孫建國　李越男　趙軍　楊春宇　陳學科　江飛　李興朔

摘 要：目前，許多大功率火電機組因為風電等新能源電力大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電而不得不進行深度變負荷運行，機組調(diào)峰運行的滑壓運行曲線優(yōu)化值得深入研究。該文在概述傳統(tǒng)滑壓運行曲線獲取方式的基礎(chǔ)上，分析了汽輪機最優(yōu)運行主蒸汽壓力的影響因素。以達拉特電廠8臺機組面臨的實際問題為研究案例，提出了一種大功率火電機組深度滑壓運行的優(yōu)化策略，所得到的滑壓運行曲線能夠克服背壓和抽汽量的變化。這對進一步提高參與調(diào)峰的大功率火電機組的滑壓運行經(jīng)濟性有一定的指導意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機 滑壓 背壓 抽汽量 優(yōu)化策略

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0113-03

目前，國內(nèi)越來越多的大功率高參數(shù)機組不得不參與調(diào)峰運行，負荷甚至低至50%以下；而所涉及的機組容量范圍為200～660 MW，機組參數(shù)從超高壓、亞臨界和超（超）臨界。并且，越來越多的大功率供熱機組也開始參與調(diào)峰；當然，不僅僅是國內(nèi)制造機組，也包括一些國外進口機組[1-5]。為了提高深度變負荷運行機組的運行經(jīng)濟性和安全性，越來越多的研究者將目光轉(zhuǎn)移至滑壓運行曲線優(yōu)化方面[6-8]。然而，機組最優(yōu)運行主蒸汽壓力受多種因素的影響，尤其是背壓和抽汽量的影響，直接影響大功率供熱機組和空冷機組的運行經(jīng)濟性[9-10]。文章在概述傳統(tǒng)滑壓運行曲線獲取方式的基礎(chǔ)上，分析了汽輪機最優(yōu)運行主蒸汽壓力的影響因素。針對以負荷為自變量的滑壓運行曲線的局限性和機組運行的實際工況，提出了一種大功率火電機組深度滑壓運行的優(yōu)化策略，所得到的滑壓運行曲線能夠克服背壓和抽汽量的變化。

1 案例機組概況

達拉特電廠配備8臺機組，包括6臺亞臨界330 MW供熱機組和2臺亞臨界600 MW空冷機組。以6臺330 MW機組為例，機組具有一定的特殊性：首先，機組配備100%汽泵；并且，在供熱期汽泵參與供熱。因此，機組的滑壓運行曲線也具有一定的特殊性。圍繞達拉特電廠6臺330 MW機組的特殊運行方式的關(guān)鍵科學和技術(shù)問題，希望通過理論分析和實驗研究等手段開展330 MW供熱機組滑壓綜合優(yōu)化技術(shù)研究；通過理論分析，獲得100%汽泵在供熱期和非供熱期對機組最優(yōu)主蒸汽壓力的影響規(guī)律；重點開展兩種運行模式下的最優(yōu)主蒸汽壓力獲取方法和機組DCS自動滑壓的實現(xiàn)方法，并開展相關(guān)的驗證實驗，最終獲得330 MW供熱機組滑壓綜合優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)。這對推動目前國內(nèi)占主流的330 MW供熱機組的節(jié)能減排具有重要意義。此外，將成果平移至2臺亞臨界600 MW空冷機組上，實現(xiàn)背壓大范圍變化機組的推廣應用。

2 滑壓運行曲線的獲取方法概述

機組深度變負荷運行時，高調(diào)節(jié)閥開度變小、調(diào)節(jié)級節(jié)流損失增加，導致機組運行經(jīng)濟性降低。此時機組采用滑壓方式運行，負荷降低時的主蒸汽壓力也隨之降低，不僅會使高調(diào)節(jié)閥的開度增大、節(jié)流損失降低，而且給水泵耗功也會減少，機組運行經(jīng)濟性提高。為了切實提高機組變負荷時滑壓運行的經(jīng)濟性，必須確定合適的滑壓運行曲線。對最優(yōu)滑壓運行壓力的確定國內(nèi)外主要的方法有以下3種：實驗比較法、耗差分析法、建立優(yōu)化模型法。李虎等人分別針對660 MW和700 MW機組的性能特點，就調(diào)峰負荷時不同壓力運行時的主要經(jīng)濟指標進行分析，通過對相同負荷不同壓力條件下機組的安全性能進行對比，得到了機組調(diào)峰時不同負荷下合理的運行方式和滑壓曲線[1，4]。趙偉光等人以國產(chǎn)超臨界600 MW和超超臨界1 000 MW汽輪機為研究案例，通過不同負荷進氣壓力下的滑壓運行方式試驗得到了適合滑壓運行曲線[2-3]。劉雙柏基于試驗工況整機性能的擬合計算，研究了定滑壓運行曲線及主汽壓力與機組效率的關(guān)系和定滑壓運行曲線的局限性，并在200 MW機組進行應用測試[6]。牛培峰等人針對變工況運行時的汽輪機最優(yōu)主蒸汽壓力進行求解，建立了基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡熱耗率的預測模型，并通過改進的磷蝦群優(yōu)化算法的全局搜索能力，對所建的預測模型進行主蒸汽壓力尋優(yōu)[7]。童小忠等人針對汽輪機低負荷運行階段的滑壓運行方式尋優(yōu)，結(jié)合試驗比較的方法進行分析，提出在缺乏高精度試驗條件的情況下較為方便的耗差分析法[8]。針對背壓和抽汽變化：文獻[5]設(shè)計3種抽汽工況滑壓曲線作為熱電聯(lián)產(chǎn)機組抽汽供熱期的汽輪機滑壓運行優(yōu)化方法，通過DCS切換邏輯克服抽汽變化對機組最優(yōu)滑壓運行曲線的影響。文獻[9]通過試驗研究得到了實際排氣壓力變化對機組滑壓曲線的影響規(guī)律，并給出對應的優(yōu)化調(diào)節(jié)手段。文獻[10]以主蒸汽流量作為機組滑壓曲線的調(diào)度變量，實現(xiàn)一條滑壓曲線即可克服供熱抽汽量和背壓變化的問題。

