600 MW超臨界汽輪機配汽方式改造

邵志躍

（浙江浙能能源技術(shù)有限公司，杭州310014）

發(fā)電技術(shù)

600 MW超臨界汽輪機配汽方式改造

邵志躍

（浙江浙能能源技術(shù)有限公司，杭州310014）

某發(fā)電廠2臺600 MW超臨界汽輪機原設(shè)計使用混合配汽方式，存在運行經(jīng)濟性差、調(diào)頻能力不足等問題；在試驗基礎(chǔ)上，采用不同的順序閥閥序分別對2臺汽輪機進行順序閥方式改造，確定了新的滑壓曲線。改造前后對比試驗結(jié)果表明，采用順序閥配汽可顯著降低機組的煤耗，增強機組的負荷動態(tài)響應(yīng)能力，第三只開啟的調(diào)節(jié)閥對應(yīng)的閥后噴嘴數(shù)量較少時，順序閥運行經(jīng)濟性更佳。

600 MW汽輪機；順序閥方式；配汽方式；噴嘴組

多數(shù)機組的實踐表明，在大部分負荷范圍內(nèi)，就經(jīng)濟性而言，順序閥運行方式明顯優(yōu)于單閥方式，因此機組正常運行時一般均要求投入順序閥方式。但是，國內(nèi)某些600 MW汽輪機原設(shè)計的運行方式既非單閥也非順序閥，被稱為混合配汽，在此方式下，低負荷時各汽輪機調(diào)節(jié)閥同時參與調(diào)節(jié)，升到某一控制點時，部分調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，在此控制點之上時，關(guān)閉的調(diào)節(jié)閥再次順序開啟，參與機組的配汽調(diào)節(jié)。混合配汽方式兼顧了單閥配汽的安全性與順序閥配汽的經(jīng)濟性，適用于帶基本負荷的機組，但機組調(diào)峰運行時會產(chǎn)生很大的節(jié)流損失[1]。

另外，由于調(diào)節(jié)閥開啟方式的單一，對于具有4個調(diào)節(jié)閥的汽輪機來說，混合配汽只能采用三閥點滑壓方式，與同容量的機組相比，主蒸汽壓力明顯偏低，對機組的經(jīng)濟性與動態(tài)調(diào)頻能力有不利影響?？紤]到上述因素，有必要對這種配汽方式進行改造。

1 機組簡介

某發(fā)電廠2臺機組的汽輪機為東方汽輪機廠按日本日立公司技術(shù)制造的600 MW超臨界、沖動式、中間再熱、高中壓合缸、三缸四排汽、單軸凝汽式汽輪機，機組型號N600-24.2/566/566，原設(shè)計采用混合配汽方式。共有4組高壓缸進汽噴嘴，由4個調(diào)節(jié)閥（CV）控制。來自鍋爐的新蒸汽首先通過2個高壓主汽閥（MSV），然后流入調(diào)節(jié)閥。4只高壓調(diào)節(jié)閥共用1個調(diào)節(jié)閥室，中間互聯(lián)互通，從機頭向發(fā)電機側(cè)看，每個調(diào)節(jié)閥相對應(yīng)的噴嘴組布置方式如圖1所示。

圖1 調(diào)節(jié)級噴嘴布置方式

汽輪機控制系統(tǒng)采用東方汽輪機廠配套的HIACS-5000M高壓純電調(diào)控制系統(tǒng)，原配汽曲線如圖2所示。在流量指令較小時，4只調(diào)節(jié)閥同時開啟，隨著流量指令的增加，CV1，CV2，CV3開度增加，但CV4開度減小，流量指令再增加時，CV4再次開啟。調(diào)節(jié)閥CV1—CV4后噴嘴組對應(yīng)的噴嘴數(shù)分別為58，34，34，58。

