(diào)節(jié)級(jí)特性計(jì)算，是在假定調(diào)節(jié)閥全開(kāi)的情況下計(jì)算調(diào)節(jié)級(jí)的熱力參數(shù)。通過(guò)調(diào)節(jié)級(jí)一股汽流的計(jì)算，可以確定一些汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)變工況計(jì)算所必需的特性曲線，利用這些特性曲線就可以進(jìn)行調(diào)節(jié)級(jí)的變工況計(jì)算。各股汽流的合算是在給定各股汽流的級(jí)前級(jí)后參數(shù)的情況下，計(jì)算各股汽流的的流量、各股汽流的焓降及動(dòng)葉相應(yīng)弧段的汽流力和總的橫向汽流力、各股汽流出口的混合焓、調(diào)節(jié)級(jí)的輪周效率和相對(duì)內(nèi)效率等。調(diào)節(jié)級(jí)背壓的計(jì)算是給定調(diào)節(jié)級(jí)的總流量和調(diào)節(jié)級(jí)后的溫度，確定調(diào)節(jié)級(jí)后的壓力。

2.2 流量特性辨識(shí)

閥門(mén)特性辨識(shí)是指在利用實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，擬合出實(shí)際機(jī)組的閥門(mén)特性函數(shù)，從而繪制出接近實(shí)際情況的閥門(mén)流量特性曲線。然而，借助于調(diào)節(jié)級(jí)變工況理論計(jì)算，會(huì)有一定的偏差；而進(jìn)行閥門(mén)實(shí)驗(yàn)，則不能夠遍歷所有的閥門(mén)流量工況。因此，需要在調(diào)節(jié)級(jí)變工況理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，利用實(shí)際運(yùn)行和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，準(zhǔn)確擬合出機(jī)組的閥門(mén)特性函數(shù)，從而計(jì)算得到貼近實(shí)際的閥門(mén)流量特性曲線。顯然，此方法即可以避免重新做大量的閥門(mén)實(shí)驗(yàn)，又可以避免直接由理論計(jì)算得到的調(diào)節(jié)閥流量特性曲線存在偏差性的問(wèn)題。流量特性辨識(shí)的基本原理如下。

圖2為一典型閥的相對(duì)流量系數(shù)與、的關(guān)系曲線（其中由調(diào)節(jié)級(jí)變工況計(jì)算決定）。從圖中可以看出，在同一壓力降的條件下，相對(duì)流量系數(shù)降隨著升程的增大而增大。但當(dāng)閥門(mén)基本開(kāi)足后，閥門(mén)升程雖繼續(xù)增大，但通流面積已基本上不再增大，故流量的增加趨于緩慢，值接近為一水平線。另外，在同一升程下，壓力降越大，越大，通過(guò)閥門(mén)的流量也越大，但當(dāng)增達(dá)到某一范圍后，流量的增加變慢，這表示閥門(mén)喉部已接近臨界壓力。在一只調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟過(guò)程中，當(dāng)閥的升程時(shí)，；當(dāng)閥門(mén)的升程很小時(shí)，閥后壓力很低，閥門(mén)內(nèi)為超臨界流動(dòng)，當(dāng)閥門(mén)前壓力不變時(shí)，流量和面積成正比，即隨著的增大而增大，當(dāng)閥門(mén)繼續(xù)開(kāi)大時(shí)，通流面積雖還在變大，但閥后壓力也不斷增大，使變小，故的增大隨著的增大就趨于緩慢。隨后，雖閥門(mén)開(kāi)度繼續(xù)增大，但由于受到閥門(mén)后部直徑的限制，將漸趨飽和。endprint

2.3 設(shè)置合理和重疊度

汽輪機(jī)采用噴嘴調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié)閥是依次啟閉的，如果后一個(gè)閥門(mén)是在前一個(gè)閥門(mén)全開(kāi)后在開(kāi)啟，那么閥門(mén)總的升程和流量特性曲線就將是一根曲折很大的線，這是不希望的。因此，通常是在前一閥尚未完全開(kāi)啟，后一閥便提前打開(kāi)，這個(gè)提前開(kāi)啟的量，稱為閥門(mén)的重疊度。重疊度的選取一般以前一閥門(mén)開(kāi)至閥門(mén)前、后蒸汽壓力比～0.09時(shí)，后一閥便開(kāi)始開(kāi)啟為合適。那樣閥門(mén)的流量特性就趨于一跟較為光滑的直線。但由于閥門(mén)同時(shí)部分開(kāi)啟節(jié)流損失增大，經(jīng)濟(jì)性稍有下降。因此，重疊度的選擇應(yīng)適合。有些機(jī)組，為了避免由于第一組噴嘴的部分進(jìn)汽度過(guò)小，引起調(diào)節(jié)級(jí)的動(dòng)葉片應(yīng)力過(guò)大，將第一組噴嘴的進(jìn)汽度增大，即讓兩個(gè)閥門(mén)同時(shí)向一組噴嘴供汽，一般仍讓第一個(gè)閥門(mén)先開(kāi)啟，待第一閥門(mén)的前后壓差剛減小至15%～20%，便開(kāi)始開(kāi)啟第二個(gè)閥門(mén)。