3 最優(yōu)滑壓運行曲線的影響因素分析

目前機組普遍采用的滑壓運行曲線是以負荷作為自變量，然而，機組負荷的影響因素較多，需要考慮這些因素的綜合影響，得到機組的最優(yōu)滑壓運行壓力。

3.1 給水泵功耗的影響

圖1為給水泵的工作熱力過程圖。圖中，4w點代表給水泵入口工況點，4wb點代表給水泵出口工況點，其參數(shù)值由主系統(tǒng)變工況確定；4ws代表給水泵定熵工作到出口壓力下的工況點。給水泵消耗的功率是主蒸汽流量和主蒸汽壓力的函數(shù)。文獻[10]指出：隨著主蒸汽流量的增大，給水泵耗功增大，隨著主蒸汽壓力的降低，給水泵功耗減少。

3.2 通流部分變工況的分析

在汽輪機變工況時，需要對調(diào)節(jié)級效率進行變工況計算。調(diào)節(jié)級的熱力過程線，如圖2所示[10]。

3.3 滑壓運行時，理想循環(huán)效率的變化

汽輪機滑壓運行時，由于主蒸汽壓力的降低，從而使朗肯循環(huán)的循環(huán)平均吸熱溫度降低，而平均放熱溫度沒有發(fā)生變化，使整個機組的循環(huán)熱效率降低。隨著主蒸汽流量的變化，理想循環(huán)效率也發(fā)生變化。在額定工況時，達到最高。對同一流量，壓力越低，理想循環(huán)熱效率越差，如圖3所示。

3.4 背壓的影響

其中背壓對機組負荷的影響最大。當其他運行參數(shù)不變，而背壓提高時，在同樣的調(diào)節(jié)汽門開度情況下，汽輪機的功率降低，反之功率提高。

3.5 供熱抽汽量的影響

對于供熱抽汽機組，最優(yōu)滑壓運行曲線的確定較一般的中間再熱凝汽式機組更為復雜，抽汽量的改變會使機組電負荷發(fā)生顯著的變化。在抽汽工況和非抽汽模式時，機組和回熱加熱器的變工況特性將會存在較大差異。因此，當以機組負荷作為自變量確定滑壓曲線時，對于抽汽機組必須考慮背壓和抽汽量兩個因素的影響，滑壓曲線圖已變成三維圖。

4 滑壓運行曲線的綜合優(yōu)化策略

根據(jù)上述分析看出：機組三維滑壓運行曲線的設(shè)計及實現(xiàn)方法是關(guān)鍵。實時修正是一種有效方法：采用背壓和抽汽量對壓力實時修正，可以消除背壓和抽汽對最優(yōu)運行主蒸汽壓力的影響。在采用理論建模的變工況運行計算的基礎(chǔ)上，結(jié)合實驗法確定機組的滑壓運行曲線；然后，結(jié)合實際運行大數(shù)據(jù)進行結(jié)果進一步校核。因此，可以得到具有較高準確性的滑壓運行曲線，能夠較好地應用于工程實際。

5 結(jié)語

此文首先概述了傳統(tǒng)滑壓運行曲線的獲取方式，分析了汽輪機最優(yōu)運行主蒸汽壓力的影響因素。然后，針對電廠實際機組面臨的背壓和抽汽變化范圍大的情況，提出了一種大功率火電機組深度滑壓運行的優(yōu)化策略，從而克服了背壓和抽汽量對最優(yōu)滑壓運行曲線的影響。這對進一步提高參與調(diào)峰的大功率火電機組的滑壓運行經(jīng)濟性有一定的指導意義。

參考文獻

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