圖2 原配汽曲線

2 改造方案的選取

將混合配汽方式改造成順序閥配汽方式的實現(xiàn)途徑有2種，一是直接修改原配汽曲線，低負荷時4個調(diào)節(jié)閥同時開啟，隨后2只調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小，負荷再增加時，這2只調(diào)節(jié)閥再依次開啟，這種配汽方式本質(zhì)上仍為混合配汽，但可實現(xiàn)兩閥滑壓運行[2]；二是保留原混合配汽方式，另外再增加順序閥配汽方式，汽輪機可在2種配汽方式之間在線切換。第2種方式更為靈活，也不需要增加設(shè)備投資，機組啟動以及汽門活動試驗仍可在原混合配汽方式下進行，對運行影響較小。經(jīng)比較分析后，決定采用第2種方式進行優(yōu)化。

由于各調(diào)節(jié)閥后噴嘴組對應(yīng)的噴嘴數(shù)量差別較大，順序閥方式下，不同的閥門開啟順序?qū)C組的影響明顯不同，為了便于對比，2臺汽輪機改造時采用了不同的順序閥閥序。

3 確定順序閥閥序

東方汽輪機廠對噴嘴組的強度校核計算結(jié)果表明：主蒸汽壓力為額定值時噴嘴組強度可滿足CV2和CV4兩閥全開、CV1和CV3兩閥依次全關(guān)工況或者CV1和CV3兩閥全開、CV2和CV4兩閥依次全關(guān)需要。

順序閥方式下，調(diào)節(jié)閥的開啟次序?qū)ζ啓C運行的安全性有顯著影響，不少汽輪機在順序閥方式下會出現(xiàn)軸承金屬溫度高、軸振動大等現(xiàn)象，嚴重時會威脅機組的穩(wěn)定運行。解決這一問題的關(guān)鍵是找出合適的順序閥閥序，使機組在這種閥序下運行時的軸承溫度與振動值均在允許的范圍內(nèi)。為此，對汽輪機進行了閥門關(guān)閉試驗。

試驗時機組負荷維持在約400 MW，協(xié)調(diào)系統(tǒng)投入，DEH側(cè)與DCS側(cè)一次調(diào)頻回路均撤出，汽輪機處于原混合配汽運行方式。試驗時，逐一減小調(diào)節(jié)閥開度。1號機組試驗數(shù)據(jù)如表1所示，2號機組試驗數(shù)據(jù)如表2所示。試驗過程中，汽輪機各軸承溫度與振動值沒有發(fā)生超限變化，從順序閥開啟次序看，1號機組CV2和CV4-CV1-CV3能滿足機組安全運行的需要，2號機組CV1和CV3-CV2-CV4能滿足機組安全運行的需要。

表1 1號機組閥門關(guān)閉試驗結(jié)果

4 配汽曲線的獲取

汽輪機配汽方式改造的關(guān)鍵是要改變汽輪機的配汽曲線。通過閥門關(guān)閉試驗可知，1號、2號機組在順序閥方式下的閥門開啟次序是不一樣的。值得注意的是，1號機第三只開啟的調(diào)節(jié)閥對應(yīng)的噴嘴數(shù)為58個，第四只開啟的調(diào)節(jié)閥對應(yīng)的噴嘴數(shù)為34個，相差較大，會造成節(jié)流損失的差異，對應(yīng)的最佳滑壓曲線也會不同。本次改造通過試驗獲得2臺汽輪機的流量特性[3]。根據(jù)試驗結(jié)果，分別計算得到它們在順序閥方式下的配汽曲線如圖3、如圖4所示。

