劉曉燕， 侯明軍， 羅方， 謝林貴， 宋放放， 范立華

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000 )

1 前言

為提高汽輪機組在全負(fù)荷段的運行經(jīng)濟性,非母管制的超高壓及以上等級進(jìn)汽參數(shù)汽輪機基本采用定滑壓運行方式, 且目前的滑壓曲線都是將機組的負(fù)荷作為變量,某典型項目的滑壓曲線如圖1 所示。 有很多針對定滑壓曲線的優(yōu)化研究成果, 原理是結(jié)合試驗比較法和局部能耗分析, 同時兼顧背壓變化, 確定機組的定滑壓優(yōu)化曲線[1-5],優(yōu)化后的定滑壓曲線均是基于機組負(fù)荷為變量。

圖1 某典型項目的滑壓曲線

基于機組負(fù)荷為變量的定滑壓曲線, 沒有考慮供熱抽汽對機組負(fù)荷的影響, 具有一定局限性,可能會出現(xiàn)在某些負(fù)荷下高壓調(diào)節(jié)閥全開供熱量仍不能滿足需求的情況。 常規(guī)抽凝機組中, 將供熱抽汽的熱負(fù)荷折算至機組負(fù)荷, 或者將多組不同抽汽量下機組負(fù)荷與主蒸汽壓力的關(guān)系曲線作為輸入, 滑壓值根據(jù)實際供熱量和機組負(fù)荷進(jìn)行二維插值獲取[6-7],這2 種方法均為解決抽凝機組供熱期間定滑壓曲線偏離最佳點的有效途徑。

東方現(xiàn)有一再熱雙抽背壓項目, 供熱量相對常規(guī)抽凝機組更大, 綜合考慮機組全負(fù)荷段的經(jīng)濟性和安全性, 其主蒸汽壓力和溫度均隨總負(fù)荷的變化而變化, 這個總負(fù)荷可以理解為電負(fù)荷和熱負(fù)荷的總和, 或汽輪機的進(jìn)汽量。 由于抽汽量需求的多變性, 其對應(yīng)的熱負(fù)荷也隨之多變, 采用常規(guī)的以機組負(fù)荷為變量的主蒸汽參數(shù)控制已不適用于該雙抽背壓機組, 對汽輪機的主蒸汽壓力和溫度進(jìn)行精準(zhǔn)控制是本文探討的主要問題。

2 再熱雙抽背壓機組項目情況

2.1 項目總體情況

本文以東方某項目為依托進(jìn)行探討, 該項目主要參數(shù)為： 額定主汽參數(shù)為24.2 MPa/566 ℃,再熱溫度為453 ℃, 設(shè)計背壓為0.15 MPa。 有2段工業(yè)抽汽, 工業(yè)抽汽參數(shù)需求為：

（1）中壓抽汽： 4.4～4.7 MPa（g）、 440～450 ℃、最大流量1 400 t/h。

（2）低壓抽汽： 1.3～1.6 MPa（g）、 320～330 ℃、最大流量600 t/h。

上面的最大抽汽流量為3 臺機組的總量, 綜合考慮工業(yè)抽汽參數(shù)的需求, 汽輪機方案為中壓抽汽從汽輪機的再熱蒸汽管道抽出, 考慮管道壓損, 額定壓力為5.0 MPa, 采用中壓調(diào)節(jié)閥參調(diào)保證供熱壓力； 低壓抽汽從中壓缸抽出, 考慮管道壓損, 額定壓力為1.8 MPa, 采用旋轉(zhuǎn)隔板參調(diào)保證供熱壓力。 機組無純凝工況, 全負(fù)荷段均采用抽背模式運行, 所以該項目也是典型的“大頭小尾” 機組。 該項目設(shè)計抽汽量下典型工況的相關(guān)參數(shù)如表1 所示。

表1 某項目設(shè)計抽汽量下典型工況的相關(guān)參數(shù)

