趙偉光，劉明遠(yuǎn)，楊尚文，王 健

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006;2.國(guó)電大連莊河發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 莊河 116431)

國(guó)產(chǎn)超臨界600 MW汽輪機(jī)深化滑壓運(yùn)行試驗(yàn)研究

趙偉光1，劉明遠(yuǎn)2，楊尚文2，王 健1

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006;2.國(guó)電大連莊河發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 莊河 116431)

在不同負(fù)荷和進(jìn)汽壓力下，采用ASME試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)國(guó)產(chǎn)超臨界600 MW汽輪機(jī)進(jìn)行深化滑壓運(yùn)行方式試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)特性進(jìn)行分析，得到300～500 MW負(fù)荷下的滑壓運(yùn)行曲線(xiàn)，實(shí)踐證明，此運(yùn)行方式更經(jīng)濟(jì)。

汽輪機(jī);缸效率;熱耗率

國(guó)電大連莊河發(fā)電有限責(zé)任公司現(xiàn)投產(chǎn)2臺(tái)由哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為CLN600-24.2/566/566，額定功率為600 MW。配汽機(jī)構(gòu)由2個(gè)主汽門(mén)和4個(gè)調(diào)速汽門(mén)組成，在順序閥狀態(tài)下采用定-滑-定運(yùn)行方式，由于原設(shè)計(jì)運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)性差，于2009年4月對(duì)2號(hào)機(jī)進(jìn)行了最佳滑壓運(yùn)行方式的5種不同調(diào)門(mén)開(kāi)啟方式試驗(yàn)。由試驗(yàn)可知，負(fù)荷在510～600 MW時(shí)采用順序閥定壓運(yùn)行方式、在300～510 MW時(shí)采用兩閥全開(kāi)滑壓運(yùn)行方式較經(jīng)濟(jì)，其次分別為兩閥點(diǎn)、三閥點(diǎn)和順序閥運(yùn)行方式，負(fù)荷越低相差越大［1］。高壓缸效率在三閥全開(kāi)時(shí)最高，其次是三閥點(diǎn)、順序閥、兩閥全開(kāi)及兩閥點(diǎn)運(yùn)行方式。最佳滑壓運(yùn)行方式的閥位在實(shí)際運(yùn)行中很難操作，因此需選擇易實(shí)現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)性好于順序閥方式的方法進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)參考同類(lèi)型機(jī)組的試驗(yàn)結(jié)果［2-3］。選擇三閥點(diǎn)方式進(jìn)行不同壓力下的試驗(yàn)，1號(hào)機(jī)于2012年12月～2013年2月間的A級(jí)檢修中，將鍋爐側(cè)引風(fēng)機(jī)和脫硫增壓風(fēng)機(jī)由電動(dòng)及拖動(dòng)改為小汽輪機(jī)拖動(dòng)，該小汽輪機(jī)用汽由中壓缸排汽抽出，同時(shí)由于加裝脫硝裝置、再熱冷端提供3.9 t/h蒸汽、A級(jí)檢修后機(jī)組在低負(fù)荷、低壓力下運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)鍋爐過(guò)熱器局部超溫、A汽動(dòng)給水泵軸振增大等問(wèn)題，因此在低負(fù)荷滑壓運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員將原設(shè)計(jì)進(jìn)汽壓力提高3.0 MPa。由于熱力系統(tǒng)變化和設(shè)備缺陷的出現(xiàn)，滑壓方式的經(jīng)濟(jì)性發(fā)生變化，2013年6月再次進(jìn)行了深化滑壓運(yùn)行方式試驗(yàn)。

1 主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

汽輪機(jī)組在純凝汽工況下不同負(fù)荷時(shí)的技術(shù)參數(shù)和性能見(jiàn)表1。

2 深化滑壓運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果及特征分析

2.1 深化滑壓運(yùn)行方式試驗(yàn)主要計(jì)算結(jié)果

在300 MW、350 MW、400 MW、450 MW、500 MW負(fù)荷下，分別進(jìn)行3種不同進(jìn)汽壓力的缸效率和熱耗率試驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)表2～表4［5］。

其中，低壓缸效率在停鍋爐吹灰、對(duì)外供汽和未關(guān)補(bǔ)水狀態(tài)下得到。

表1 汽輪機(jī)組在不負(fù)荷下的設(shè)計(jì)參數(shù)和性能［4］

表2 300 MW、350 MW負(fù)荷時(shí)深化滑壓運(yùn)行方式試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

表3 400 MW、450 MW負(fù)荷時(shí)深化滑壓運(yùn)行方式試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

表4 500 MW負(fù)荷時(shí)深化滑壓運(yùn)行方式試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

