劉興華

(寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司, 寧夏青銅峽751604)

?

600 MW亞臨界汽輪機(jī)配汽方式優(yōu)化實(shí)踐

劉興華

(寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司, 寧夏青銅峽751604)

摘要：由于近年來600 MW機(jī)組頻繁參與調(diào)峰，汽輪機(jī)在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)節(jié)流損失較大。通過修改汽輪機(jī)閥門控制的邏輯組態(tài)，并對(duì)汽輪機(jī)的配汽方式以及定滑壓曲線進(jìn)行了優(yōu)化，有效降低了汽輪機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)閥門的節(jié)流損失，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：配汽方式優(yōu)化；復(fù)合閥；順序閥；經(jīng)濟(jì)性

0引言

由于國內(nèi)電網(wǎng)容量增大所導(dǎo)致的電網(wǎng)峰谷差增大，以及清潔能源發(fā)電比例增加(如水電、風(fēng)電等) 所導(dǎo)致的電力結(jié)構(gòu)變化，要求大容量高參數(shù)機(jī)組必須參與調(diào)峰運(yùn)行[1]。國內(nèi)600 MW等級(jí)機(jī)組頻繁參與電網(wǎng)調(diào)峰，常年在60%～80%負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行，汽輪機(jī)節(jié)流損失較大，為了提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，需要對(duì)原配汽方式進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)[2～7]。

寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡稱大壩電廠)使用的2×600 MW的亞臨界空冷燃煤機(jī)組，為東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為NZK600-16.7-538/538。該類型機(jī)組配汽方式為東方引進(jìn)日立型復(fù)合配汽，調(diào)節(jié)閥采用多閥系統(tǒng)，各閥嚴(yán)格按照預(yù)定的程序執(zhí)行啟閉、升程關(guān)系固定。當(dāng)機(jī)組在較低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)采用節(jié)流調(diào)節(jié)，此時(shí)調(diào)節(jié)閥同時(shí)開啟，隨著負(fù)荷的升高，逐步關(guān)小或關(guān)閉部分閥門，轉(zhuǎn)為噴嘴調(diào)節(jié)。這種配汽方式在額定負(fù)荷下的效率較高，但在部分負(fù)荷時(shí)，節(jié)流損失較大[7]。采用原來的這種設(shè)計(jì)，在較大的部分負(fù)荷范圍內(nèi)，4個(gè)調(diào)節(jié)閥開度偏小，節(jié)流損失較大。因此，就有必要對(duì)此類機(jī)型配汽方式進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)實(shí)際運(yùn)行的要求。

1 配汽方式優(yōu)化思路

大壩電廠設(shè)計(jì)的汽輪機(jī)閥門控制方式為復(fù)合閥，該控制方式下高調(diào)閥的開啟順序?yàn)镚V1-GV3-GV2-GV4，如圖1所示。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)采用全周進(jìn)汽的配汽方式(節(jié)流調(diào)節(jié))，正常運(yùn)行部分進(jìn)汽的方式，其部分進(jìn)汽方式下閥門配汽曲線如圖2所示。

圖1　高壓調(diào)節(jié)汽門相對(duì)位置示意圖(正對(duì)機(jī)頭)

圖2　部分進(jìn)汽方式下閥門配汽曲線

汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥對(duì)應(yīng)的噴嘴組及導(dǎo)葉數(shù)見表1。噴嘴組為非均勻布置，Ⅰ，Ⅳ號(hào)閥對(duì)應(yīng)57只噴嘴，Ⅱ，Ⅲ號(hào)閥對(duì)應(yīng)35只噴嘴。該配汽方式在啟動(dòng)和低負(fù)荷階段按節(jié)流配汽方式運(yùn)行，在額定負(fù)荷下按噴嘴配汽方式運(yùn)行。在額定負(fù)荷下的運(yùn)行效率較高，調(diào)節(jié)閥的平均壓損為3.72%，但在低負(fù)荷時(shí)段，由于高調(diào)閥開度較小，調(diào)節(jié)閥的平均壓損達(dá)到15%，閥門節(jié)流損失較大，具體見表2。

表1　高壓調(diào)節(jié)閥對(duì)應(yīng)的噴嘴組及導(dǎo)葉數(shù)

表2　復(fù)合閥方式下調(diào)節(jié)級(jí)壓損變化

對(duì)大壩電廠汽輪機(jī)配汽方式進(jìn)行優(yōu)化分析，在充分考慮調(diào)節(jié)級(jí)部分進(jìn)汽時(shí)強(qiáng)度的影響基礎(chǔ)上，通過修改DEH的閥門特性曲線和邏輯組態(tài)，增加順序閥功能，在實(shí)際機(jī)組運(yùn)行中可根據(jù)需要進(jìn)行復(fù)合閥-順序閥之間的無擾切換。在順序閥方式下，至少要保持2個(gè)以上調(diào)門處于全開狀態(tài)，以保證調(diào)門的節(jié)流損失為最小。通過在順序閥方式下進(jìn)行汽輪機(jī)變工況性能試驗(yàn)，并分別計(jì)算各試驗(yàn)工況下的汽輪機(jī)熱耗，以確定最佳的閥門特性曲線和滑壓運(yùn)行曲線。

