孟坦

(國華徐州發(fā)電有限公司，江蘇 徐州　221166)

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1 000 MW機組汽輪機閥組壓損優(yōu)化設(shè)計

孟坦

(國華徐州發(fā)電有限公司，江蘇 徐州221166)

介紹了某發(fā)電公司1 000 MW機組汽輪機閥組壓損優(yōu)化，及真空度補償項目實施的基本原理和思路，闡述了機組壓損優(yōu)化設(shè)計思路和試驗數(shù)據(jù)、優(yōu)化措施及效果。在節(jié)能方面取得了良好的效果，發(fā)電煤耗降低了0.6 g/(kW·h)，可供同類型機組參考借鑒。

1 000 MW機組；壓損；滑壓曲線；控制優(yōu)化

0　引言

某發(fā)電公司百萬超超臨界燃煤機組，鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的3 099 t/h超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈塔式直流爐，采用德國西門子公司技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界1 000 MW汽輪機。設(shè)計帶基本負荷，采用全周進汽滑壓運行，高壓缸進口設(shè)有2只高壓主汽門和2只高壓調(diào)門，并配有過負荷運行的補汽閥[1]，但補汽閥開啟后會帶來機組振動，不適用于日常運行機組負荷調(diào)節(jié)。在當前大型機組普遍參與電網(wǎng)調(diào)峰運行的環(huán)境下，為滿足自動發(fā)電量控制(AGC)和一次調(diào)頻響應(yīng)的要求，高壓調(diào)門通常留有較大的負荷調(diào)節(jié)余量。由此造成機組變負荷運行時，尤其在低負荷階段，高壓調(diào)門節(jié)流損失較大，對運行經(jīng)濟性造成不利影響。在#1機組的全負荷工況下，汽輪機閥組開度較小，在500～900 MW負荷段，高壓調(diào)門開度在30%～35%，汽輪機閥組壓損通常在14%及以上，影響了機組經(jīng)濟性運行的要求。另外，機組協(xié)調(diào)控制過程中也未考慮機組真空度對機組整體控制的影響，從而導致真空度變化時機組的控制不能很好適應(yīng)當前工況，達到最優(yōu)狀態(tài)運行。

因此，有必要通過滑壓優(yōu)化試驗尋找機組在各負荷工況下較合適的主蒸汽壓力，在確保機組具有一定快速調(diào)負荷的前提下，盡量開大高壓調(diào)門以減少高壓調(diào)門閥組壓損，進而提高機組運行經(jīng)濟性。通過設(shè)計高精度試驗對機組滑壓運行方式進行壓力設(shè)定優(yōu)化，試驗得出兼顧運行經(jīng)濟性和可控性的滑壓曲線，并通過完善真空度的邏輯，用真空度變化來進一步修正滑壓部分的函數(shù)曲線，對優(yōu)化后的各參數(shù)進行對比，得出實際節(jié)能效果和影響。這種滑壓曲線的修正方法也為同型汽輪機運行方式優(yōu)化提供參考。

1　壓損優(yōu)化原理

1.1汽輪機閥組壓損優(yōu)化原理

對于汽輪機組而言，當真空度一定時，高壓調(diào)節(jié)閥后的壓力大小可以代表汽輪機的負荷，若此時高壓調(diào)閥前壓力越高，則閥組帶來的壓損越高，高壓缸缸效下降，機組效率降低[2]。為提高機組效率，應(yīng)在保留一定調(diào)節(jié)余量的前提下盡量降低閥前壓力，減小閥組帶來的壓損，同時主汽壓力降低，給水汽泵能耗減少，汽輪機做功增加，機組運行的經(jīng)濟性提高。