可見(jiàn)，負(fù)荷為300～400 MW時(shí)，汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力最低時(shí)熱耗率最低，此時(shí)1、2號(hào)調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度最大。350 MW和400 MW負(fù)荷時(shí)接近“三閥點(diǎn)”狀態(tài);450 MW和500 MW工況下正好相反，即汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力最高時(shí)熱耗率最低，此時(shí)的調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度較低壓工況下小，且與調(diào)門(mén)開(kāi)度無(wú)關(guān)，與進(jìn)汽壓力有關(guān)。

2.2 滑壓運(yùn)行特性分析

2.2.1 不同負(fù)荷、壓力下熱耗率變化特性

圖1為5個(gè)負(fù)荷時(shí)3種壓力變化與熱耗率關(guān)系曲線(xiàn)。圖2為各個(gè)負(fù)荷下3個(gè)不同進(jìn)汽壓力時(shí)熱耗率的變化情況，5條曲線(xiàn)的最低點(diǎn) (熱耗率最小)相連可得最佳熱耗曲線(xiàn)。

圖1 5種負(fù)荷時(shí)3種壓力變化與熱耗率關(guān)系曲線(xiàn)

圖2 主蒸汽壓力與負(fù)荷特性曲線(xiàn)

由圖1可見(jiàn)，300 MW負(fù)荷時(shí)運(yùn)行滑壓最經(jīng)濟(jì)進(jìn)汽 壓 力 為 14.806 MPa， 熱 耗 率 為 8 469.01 kJ/kWh;350 MW負(fù)荷時(shí)運(yùn)行滑壓最經(jīng)濟(jì)進(jìn)汽壓力為 15.374 MPa，熱耗率為8 421.72 kJ/kWh;400 MW負(fù)荷時(shí)運(yùn)行滑壓最經(jīng)濟(jì)進(jìn)汽壓力為17.245 MPa，熱耗率為8 294.96 kJ/kWh;450 MW負(fù)荷時(shí)運(yùn)行滑壓最經(jīng)濟(jì)進(jìn)汽壓力為21.255 MPa，熱耗率為8 274.69 kJ/kWh;500 MW負(fù)荷時(shí)運(yùn)行滑壓最經(jīng)濟(jì)進(jìn)汽壓力為23.388 5 MPa，熱耗率為8 258.20 kJ/kWh，由此得到5種負(fù)荷下的最佳滑壓運(yùn)行壓力和熱耗率。

由圖2可見(jiàn)，400 MW負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)得到的3個(gè)壓力下的熱耗值僅差9 kJ/kWh;500 MW負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)得到3個(gè)壓力下的熱耗值最大相差21 kJ/kWh;其它3個(gè)負(fù)荷不同壓力下，熱耗值相差略大些。2009年4月在2號(hào)機(jī)所進(jìn)行滑壓試驗(yàn)時(shí)得到的兩閥全開(kāi)滑壓階段主汽壓力與負(fù)荷關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖中細(xì)實(shí)線(xiàn)，在調(diào)門(mén)開(kāi)度為順序閥狀態(tài)、改變不同壓力時(shí)得到的主汽壓力與負(fù)荷關(guān)系曲線(xiàn)為粗實(shí)線(xiàn)。

2.2.2 主蒸汽壓力與負(fù)荷、主蒸汽流量特性確定

通過(guò)圖2擬合得到主蒸汽壓力與機(jī)組負(fù)荷的關(guān)系曲線(xiàn)，由此得到擬合曲線(xiàn)方程式:

式中:PMS為汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力，MPa;NCG為發(fā)電機(jī)端功率，kW。進(jìn)而可計(jì)算得到機(jī)組在負(fù)荷300～500 MW運(yùn)行時(shí)的最佳汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力。