2.2 主蒸汽參數(shù)與機組負(fù)荷關(guān)系

將表1 中的設(shè)計工況及非設(shè)計抽汽量工況的主蒸汽參數(shù)與機組負(fù)荷的關(guān)系以散點圖型式顯示,分別如圖2 和圖3 所示。 圖中數(shù)據(jù)點說明（下同）：

（1）藍(lán)色數(shù)據(jù)點： 設(shè)計抽汽量工況中的中壓抽汽工況。

（2）紅色數(shù)據(jù)點： 設(shè)計抽汽量工況中的中壓不抽汽工況。

（3）綠色數(shù)據(jù)點： 非設(shè)計抽汽量工況。

圖2 主蒸汽壓力與機組負(fù)荷關(guān)系

圖3 主蒸汽溫度與機組負(fù)荷關(guān)系

由圖2 和圖3 中的數(shù)據(jù)點可知, 雙抽背壓機組的負(fù)荷與主汽參數(shù)并不是唯一對應(yīng)關(guān)系, 由于抽汽量的多種組合變化, 圖中的數(shù)據(jù)點分布較為分散, 需找到1 個變量對主汽參數(shù)進(jìn)行較為精準(zhǔn)的控制。

由圖3 的數(shù)據(jù)點可知, 和常規(guī)抽凝機組不同,該項目的主蒸汽溫度并不是穩(wěn)定不變, 而是大體上隨著負(fù)荷的降低而降低。 該項目的中壓抽汽由再熱熱段管道抽出, 通過調(diào)整中壓調(diào)節(jié)閥開度使再熱壓力（抽汽壓力）維持在5.0 MPa, 考慮到再熱管道壓降0.435 MPa, 基本不隨負(fù)荷變化, 高壓缸排汽壓力也就穩(wěn)定在5.435 MPa, 且最低供熱負(fù)荷低至8 MW, 這是該再熱雙抽背壓機組與常規(guī)抽凝機組的最大區(qū)別。

在焓熵圖上表示額定抽汽量工況（簡稱額定工況）和40%額定抽汽量工況（簡稱40%額定工況）的高壓缸膨脹過程線, 如圖4 所示。 由圖中曲線可知, 40%額定工況的主蒸汽壓力較額定工況低,高壓缸的膨脹過程線整體右移。 為保證供熱壓力,高壓缸排汽壓力不變, 導(dǎo)致高壓缸排汽溫度升高。為了高壓缸排汽至鍋爐的管道及鍋爐再熱器的安全, 高壓缸排汽溫度暫不建議高于400 ℃, 基于此, 各負(fù)荷下主蒸汽溫度就不能維持566 ℃不變,而是需要滑溫運行。

圖4 高壓缸膨脹過程線

3 主汽參數(shù)控制策略

由于雙抽背壓機組抽汽量的多變性, 采用機組負(fù)荷為變量控制主蒸汽壓力和溫度在設(shè)計值有一定局限性, 沒有考慮抽汽量變化對機組負(fù)荷的影響, 在實際運行中可能會出現(xiàn)高壓調(diào)節(jié)閥全開抽汽量仍不能滿足需求的情況, 或主蒸汽溫度的目標(biāo)值不能有效保證高壓缸排汽溫度不超限運行的要求。

基于上述信息, 同時考慮到該再熱雙抽背壓機組的主蒸汽壓力和溫度調(diào)整的主要依據(jù)是主蒸汽流量, 而主蒸汽流量并不能準(zhǔn)確測量[8-9]。根據(jù)弗留格爾公式, 常規(guī)項目的調(diào)節(jié)級后蒸汽壓力與主蒸汽流量呈正比關(guān)系。 本項目受高壓缸排汽壓力為定值的影響, 其調(diào)節(jié)級后蒸汽壓力與主蒸汽流量并不是絕對的正比關(guān)系, 且主蒸汽流量越小偏離越大。 經(jīng)評估, 對調(diào)節(jié)級后壓力進(jìn)行分段處理,求得的主蒸汽流量與設(shè)計值的偏差在8‰以內(nèi), 因此采用調(diào)節(jié)級后壓力為變量對主汽參數(shù)進(jìn)行控制是可行的。

