張成杰　江飛　蘇靖　于志遠(yuǎn)　李飛　劉金龍

摘 要：近期，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議關(guān)于全面燃煤電廠大幅降低發(fā)電煤耗和污染排放的決定，給國(guó)內(nèi)臺(tái)數(shù)占半的300 MW級(jí)別機(jī)組的安全高效運(yùn)行提出了很大挑戰(zhàn)，紛紛尋求供熱改造的方案以大幅降低機(jī)組年平均供電煤耗。該文針對(duì)進(jìn)一步降低300 MW調(diào)峰運(yùn)行機(jī)組的年平均供電煤耗提出了適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行的一體化改造策略：針對(duì)國(guó)內(nèi)本體設(shè)計(jì)裕度很大的汽輪機(jī)進(jìn)行噴嘴組優(yōu)化是一種硬改造策略，可以提高調(diào)峰機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；針對(duì)早期引進(jìn)的本體設(shè)計(jì)裕度較小汽輪機(jī)進(jìn)行噴嘴調(diào)節(jié)與滑壓相結(jié)合的運(yùn)行優(yōu)化是一種軟策略，非常易于實(shí)施。以2個(gè)電廠的8臺(tái)典型進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)機(jī)組為例進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，結(jié)果表明：配汽和滑壓的軟優(yōu)化策略通用性較強(qiáng)，而噴嘴組硬改造策略必須結(jié)合運(yùn)行方式軟優(yōu)化策略才達(dá)到理想效果。這對(duì)我國(guó)300 MW機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行適應(yīng)性的優(yōu)化改造具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：300 MW機(jī)組 調(diào)峰運(yùn)行 適應(yīng)性 噴嘴組改造 運(yùn)行優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（a）-0128-03

繼國(guó)家三部委于2014年9月印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》，要求到2020年現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后平均供電煤耗低于310 g/kW·h，其中現(xiàn)役60萬(wàn) kW及以上機(jī)組（除空冷機(jī)組外）改造后平均供電煤耗低于300 g/kW·h后；國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議于2015年12月2日決定全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造、大幅降低發(fā)電煤耗和污染排放：在2020年前，對(duì)燃煤機(jī)組全面實(shí)施超低排放和節(jié)能改造，使所有現(xiàn)役電廠每千瓦時(shí)平均煤耗低于310 g、新建電廠平均煤耗低于300 g，對(duì)落后產(chǎn)能和不符合相關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求的堅(jiān)決淘汰關(guān)停，東、中部地區(qū)要提前至2017年和2018年達(dá)標(biāo)[1]。專家指出：技術(shù)上沒(méi)有問(wèn)題，并且，國(guó)內(nèi)很大一部分電廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了平均煤耗低于310 g的指標(biāo)，下一步推廣技術(shù)上不存在阻力。

然而，實(shí)際中許多300 MW級(jí)別純凝亞臨界機(jī)組，采用常規(guī)的節(jié)能技術(shù)根本無(wú)法達(dá)到310 g/kWh供電煤耗的要求；供熱改造雖然是大幅降低機(jī)組年平均供電煤耗的最有效策略，但其供電煤耗是否達(dá)標(biāo)還要取決于其供熱時(shí)間及熱電比大小。

1 300 MW汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 所選的8臺(tái)案例機(jī)組概述

所選8臺(tái)案例機(jī)組配備4高調(diào)門噴嘴組，可以分成4類：2臺(tái)純進(jìn)口330 MW機(jī)組，2臺(tái)半國(guó)產(chǎn)化330 MW機(jī)組，4臺(tái)純國(guó)產(chǎn)機(jī)組（2臺(tái)北重330 MW機(jī)組和2臺(tái)東汽300 MW機(jī)組）。其中，6臺(tái)330 MW機(jī)組設(shè)計(jì)裕度較小，機(jī)組采用噴嘴配汽滿發(fā)時(shí)4個(gè)調(diào)門基本全開(kāi)。4高壓調(diào)節(jié)閥對(duì)應(yīng)4組噴嘴（1、2組9個(gè)汽道，3、4組11個(gè)汽道），設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)基本處于優(yōu)化狀態(tài)。2臺(tái)300 MW機(jī)組設(shè)計(jì)裕度較大，機(jī)組滿發(fā)時(shí)基本處于噴嘴調(diào)節(jié)方式的三閥點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)。并且，4個(gè)調(diào)門對(duì)應(yīng)4組噴嘴，每個(gè)噴嘴對(duì)應(yīng)的汽道是相同的。