2.3 滑壓運(yùn)行過(guò)程中鍋爐超溫問(wèn)題

在300 MW負(fù)荷下，進(jìn)汽壓力低于14 MPa時(shí)，鍋爐過(guò)熱器后屏出現(xiàn)超溫點(diǎn);汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速降至3 700 r/min時(shí)，A小汽輪機(jī)1瓦Y向軸振達(dá)92 μm以上。因以上原因造成1號(hào)機(jī)組在50%～80%負(fù)荷滑壓時(shí)，主蒸汽壓力調(diào)整值遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)滑壓值，從而使機(jī)組在滑壓負(fù)荷段經(jīng)濟(jì)性較差?；瑝哼\(yùn)行時(shí)，引起直流爐過(guò)熱器超溫有以下3種可能:根據(jù)水蒸氣的熱力學(xué)性質(zhì)，壓力降低，蒸汽定壓比熱減少，加熱到相同主汽溫度時(shí)每kg蒸汽的吸熱量減少，因此在同樣負(fù)荷且壓力較低狀態(tài)下，耗煤量雖減少，但實(shí)際燃用煤種偏離設(shè)計(jì)值較大 (燃煤熱值偏低)，耗煤量比原設(shè)計(jì)煤種增加，此時(shí)煙氣量大幅增加;壓力越低，介質(zhì)流速越低，熱交換速率也越低，燃料所產(chǎn)生熱量帶走減少，管束表面溫度升高;個(gè)別過(guò)熱器管束中留有雜質(zhì)，導(dǎo)致管徑變小、流經(jīng)介質(zhì)流量偏小，易產(chǎn)生局部過(guò)熱超溫。其中最后一種原因影響最大，前兩種原因可通過(guò)燃燒調(diào)整得以解決［6］。

2.4 高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度對(duì)機(jī)組滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響分析

國(guó)電電力大連莊河發(fā)電有限責(zé)任公司2號(hào)汽輪機(jī)組進(jìn)行了最佳滑壓方式試驗(yàn)，其經(jīng)濟(jì)性與高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度方式有直接關(guān)系 (即在兩閥全開(kāi)時(shí)最經(jīng)濟(jì))。此次試驗(yàn)雖然沒(méi)有在兩閥全開(kāi)狀態(tài)下進(jìn)行，但試驗(yàn)5種負(fù)荷工況中有4種負(fù)荷工況出現(xiàn)“三閥點(diǎn)”狀態(tài)，350 MW和400 MW負(fù)荷下，在“三閥點(diǎn)”狀態(tài)下最經(jīng)濟(jì)，進(jìn)汽壓力最低狀態(tài)下熱耗率最小 (300 MW負(fù)荷下亦然)，見(jiàn)表2和表3。450 MW和500 MW工況與前3種負(fù)荷相反，汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力最高時(shí)熱耗率最低，此時(shí)的調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度較2個(gè)低壓工況時(shí)小、高壓缸效率也低，但1、2號(hào)調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度均超過(guò)50%，在這種狀態(tài)下其結(jié)果僅與進(jìn)汽壓力有關(guān) (見(jiàn)表3和表4)。500 MW工況下在3個(gè)不同主蒸汽壓力下得到的熱耗值相差僅20 kJ/kWh，1、2號(hào)調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度均超過(guò)60%。

可見(jiàn)，負(fù)荷為450 MW以上且進(jìn)汽壓力高于21 MPa、1、2號(hào)調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度超過(guò)50%時(shí)，汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)性?xún)H與進(jìn)汽壓力有關(guān)。

2.5 汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力變化對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響

根據(jù)水蒸氣的熱力學(xué)性質(zhì)給出定壓比熱變化值分析，當(dāng)主蒸汽溫度為560℃、壓力由21 MPa升至23 MPa時(shí)，定壓比熱由2.925 kJ/(kg·K)升至3.027 kJ/(kg·K)，其中壓力由21 MPa升至22 MPa時(shí)，定壓比熱遞增值為0.05 kJ/(kg·K);壓力由22 MPa升至23 MPa時(shí)，定壓比熱遞增值為0.052 kJ/(kg·K)［7］。蒸汽溫度 (560 ℃)相同、壓力由13 MPa升至16 MPa時(shí)，定壓比熱由2.575 kJ/(kg·K)升至2.696 kJ/(kg·K)，由低到高定壓比熱遞增值分別為0.039 kJ/(kg·K)、0.04 kJ/(kg·K)、0.042 kJ/(kg·K)?？梢?jiàn)，壓力越高，定壓比熱遞增值越大，當(dāng)主蒸汽壓力達(dá)23 MPa時(shí)增值最大，此時(shí)在汽輪機(jī)釋放能量最大，彌補(bǔ)了高壓調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失所帶來(lái)的影響。

2.6 滑壓運(yùn)行時(shí)低壓缸效率對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響

在優(yōu)化滑壓運(yùn)行試驗(yàn)中，主流量以安裝在5號(hào)低加出口至除氧器凝結(jié)水管道上、經(jīng)標(biāo)定合格的ASME長(zhǎng)徑噴嘴為主。15個(gè)工況的試驗(yàn)點(diǎn)、低壓缸效率均在停鍋爐吹類(lèi)、外部用汽和補(bǔ)水未關(guān)狀態(tài)下得到。由各負(fù)荷下的不同進(jìn)汽壓力所得到的低壓缸效率可見(jiàn):每一負(fù)荷低壓缸效率最高工況下經(jīng)濟(jì)性最好，當(dāng)3個(gè)不同進(jìn)汽壓力下得到的低壓缸效率相差較小時(shí)，高壓缸效率最高的滑壓經(jīng)濟(jì)性最好(如300 MW負(fù)荷工況)。