2優(yōu)化試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性分析

通過在不同負(fù)荷下的閥序切換試驗(yàn)，分析了360 MW和450 MW負(fù)荷工況時(shí)順序閥和復(fù)合閥方式下的高壓調(diào)節(jié)閥壓損的變化情況，如表3，4所示?？梢钥闯鲈?60 MW，450 MW負(fù)荷時(shí)，順序閥方式運(yùn)行時(shí)高壓調(diào)節(jié)閥的壓損較復(fù)合閥方式降低了4%，汽輪機(jī)高壓缸效率分別提高了3.2%(調(diào)節(jié)閥壓損每變化1%影響高壓缸效率變化0.8%)，估算可以影響供電煤耗降低1.9 g/kW·h，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性得到了提高，節(jié)能效果明顯。

表3　360 MW工況下復(fù)合閥、順序閥的調(diào)節(jié)閥壓損變化

表4　450 MW工況下復(fù)合閥、順序閥的調(diào)節(jié)閥壓損變化

通過不同工況下的順序閥試驗(yàn)，得出機(jī)組在300～600 MW負(fù)荷時(shí)，配汽方式優(yōu)化前后的熱耗值對(duì)比結(jié)果，如表5所示。可以看出在順序閥方式，部分負(fù)荷階段順序閥配汽方式經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于復(fù)合配汽方式，在600 MW 負(fù)荷時(shí)原配汽方式經(jīng)濟(jì)性與順序閥配汽方式經(jīng)濟(jì)性基本相當(dāng)。但是總體趨勢(shì)為負(fù)荷率越低，二者熱耗差值越大。順序閥優(yōu)化后，減小了部分負(fù)荷工況下高壓調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失，各部分負(fù)荷熱耗改善的平均值可達(dá)到34.45 kJ/kW·h。大壩電廠汽輪機(jī)配汽方式優(yōu)化后，有效提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。兩種配汽方式下的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比如圖3所示。

圖3　兩種配汽方式經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

負(fù)荷點(diǎn)/MW300360400450510550600原閥序計(jì)算熱耗/(kJ·(kW·h)-1)8798.18698.48597.38503.98431.28372.88321.7順序閥方式計(jì)算熱耗/(kJ·(kW·h)-1)8740.18648.58554.58472.68417.28361.58322.8熱耗改善/(kJ·(kW·h)-1)57.949.742.831.213.811.3-0.9熱耗改善平均值34.45(300～550MW負(fù)荷段)

通過對(duì)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)順序閥方式下的閥門特性曲線進(jìn)行優(yōu)化，如圖4所示。經(jīng)過修改汽輪機(jī)閥門控制的邏輯組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了在機(jī)組啟停階段使用復(fù)合閥配汽方式，負(fù)荷360～450 MW時(shí)可以進(jìn)行復(fù)合閥-順序閥的無擾切換的功能。此外，考慮到電網(wǎng)對(duì)并網(wǎng)機(jī)組的AGC、一次調(diào)頻性能等要求，大壩電廠進(jìn)行了順序閥方式下的負(fù)荷變化試驗(yàn)和一次調(diào)頻試驗(yàn)，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)順序閥方式下機(jī)組的一次調(diào)頻性能較電網(wǎng)要求還有一定的差距，在轉(zhuǎn)速偏差4 r/min一次調(diào)頻動(dòng)作量低于電網(wǎng)要求值5 MW以上，不滿足一次調(diào)頻性能要求。此問題需要進(jìn)一步優(yōu)化閥門特性曲線或提高滑壓曲線壓力的初始值。

圖4　順序閥方式下的閥門特性曲線

3順序閥配汽方式的安全性校驗(yàn)

大壩電廠5，6號(hào)機(jī)組投產(chǎn)后曾經(jīng)出現(xiàn)過#1，#2號(hào)軸瓦溫度高的問題，軸瓦溫度最高時(shí)曾達(dá)到112 ℃，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。首先是調(diào)整了高調(diào)閥的開啟順序，改變蒸汽進(jìn)汽的不平衡度，在一定程度上降低了軸瓦溫度。后來通過進(jìn)行技術(shù)改造，將#1，#2號(hào)可傾瓦由中心支撐方式改造為有一定預(yù)負(fù)荷的偏心支撐方式后，汽輪機(jī)軸瓦溫度高的問題得到徹底解決。但是也反映出了汽輪機(jī)配汽方式的改變，對(duì)軸系、轉(zhuǎn)子中心位置都會(huì)產(chǎn)生影響。因此，在進(jìn)行閥門順序閥配汽方式改造時(shí)，必須考慮汽機(jī)本體運(yùn)行安全性。