本次汽輪機閥組壓損優(yōu)化的目標是穩(wěn)態(tài)工況下500～1 000 MW負荷段內(nèi)，提高汽輪機閥組平均開度至40%～45%。以某上汽1 000 MW機組的滑壓優(yōu)化試驗數(shù)據(jù)為例，汽輪機調(diào)門開度45%的優(yōu)化滑壓方式熱耗曲線與調(diào)門全開方式的熱耗曲線非常接近(如圖1所示)，調(diào)門開度45%方式下比調(diào)門全開方式下的主汽壓力要高3.6%左右，因此該滑壓方式下比調(diào)門全開時存在3.6%的負荷調(diào)節(jié)余量，對應(yīng)500 MW工況為18 MW，對應(yīng)1 000 MW工況為36 MW，一般工況下能滿足AGC和一次調(diào)頻的要求。優(yōu)化工作需要根據(jù)試驗結(jié)果對圖1中日?；瑝翰糠值暮瘮?shù)曲線進行修改，無需修改分散控制系統(tǒng)(DCS)邏輯。

1.2凝汽器真空度優(yōu)化原理

汽輪機組在日常運行過程中，凝汽器壓力會隨著季節(jié)變換而大幅度變化。在保持原滑壓控制曲線規(guī)定的主蒸汽壓力與機組負荷對應(yīng)關(guān)系不變的情況下，夏季滑壓運行工況的汽輪機高壓調(diào)門開度將明顯偏大，而冬季滑壓運行工況的高壓調(diào)門開度將有所偏小，這些都會對機組滑壓運行的控制特性以及運行經(jīng)濟性產(chǎn)生不利的影響。為了消除這一不利影響因素，對機組滑壓控制回路引入凝汽器真空度變化的修正，對機組滑壓控制曲線的橫坐標(機組負荷)進行凝汽器運行壓力偏離設(shè)計值的出力修正，使參與機組滑壓控制的機組負荷能折算到凝汽器設(shè)計壓力這一基準值。

圖1　某上汽1 000 MW機組不同方式下的熱耗曲線

凝汽器真空修正因子

式中：Δpc為凝汽器運行壓力與基準壓力之差值，通常取凝汽器設(shè)計壓力4.9 kPa作為基準壓力；C0為凝汽器壓力變化影響系數(shù)，即凝汽器壓力每變化1 kPa引起機組負荷的變化幅度。

經(jīng)過修正后的機組負荷，實質(zhì)上是一個折算至基準凝汽器壓力的“名義負荷”，以此作為機組滑壓控制曲線中的橫坐標參數(shù)，這樣可以排除凝汽器壓力變化對機組負荷的影響。

2　壓損優(yōu)化試驗

2.1汽輪機閥組壓損優(yōu)化試驗的試驗數(shù)據(jù)

機組壓損優(yōu)化的實質(zhì)是尋找各負荷工況下主蒸汽壓力與汽輪機調(diào)門開度的最佳匹配關(guān)系，確定最佳滑壓閥位和相應(yīng)的滑壓曲線。試驗時機組退出AGC和協(xié)調(diào)控制，汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)投初壓模式，通過調(diào)整主汽壓力設(shè)定偏置，將各負荷點汽輪機高調(diào)門開度調(diào)整至45%～50%，汽輪機閥組壓損優(yōu)化試驗的試驗數(shù)據(jù)見表1。根據(jù)試驗過程中各負荷點的汽輪機高調(diào)門前、后壓力計算出高壓調(diào)門壓損，見表2。

從表中可以看出，試驗時的主汽壓力已使閥門壓損大幅度降低，但為了保證機組的AGC和一次調(diào)頻能力，需將過低壓損的負荷點主汽壓力設(shè)定值適當上移，最好保證各負荷點閥門壓損在6%左右，同時保證滑壓曲線的平滑。

2.2真空度補償優(yōu)化試驗的試驗數(shù)據(jù)

真空度補償優(yōu)化試驗的目的是找出不同真空度

表1　汽輪機閥組壓損優(yōu)化試驗數(shù)據(jù)

表2　優(yōu)化閥點下各負荷段汽輪機閥組壓損數(shù)據(jù)

時影響負荷的量，試驗時機組退出AGC和協(xié)調(diào)控制，DEH投初壓模式，通過運行人員手動調(diào)整真空度，使真空度降低1～2 kPa，記錄真空度變化前、后的機組負荷和真空度變化幅度。真空度補償優(yōu)化試驗的試驗數(shù)據(jù)記錄見表3，從表3中可以看出真空度變化1 kPa對負荷的影響系數(shù)。