高壓缸效率每變化1%，則影響熱耗率13.2 kJ/kWh;而低壓缸效率每變化1%，影響熱耗率31.23 kJ/kWh。后者影響值是前者3倍，因此在滑壓運(yùn)行中高壓缸效率變化的大小不能評(píng)價(jià)滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)論

a. 300 MW負(fù)荷滑壓運(yùn)行時(shí)，最經(jīng)濟(jì)進(jìn)汽壓力為14.806 MPa，此時(shí)熱耗率為8 469.01 kJ/kWh。

b. 350 MW負(fù)荷滑壓運(yùn)行時(shí)，最經(jīng)濟(jì)進(jìn)汽壓力為15.374 MPa，此時(shí)熱耗率為8 421.72 kJ/kWh。

c. 400 MW負(fù)荷滑壓運(yùn)行時(shí)，最經(jīng)濟(jì)進(jìn)汽壓力為17.245 MPa，此時(shí)熱耗率為8 294.96 kJ/kWh。

d. 450 MW負(fù)荷滑壓運(yùn)行時(shí)，最經(jīng)濟(jì)進(jìn)汽壓力為21.255 MPa，此時(shí)熱耗率為8 274.69 kJ/kWh。

e. 500 MW負(fù)荷滑壓運(yùn)行時(shí)，最經(jīng)濟(jì)進(jìn)汽壓力 為 23.388 5 MPa， 此 時(shí) 熱 耗 率 為 8 258.20 kJ/kWh。

f. 根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，繪制汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力和負(fù)荷關(guān)系曲線(xiàn)及推導(dǎo)擬合公式。在現(xiàn)有狀態(tài)下，在300～500 MW負(fù)荷變化中，根據(jù)曲線(xiàn)或擬合公式得到的汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力進(jìn)行滑壓運(yùn)行，比現(xiàn)有運(yùn)行方式更經(jīng)濟(jì)。

g. 如通過(guò)燃燒調(diào)整或局部改造，解決在低負(fù)荷、低壓力下過(guò)熱器超溫及汽動(dòng)給水泵振動(dòng)大問(wèn)題，在300 MW、350 MW時(shí)的最佳滑壓參數(shù)，可能比此次試驗(yàn)得到的壓力值還低，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。

h. 如汽輪機(jī)本體和輔機(jī)有重大改進(jìn)，本文結(jié)論將不再適用。

［1］ 薛永峰，楊尚文.國(guó)產(chǎn)600 MW超臨界機(jī)組滑壓運(yùn)行方式試驗(yàn)研究［J］.東北電力技術(shù)，2010，31(10):11-14.

［2］ 王世勛，龔源榮，周金順，等.600 MW超臨界機(jī)組滑壓運(yùn)行方式技術(shù)研究 ［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2011，54(2):147-150.

［3］ 劉煥武，劉廣武，劉 炎.國(guó)產(chǎn)600 MW汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)研究［J］.東北電力技術(shù)，2013，34(4):40-43.

［4］ CLN600-24.2/566/566型汽輪機(jī)熱力特性［K］.哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司，2009.

［5］ DL/T904—2004，火力發(fā)電廠(chǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法 ［S］.

［6］ 高 鵬，張?zhí)焓?，劉延貴.300 MW汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行若干問(wèn)題研究［J］.東北電力技術(shù)，2003，24(6):4-7.

［7］ 楊劍永，張 敏，周 亮.國(guó)產(chǎn)超臨界600 MW汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性分析［J］.東北電力技術(shù)，2006，27(8):6-8.

Test Study on Deepen Sliding Pressure Operation for Domestic Supercritical 600 MW Steam Turbine

ZHAO Wei-guang1，LIU Ming-yuan2，YANG Shang-wen2，WANG Jian1
(1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China;2.GD Power Dalian Zhuanghe Power Generation Co.，Ltd.，Zhuanghe，Liaoning 116431，China)

According to ASME test standard，the test on deepen sliding pressure operation for domestic supercritical 600 MW steam turbine is carried out under different load and different inlet steam pressure.The sliding pressure curves from 300 MW to 500 MW load are gained by analysing test features and characteristics，which is more economic than the existing operation mode.

Steam turbine;Cylinder efficiency;Heat rate

TK267

A

1004-7913(2014)03-0013-05

趙偉光 (1955—)，男，學(xué)士，高級(jí)工程師，從事汽輪機(jī)節(jié)能技術(shù)研究工作。

2013-12-11)