表2 2號機組閥門關(guān)閉試驗結(jié)果

圖3 1號機配汽曲線（CV2和CV4-CV1-CV3）

5 順序閥方式的投運

5.1 配汽方式的切換試驗

為了檢查機組在不同配汽方式切換過程中運行是否平穩(wěn)，在300～550 MW范圍內(nèi)，每隔50 MW負荷點進行原混合配汽方式（簡稱“舊閥”）與順序閥配汽方式（簡稱“新閥”）切換試驗。切換時機組協(xié)調(diào)方式投入，切換過程時間設(shè)置為10 min，2臺機組配汽方式切換時的主要參數(shù)變化如圖5、圖6所示?？梢钥闯觯趨f(xié)調(diào)投入的情況下，機組配汽方式切換過程平穩(wěn)，功率波動基本在±10 MW以內(nèi)，切換過程對機組擾動較小。

5.2 順序閥方式下的負荷變動試驗

圖4 2號機配汽曲線（CV1和CV3-CV2-CV4）

圖5 1號機組480 MW負荷時配汽方式切換過程曲線

圖6 2號機組460 MW負荷時配汽方式切換過程曲線

為了驗證機組在順序閥方式下的協(xié)調(diào)響應(yīng)情況，進行了順序閥方式下的負荷變動試驗。試驗時機組運行方式為：AGC撤出、協(xié)調(diào)投入，機組滑壓控制回路投入，其它主要自動回路投入。按正常的負荷變化速率，主要觀察機組在新的順序閥配汽曲線下協(xié)調(diào)運行情況以及閥點處汽門晃動情況。其中1號機組550～380 MW的降負荷過程曲線如圖7所示，2號機組從370～550 MW的升負荷過程曲線如圖8所示。

試驗結(jié)果表明，在順序閥方式下，2臺機組在負荷變動過程中協(xié)調(diào)運行正常，主蒸汽參數(shù)無明顯異常波動，閥點處調(diào)節(jié)閥均無明顯晃動。

6 順序閥方式下滑壓曲線的優(yōu)化

圖7 1號機組順序閥方式下負荷變動試驗曲線

圖8 2號機組順序閥方式下負荷變動試驗曲線

汽輪機在順序閥方式下運行的節(jié)能效益發(fā)揮程度與其滑壓曲線密切相關(guān)，1—2號機組配汽曲線不同，其對應(yīng)的最佳滑壓曲線也會有所不同。為了提高機組在順序閥方式下運行的經(jīng)濟性，分別對2臺機組進行了滑壓曲線優(yōu)化試驗。

試驗期間機組設(shè)備按設(shè)計要求投入運行，汽水化學取樣、熱井補水照常進行，停止鍋爐吹灰和供熱，撤出AGC遠方控制，固定負荷運行，試驗工況涵蓋300～550 MW負荷段，包括改造前混合配汽方式的幾個試驗工況（采用原設(shè)置的滑壓曲線）和改造后順序閥配汽方式的幾個試驗工況。根據(jù)試驗結(jié)果，得到1號機組順序閥方式改造前后的最優(yōu)滑壓曲線如圖9所示，2號機組順序閥方式改造前后的最優(yōu)滑壓曲線如圖10所示。

7 配汽方式改造的經(jīng)濟效益分析

對各負荷段配汽方式切換前后的試驗數(shù)據(jù)進行計算，獲得各試驗工況下不同高壓調(diào)門開度帶來的高壓缸效率變化，以及相應(yīng)主汽壓力、給水泵汽輪機進汽流量等參數(shù)變化引起的循環(huán)效率變化，考慮缸效與循環(huán)效率變化帶來的綜合影響，參考歷史試驗數(shù)據(jù)并利用機組變工況計算模型計算熱耗率的變化，從而獲得不同負荷、不同高壓調(diào)門開度下的機組運行熱耗率，計算結(jié)果如表3、表4所示。