1.2 300 MW級(jí)別機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀

根據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計(jì)的信息，至2014年底，中國(guó)電力總裝機(jī)達(dá)13.6億kW，其中火電占比約為67.3%，煤電機(jī)組則占總裝機(jī)的比例約63.2%。另?yè)?jù)2015年電力可靠性中心發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（雖然不是所有機(jī)組都參與了統(tǒng)計(jì)，但很有代表性），2014年參加可靠性評(píng)價(jià)不同等級(jí)的煤電機(jī)組中，300 MW等級(jí)以下的機(jī)組數(shù)量占了總數(shù)的約70%，容量也占了約49%。機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行時(shí)不僅存在經(jīng)濟(jì)性低下的問(wèn)題，而且也由于調(diào)峰運(yùn)行出現(xiàn)了一些影響機(jī)組安全穩(wěn)定性的問(wèn)題[2-3]。因此，許多電廠進(jìn)行了一系列常規(guī)的節(jié)能優(yōu)化改造，如變頻、低溫省煤器、軸封改造、閥門管理、滑壓運(yùn)行、冷端優(yōu)化等，涉及鍋爐、汽輪機(jī)以及輔機(jī)[4-6]。上海外高橋電廠走在技術(shù)前列[7]，為了提高4臺(tái)300 MW機(jī)組的調(diào)峰能力，通過(guò)研發(fā)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件對(duì)機(jī)組運(yùn)行實(shí)行優(yōu)化管理。軟件的形成涉及機(jī)組摸底試驗(yàn)、優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)、基準(zhǔn)試驗(yàn)、建立機(jī)組耗差和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)模型等，并可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)一步完善。

2 汽輪機(jī)本體的硬改造策略

目前，許多亞臨界300 MW級(jí)別機(jī)組需要頻繁地參與系統(tǒng)調(diào)峰，機(jī)組負(fù)荷大范圍變動(dòng)甚至長(zhǎng)時(shí)間低于THA設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降嚴(yán)重。汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降的程度差別與調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴組相關(guān)性較大，主要原因在于通流面積與實(shí)際通流需求的不匹配；并且，隨負(fù)荷偏離額定值越大經(jīng)濟(jì)性下降越嚴(yán)重。再加上原設(shè)計(jì)噴嘴組在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中存在不完善、通流面積過(guò)大，造成在運(yùn)機(jī)組的調(diào)節(jié)級(jí)效率較差的普遍問(wèn)題。因此，即便是機(jī)組進(jìn)行檢修后，這個(gè)問(wèn)題也是存在的。所以，對(duì)于300 MW機(jī)組進(jìn)行噴嘴組優(yōu)化改造非常必要，尤其是上述2臺(tái)本體設(shè)計(jì)裕度較大的機(jī)組。

3 運(yùn)行方式的軟優(yōu)化策略

3.1 閥門管理優(yōu)化

然而，汽輪機(jī)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)門特性曲線發(fā)生很大的偏離。如圖1和2所示，為2臺(tái)設(shè)計(jì)裕度較大的300 MW機(jī)組進(jìn)行噴嘴組優(yōu)化改造前后，試驗(yàn)測(cè)得的機(jī)組實(shí)際調(diào)門流量特性曲線。從兩圖的對(duì)比可以看出：前兩個(gè)調(diào)門流量承擔(dān)的份額下降了10%，因此，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)調(diào)門相對(duì)原來(lái)開(kāi)度變大，經(jīng)濟(jì)性變好。需要注意的是，進(jìn)行調(diào)節(jié)級(jí)特性計(jì)算時(shí)，也需要考慮改變不同噴嘴數(shù)目組合對(duì)機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)葉片強(qiáng)度的影響[8-9]。對(duì)于當(dāng)前正在發(fā)展的超臨界機(jī)組還需進(jìn)一步考慮閥體激振問(wèn)題[10]。