3.1 主蒸汽壓力控制策略

將表1 中設(shè)計工況及非設(shè)計抽汽量工況的主蒸汽壓力與調(diào)節(jié)級后蒸汽壓力的關(guān)系以散點圖形式表示, 如圖5 所示。 對調(diào)節(jié)級后壓力進(jìn)行分段處理, 選取合適的典型點, 機組定滑壓曲線也如圖5 所示, 對應(yīng)數(shù)據(jù)如表2 所示。

圖5 機組定滑壓曲線

表2 機組定滑壓曲線數(shù)據(jù)

由圖5 可知, 采用調(diào)節(jié)級后蒸汽壓力作為變量, 主蒸汽壓力的變化趨勢較為集中。 機組運行時采用圖5 所示的滑壓曲線, 得到的目標(biāo)主蒸汽壓力值與設(shè)計值偏差較小。 其中, 調(diào)節(jié)級壓力7.00～10.36 MPa, 有3 個數(shù)據(jù)點在曲線下方, 由于是低負(fù)荷工況, 其高壓缸排汽溫度接近高報警值,所以主蒸汽壓力按滑壓曲線取略高的值運行更利于機組安全。

3.2 主蒸汽溫度控制策略

將表1 中設(shè)計工況及非設(shè)計抽汽量工況的主蒸汽溫度與調(diào)節(jié)級后蒸汽壓力的關(guān)系以散點圖形式表示, 如圖6 所示。 同樣, 對調(diào)節(jié)級后壓力進(jìn)行分段處理, 選取合適的典型點, 機組的主蒸汽溫度曲線也如圖6 所示, 對應(yīng)數(shù)據(jù)如表3 所示。

圖6 機組主蒸汽溫度曲線

表3 機組主蒸汽溫度曲線數(shù)據(jù)

由圖6 可知, 除了曲線上方的3 個紅色數(shù)據(jù)點外, 采用調(diào)節(jié)級后蒸汽壓力作為變量, 主蒸汽溫度的變化趨勢也較為集中。 機組運行時采用圖6所示的溫度曲線, 得到的目標(biāo)主蒸汽溫度值與設(shè)計值偏差較小。 圖6 中3 個紅色數(shù)據(jù)點代表的工況是中壓不抽汽工況, 當(dāng)中壓不抽汽時, 中壓調(diào)節(jié)閥全開, 高壓缸排汽壓力較抽汽工況低得多,此時, 高壓缸排汽溫度也較低, 所以可提高相應(yīng)工況的主蒸汽溫度以提高機組經(jīng)濟性。 鑒于此情況, 當(dāng)中壓不抽汽、 中壓調(diào)節(jié)閥全開時, 主蒸汽溫度運行控制建議按設(shè)置偏置的方式處理, 偏置值暫定為+40 ℃, 考慮偏置后的主蒸汽溫度須不高于566 ℃, 同時高壓缸排汽溫度不能超限。

4 結(jié)論

再熱雙抽背壓機組有抽汽量大、 抽汽工況運行負(fù)荷范圍大等特點, 不適用于常規(guī)的定滑壓曲線控制策略, 由于沒有考慮抽汽量對機組負(fù)荷的影響, 可能會出現(xiàn)在某些負(fù)荷下高壓調(diào)節(jié)閥全開供熱量仍不能滿足需求的情況。 采用調(diào)節(jié)級后壓力為變量的控制策略, 可有效解決上述問題, 實現(xiàn)對主蒸汽壓力和溫度的精準(zhǔn)控制, 保證機組安全高效運行。