圖9 1號機組順序閥改造前后滑壓曲線對比

圖10 2號機組順序閥改造前后滑壓曲線對比

表3 1號機組順序閥改造的經(jīng)濟效益

表4 2號機組順序閥改造的經(jīng)濟效益

機組配汽方式優(yōu)化所取得的經(jīng)濟效益包括2個方面，一是由于順序閥方式投運、機組供電煤耗的降低而產(chǎn)生的經(jīng)濟效益；二是由于機組協(xié)調(diào)控制水平的提高而減少的電網(wǎng)2個細則考核的費用，保守估計每年約30萬元。配汽方式改造后，機組運行主蒸汽壓力也有提高，在保證了AGC和一次調(diào)頻響應(yīng)速率的同時，又降低了熱耗率。

8 經(jīng)濟效益比較

由于1號機和2號機采用了不同的順序閥閥序，在多數(shù)運行負荷段，1號機組采用CV1主調(diào)，2號機組采用CV2主調(diào)，由于兩者對應(yīng)的噴嘴數(shù)量差異顯著，順序閥方式運行的經(jīng)濟性也會有所不同。圖11是2臺機組分別按圖9、圖10滑壓曲線運行時所取得的煤耗下降的差異比較?？梢姡诖蟛糠重摵啥?，采用CV2主調(diào)時順序閥運行的經(jīng)濟性更好，即對該機型而言，順序閥方式下，第三只開啟的調(diào)節(jié)閥對應(yīng)的閥后噴嘴數(shù)量較少時，順序閥運行經(jīng)濟性更佳。

圖11 采用不同閥序時經(jīng)濟性對比

9 結(jié)語

2臺機組配汽方式改造后，在順序閥方式下，汽輪機轉(zhuǎn)子振動、軸承金屬溫度、軸向位移、主蒸汽壓力等主要參數(shù)變化均在允許范圍內(nèi)，一次調(diào)頻功能正常，整臺機組協(xié)調(diào)運行良好。這一結(jié)果表明，采用順序閥配汽方式對東汽600 MW超臨界汽輪機進行改造，可提高機組運行的主蒸汽壓力，減少調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，降低機組的供電煤耗，增強機組的負荷動態(tài)響應(yīng)能力，增加機組運行方式的靈活性。

針對東汽600 MW超臨界汽輪機，采用不同的順序閥閥序，機組的最優(yōu)滑壓曲線有所不同，順序閥方式運行時所取得的經(jīng)濟效益也有所差異，第三只開啟的調(diào)節(jié)閥對應(yīng)的閥后噴嘴數(shù)量較少時，順序閥運行經(jīng)濟性更佳。

[1]譚銳，劉曉燕，陳顯輝，等.超臨界600 MW汽輪機運行優(yōu)化研究[J].東方汽輪機，2011（4）∶11-14

[2]李明，周志平，付晨鵬.超臨界600 MW汽輪機高壓調(diào)節(jié)汽門優(yōu)化及經(jīng)濟性分析[J].汽輪機技術(shù)，2010，52（2）∶144-146

[3]張寶，樊印龍，顧正皓，等.大型汽輪機流量特性試驗[J].發(fā)電設(shè)備，2012，26（2）∶73-76

（本文編輯：龔皓）

Steam Distribution Mode Retrofit of 600 MW Supercritical Steam Turbine

SHAO Zhi yao
（Zhejiang Energy Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China）

There exist poor economical efficiency of operation and frequency regulation in former design of two 600 MW supercritical steam turbines made by Dongfang Turbine Co.，Ltd.On the basis of a series of tests，the sequence valve mode of two steam turbines is retrofitted by adopting different valve sequences and a new sliding pressure curve is determined.The test comparing the situation before and after the retrofit shows that the steam distribution adopting sequence valve can significantly reduce coal consumption of units and enhance response ability of load dynamic of units；in case valve-behind nozzles opposite to the third opening regulating valve are reduced，the economical efficiency of sequence valve operation is better.

600 MW steam turbine；sequence valve operation mode；steam distribution mode；nozzle group

TK267

：B

：1007-1881（2013）10-0027-05

2013-09-10

邵志躍（1956-），男，浙江金華人，工程師，從事發(fā)電廠技術(shù)管理工作。