3.2 滑壓運(yùn)行方式優(yōu)化

進(jìn)一步，由于噴嘴組改造改變了調(diào)門流量特性，因此調(diào)門特性曲線優(yōu)化后各負(fù)荷點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)主蒸汽壓力也發(fā)生改變了。通過(guò)2臺(tái)噴嘴組優(yōu)化改造機(jī)組的實(shí)際變壓力運(yùn)行試驗(yàn)，得出各個(gè)主汽量/負(fù)荷的最優(yōu)主蒸汽壓力點(diǎn)，同時(shí)綜合考慮機(jī)組在各個(gè)壓力下運(yùn)行的安全穩(wěn)定性等因素，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)修正調(diào)整，得到了機(jī)組最優(yōu)滑壓運(yùn)行規(guī)律；如圖3和圖4所示，為機(jī)組純凝工況和抽汽工況這兩種工況下的優(yōu)化滑壓曲線設(shè)計(jì)規(guī)律，考慮了機(jī)組實(shí)際供熱工況對(duì)最優(yōu)主蒸汽壓力的影響。

3.3 實(shí)際運(yùn)行測(cè)試結(jié)果

對(duì)于進(jìn)行噴嘴組優(yōu)化硬改造和運(yùn)行方式軟優(yōu)化的機(jī)組進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)：根據(jù)機(jī)組在不同負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)間的比例，對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行加權(quán)平均，得到在機(jī)組常運(yùn)行的負(fù)荷區(qū)間內(nèi)，僅運(yùn)行方式優(yōu)化前后的機(jī)組綜合熱耗率對(duì)比就下降了50 kJ/kWh，折合煤耗2 g/kwh左右，具有很好的節(jié)能效益。

對(duì)于6臺(tái)設(shè)計(jì)裕度較小的330 MW機(jī)組進(jìn)行了運(yùn)行方式軟優(yōu)化，如圖5、圖6、圖7所示，分別為機(jī)組優(yōu)化后的特性曲線、#1、#2瓦瓦溫和瓦振水平以及機(jī)組調(diào)節(jié)特性的線性度?？梢钥闯觯和ㄟ^(guò)優(yōu)化解決了由于制造安裝等因素引起機(jī)組實(shí)際流量特性與順序閥設(shè)計(jì)規(guī)律不匹配問(wèn)題，確保機(jī)組瓦溫和軸振水平處于優(yōu)良，避免機(jī)組可能會(huì)出現(xiàn)的高調(diào)門、EH油壓和負(fù)荷等的大幅波動(dòng)問(wèn)題。由于6臺(tái)機(jī)組屬于100%汽泵，并且同一機(jī)組存在兩個(gè)抽汽點(diǎn)，因此，滑壓運(yùn)行優(yōu)化存在一定的特殊性；所以，需要針對(duì)6臺(tái)機(jī)組進(jìn)行特殊的滑壓運(yùn)行優(yōu)化研究，切實(shí)提高低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)300 MW機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行適應(yīng)性的一體化改造策略進(jìn)行實(shí)際案例研究：（1）針對(duì)國(guó)內(nèi)本體設(shè)計(jì)裕度很大的汽輪機(jī)進(jìn)行噴嘴組優(yōu)化是一種硬改造策略，可以提高調(diào)峰機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；針對(duì)早期引進(jìn)的本體設(shè)計(jì)裕度較小汽輪機(jī)進(jìn)行噴嘴調(diào)節(jié)與滑壓相結(jié)合的運(yùn)行優(yōu)化是一種軟策略，非常易于實(shí)施；（2）以2個(gè)電廠的8臺(tái)典型進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)機(jī)組為例進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，結(jié)果表明：配汽和滑壓的軟優(yōu)化策略通用性較強(qiáng)，而噴嘴組硬改造策略必須結(jié)合運(yùn)行方式軟優(yōu)化策略才達(dá)到理想效果；（3）運(yùn)行方式優(yōu)化雖然易于實(shí)施，但需要考慮的問(wèn)題也比較多，機(jī)組調(diào)門特性曲線優(yōu)化必須考慮不同噴嘴數(shù)目差異對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)葉片強(qiáng)度的影響，滑壓運(yùn)行優(yōu)化還需考慮抽汽量和抽汽位置問(wèn)題。

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