2.3試驗結(jié)論

2.3.1汽輪機閥組壓損優(yōu)化試驗結(jié)論

由表2中的試驗數(shù)據(jù)并結(jié)合原DCS中滑壓曲線，計算出新的滑壓曲線設(shè)定值，見表4。原滑壓線曲線和按照優(yōu)化閥點(45%)設(shè)置的新滑壓曲線對比如圖2所示。

2.3.2真空度補償優(yōu)化結(jié)論

由表3試驗數(shù)據(jù)并結(jié)合真空度優(yōu)化的邏輯，計算出真空度修正系數(shù)和負荷的關(guān)系，見表5。其中凝汽器的基準壓力取滑壓閥點優(yōu)化試驗中的真空度-97.8 kPa，這樣，通過真空度修正系數(shù)去修正滑壓曲線產(chǎn)生主汽壓力設(shè)定值，即可獲得不同真空度下的最佳滑壓曲線。

表3　真空度補償優(yōu)化試驗數(shù)據(jù)

表4　新滑壓曲線設(shè)定值

圖2　原滑壓線和新滑壓曲線對比

3　滑壓曲線的修正與真空度補償邏輯完善

3.1滑壓曲線的修正

該機組擇機進行了滑壓曲線的修正，由于修改滑壓曲線時不需要修改邏輯，可以在機組運行期間進行。修改時機組解除AGC，穩(wěn)定機組負荷，熱控人員將主汽壓力設(shè)定值停止掃描，但需保留運行人員主汽壓力偏置功能，以保證在修改過程中運行人員可以根據(jù)工況調(diào)整主汽壓力設(shè)定值。熱控人員修改完成后，通過強制方式過渡到當前負荷下新的滑壓曲線對應(yīng)的主汽壓力設(shè)定值，然后釋放主汽壓力強制點，完成滑壓曲線的在線修改工作。

表5　真空度修正系數(shù)設(shè)定

從圖2可以看出，此次修正改動和影響如下。

改動:(1)壓力設(shè)定值的修正范圍為500～1 000 MW；(2)除500～600 MW的負荷過渡段，優(yōu)化后的滑壓曲線斜率和原滑壓曲線斜率基本一致。

影響：(1)汽輪機調(diào)門開度的改變體現(xiàn)在500～1 000 MW范圍內(nèi)，其中效果最明顯的負荷段為600～950 MW。在該負荷范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)工況下汽輪機調(diào)門開度保持在45%左右，調(diào)門壓損將控制在6%左右，比原來15%左右的調(diào)門壓損大幅降低。其他負荷段修正較小的原因是，950 MW以上負荷段原運行工況比較接近設(shè)計的調(diào)門經(jīng)濟運行工況，而600 MW以下的工況的修正量較小，考慮到輔機故障減負荷(RB)工況下如果再降低目標負荷，以機組現(xiàn)有的控制策略將出現(xiàn)汽輪機調(diào)門開度很小的危險工況。因此在滿負荷工況和RB工況下，機組的控制保持不變，不會出現(xiàn)危險工況。(2)機組滑壓線的斜率和原滑壓線基本一致，因此當機組蓄熱能力足夠釋放時，機組協(xié)調(diào)控制參數(shù)可基本不做修正。但是當機組蓄熱能力不足以支撐負荷變化時，將出現(xiàn)汽壓乃至負荷超差較大的工況，需要在協(xié)調(diào)優(yōu)化項目中實施或臨時改變動態(tài)的正向調(diào)整量，以適合動態(tài)蓄熱不足的情況。

3.2真空度補償邏輯完善

真空度補償優(yōu)化工作需要對原有DCS控制邏輯進行修改，即采用凝汽器實際真空度與基準真空度值偏差去修正主汽壓力設(shè)定值，修改部分如圖3所示，圖中：LDC為負荷指令；BMOUT為鍋爐指令；LDCOUT為實際負荷要求指令；T為輸出轉(zhuǎn)換；Δp為真空度變化值。這樣，通過真空度與基準真空度偏差去修正滑壓曲線產(chǎn)生的主汽壓力設(shè)定值，即可獲得不同真空度下的最佳滑壓曲線。