大壩電廠進(jìn)行的配汽優(yōu)化的安全性試驗(yàn)，重點(diǎn)關(guān)注高調(diào)閥閥序改變前后汽機(jī)本體軸振、瓦振及軸承金屬溫度變化情況。首先試驗(yàn)將閥序切換為2/4-3-1方式，但是發(fā)現(xiàn)#1軸承振動(dòng)的X，Y方向分別由35 μm，45 μm上漲至62 μm，80 μm，尤其是CV1由全關(guān)開啟的瞬間#1軸承振動(dòng)明顯上升，故2/4-3-1的順序閥閥序方式不利于機(jī)組的安全運(yùn)行。再次試驗(yàn)將閥序切換至2/4-1-3 方式，觀察汽輪機(jī)各瓦振動(dòng)、軸承溫度均無異常變化，如表6所示。在420 MW 負(fù)荷工況下，采用2/4-1-3 的順序閥進(jìn)汽閥序后，#1 瓦、#2 瓦溫度降低約14 ℃(分析此閥序的蒸汽進(jìn)汽方式將轉(zhuǎn)子的中心位置抬高，降低了軸承載荷，使軸瓦溫度降低)，#3 瓦、#4 瓦溫度基本保持不變，#1-X，#1-Y，#2-X，#2-Y，#3-X，#3-Y軸振值以及#1，#2，#3，#4 瓦振值均基本不變，通過安全性試驗(yàn)可以看出機(jī)組的閥序改變后各瓦軸承振動(dòng)基本不變，而且降低了#1，#2的軸承溫度，表明機(jī)組可以在2/4-1-3 的順序閥閥序下安全運(yùn)行，如表6所示。

表6　改變閥序前后瓦溫、軸承振動(dòng)對(duì)比

4結(jié)論

在滿足汽輪機(jī)本體安全運(yùn)行的前提下，通過修改高調(diào)閥的閥門控制邏輯，進(jìn)行汽輪機(jī)配汽方式的優(yōu)化實(shí)踐，可有效降低汽輪機(jī)部分負(fù)荷的閥門節(jié)流損失，提高汽輪機(jī)效率，經(jīng)濟(jì)效益明顯。對(duì)于順序閥配汽方式改造后一次調(diào)頻性能不足的問題，需要對(duì)一次調(diào)頻函數(shù)和閥門特性曲線進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]李勇，單麗清，盧麗坤. 某600 MW 汽輪機(jī)配汽方式優(yōu)化方法研究[J]. 汽輪機(jī)技術(shù)，2013,55(3):205-207.

[2]莊建華,謝金土,胡平生，等. 600 MW超臨界汽輪機(jī)配汽方式優(yōu)化[J]. 發(fā)電設(shè)備，2007，(6)： 445-448.

[3]鐘閣順,孟林輝,張秀坤，等. 引進(jìn)型600 MW凝汽式汽輪機(jī)配汽方式的優(yōu)化[J]. 華北電力技術(shù), 2007，(2):35-38.

[4]吳華強(qiáng)，張彩，董益華，等. 東汽600 MW 亞臨界汽輪機(jī)配汽方式改造[J]. 電力科學(xué)與工程, 2013,29(8):73-78.

[5]肖鋒.1 000 MW 超超臨界汽輪機(jī)配汽方式優(yōu)化[J]. 廣東電力, 2013,26(8)：94-98.

[6]王明坤，王旭榮，王曉斐，等. 超臨界汽輪機(jī)配汽方式的優(yōu)化分析[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2014,56(4)：272-274.

[7]劉興暉，任江波，李剛. 超臨界600 MW 汽輪機(jī)配汽方式優(yōu)化分析[J]. 河北電力技術(shù), 2013,32(增刊):1-3.

Optimization Analysis on Steam Distribution Mode of 600 MW Subcritical Steam Turbine

Liu Xinghua(Ningxia Datang International Daba Power Generation Co.,Ltd., Qingtongxia 751604, China)

Abstract：Due to 600MW unit frequently participates in peak load regulation in recent years. This kind of steam distribution mode causing the throttling losses of the unit is high，and the economical efficiency of the unit is low when the unit running under part load．Aiming at the higher throttle loss problem of steam distribution mode, this paper provides the steam distribution mode and sliding pressure curve optimized solutions. And the economics of the unit can be increased when the unit running under part load．

Keywords：optimization of steam distribution mode；composite valve；sequence valve； economy

作者簡介：劉興華(1982-)，男，工程師，研究方向?yàn)闊崮芘c動(dòng)力工程,E-mail:lxh1045@163.com。

收稿日期：2015-09-29。

中圖分類號(hào):TK263.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2015.12.011