3 實(shí)際優(yōu)化效果

通過(guò)對(duì)4臺(tái)200 MW級(jí)別機(jī)組、4臺(tái)300 MW級(jí)別機(jī)組和4臺(tái)600 MW級(jí)別機(jī)組流量特性試驗(yàn)并進(jìn)行了改造，機(jī)組流量特性曲線具有很好的線性度。并且，消除由于配汽規(guī)律線性度較差，引起的調(diào)門(mén)異常調(diào)節(jié)，減少原件磨損、增強(qiáng)使用壽命，間接提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；改善#4機(jī)組的高調(diào)門(mén)流量特性曲線線性度，提高機(jī)組的調(diào)節(jié)性能，如AGC和一次調(diào)頻，間接提高電廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，增加電廠運(yùn)行效益。

4 結(jié)語(yǔ)

大功率汽輪機(jī)噴嘴組改造雖然提高了機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，但同時(shí)也對(duì)機(jī)組調(diào)節(jié)特性產(chǎn)生負(fù)面影響；為了提高汽輪機(jī)變負(fù)荷能力，需要對(duì)高調(diào)門(mén)流量特性曲線的線性度進(jìn)行優(yōu)化。該文以4臺(tái)200 MW級(jí)別機(jī)組、4臺(tái)300 MW級(jí)別機(jī)組和4臺(tái)600 MW級(jí)別機(jī)組為例，針對(duì)通流改造、噴嘴改造等硬件改造導(dǎo)致的流量特性改變問(wèn)題，闡述了汽輪機(jī)高調(diào)閥流量特性曲線的線性度改善方法，使得機(jī)組在進(jìn)行噴嘴組改造后既能夠提高機(jī)組全年變工況運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，又能夠滿足機(jī)組快速變負(fù)荷運(yùn)行的調(diào)節(jié)性。這對(duì)改善我國(guó)大功率汽輪發(fā)電機(jī)組的深度變負(fù)荷運(yùn)行能力具有很大的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 畢慶生，呂項(xiàng)羽，李德鑫，等.基于熱網(wǎng)及建筑物蓄熱特性的大型供熱機(jī)組深度調(diào)峰能力研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2014，56

（2）：141-144.

[2] 萬(wàn)杰，唐海峰，邢閣玉，等.高參數(shù)汽輪機(jī)高調(diào)門(mén)內(nèi)流動(dòng)失穩(wěn)故障的一種經(jīng)濟(jì)性解決方法[J].節(jié)能技術(shù)，2015，33（2）：

159-164.

[3] 于達(dá)仁，劉占生，李強(qiáng)，等.汽輪機(jī)配汽設(shè)計(jì)的優(yōu)化[J].動(dòng)力工程，2007，27（1）：1-5.

[4] 高林，戴義平，王志強(qiáng)，等.大功率汽輪機(jī)配汽方式對(duì)軸系穩(wěn)定性的影響[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，28（35）：84-89.

[5] 田松峰，史志杰，閆麗濤.汽輪機(jī)控制系統(tǒng)中閥門(mén)重疊度的研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2008，50（6）：448-450.

[6] 江飛，孫建國(guó)，劉錦川，等.國(guó)產(chǎn)亞臨界600MW空冷機(jī)組單閥-順序閥切換試驗(yàn)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2011，29（5）：437-441.

[7] 段巖峰，劉金福，于達(dá)仁.提高空冷機(jī)組效率的閥門(mén)管理[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2010，52（5）：342-344.

[8] 宋崇明，劉嬌，馬世喜，等.亞臨界330MW供熱機(jī)組汽輪機(jī)高調(diào)門(mén)大幅高頻擺動(dòng)問(wèn)題的分析及解決[J].節(jié)能技術(shù)，2012，30（6）：527-531.

[9] 徐志強(qiáng)，宋英東，范軼，等.國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型600MW汽輪機(jī)順序閥投運(yùn)情況調(diào)查及分析[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2008，50（5）：374-377.

[10] 孟憲彬，馬世喜，劉嬌，等.200MW級(jí)間接空冷機(jī)組的運(yùn)行調(diào)研及綜合優(yōu)化潛力分析[J].節(jié)能技術(shù)，2014，32（1）：32-37.endprint