圖3　真空修正壓力定值邏輯修改示意

4　優(yōu)化后的效果及下一步工作

優(yōu)化后，在600～1 000 MW日常調(diào)峰負荷范圍內(nèi)，汽輪機閥組平均開度增加至43%～47%，高壓調(diào)門壓損下降至6%左右。發(fā)電熱耗存在不同程度的下降，平均下降20 kJ/(kW·h)左右，其中700 MW工況熱耗下降幅度接近0.4%。由此可折算得到機組供電煤耗平均降低約0.6 g/(kW·h)，按年度單機發(fā)電量60×109kW·h計，可節(jié)約標準煤3 600 t，按每噸煤500元計算，年度可節(jié)約燃煤費用180萬元。降低了汽輪機調(diào)門的節(jié)流損失，提高了機組的經(jīng)濟效益[3]。

優(yōu)化后，在連續(xù)較大幅度升負荷時，偶爾會出現(xiàn)高壓調(diào)門全開工況，但主汽壓力與設(shè)定值偏差沒有超過0.8 MPa，這需要在下一步協(xié)調(diào)控制優(yōu)化中完善。優(yōu)化后機組在AGC指令大幅變化時，主汽壓力與設(shè)定值偏差較大，主汽壓力拉回起作用，如調(diào)門全開，機組負荷跟蹤比優(yōu)化前稍慢，在下一步協(xié)調(diào)控制優(yōu)化中需一并考慮修改完善，完善后可適當提高變負荷速率，以滿足AGC考核指標。優(yōu)化后機組的一次調(diào)頻考核不達標點少量增加，下一步可以調(diào)整DEH一次調(diào)頻回路中低頻差時的不等率，或采用其他控制策略改善調(diào)頻效果。

由于該機組運行方式是補氣閥不參與方式，補氣閥指令上限已被限制，所以，DEH流量指令上限必須限制在80%以下或退出高壓調(diào)門子環(huán)。當采用高壓調(diào)門子環(huán)退出方式來避免DEH流量指令從100%下關(guān)帶來的空行程指令時，還要對DEH功率回路的參數(shù)進行整定，這需要結(jié)合機組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化實施。

5　結(jié)論

由于目前1 000 MW超超臨界機組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰，設(shè)計與實際運行條件存在差異，使配汽方式優(yōu)化在上汽1 000 MW汽輪機上具有較大的節(jié)能潛力，應(yīng)引起足夠的重視與關(guān)注[4]。該1 000 MW超超臨界汽輪機閥組壓損優(yōu)化就是一次很好的實踐，可為同類型機組提供借鑒和參考。從系統(tǒng)運行情況來分析，主(再)熱蒸汽溫度控制、AGC調(diào)節(jié)和一次調(diào)頻控制等方面還有優(yōu)化空間，這正是下一階段工作的方向， 爭取在不斷優(yōu)化中有更大的節(jié)能效果。

[1]何阿平，彭澤瑛.上汽-西門子型百萬千瓦超超臨界汽輪機[J].熱力透平，2006，35(1)：1-7.

[2]董小忠，孫永平，樊印龍.汽輪發(fā)電機組滑壓運行尋優(yōu)方法的試驗研究[J].浙江電力，2008(5)：24-26.

[3]錢朝明，王會，吳永存，等.1 000 MW火電機組協(xié)調(diào)控制策略優(yōu)化[J].中國電力，2013，46(3)：68-72.

[4]肖峰.1 000 MW超超臨界汽輪機配汽方式優(yōu)化[J].廣東電力，2013(8)：94-97.

(本文責編：齊琳)

2016-03-21；

2016-06-25

TM 621.4

B

1674-1951(2016)07-0028-04

孟坦(1976—)，男，江蘇徐州人，工程師，從事火力發(fā)電熱控技術(shù)管理與研究方面的工作(E-mail:mmtt09@163.com)。