汽輪機(jī)閥門流量特性優(yōu)化

劉世軍

(國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院,新疆烏魯木齊 830011)

汽輪機(jī)閥門流量特性優(yōu)化

劉世軍

(國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院,新疆烏魯木齊 830011)

如果汽輪機(jī)閥門流量特性曲線與實(shí)際流量特性相差較大,在一次調(diào)頻動作或變負(fù)荷時(shí),容易造成負(fù)荷變化過大或不足;同時(shí)在閥門單、順序閥切換時(shí)造成負(fù)荷波動較大,影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。DEH閥門流量特性試驗(yàn)就是通過試驗(yàn)的方式得到閥門流量特性曲線,以解決機(jī)組變負(fù)荷和一次調(diào)頻時(shí),可能出現(xiàn)負(fù)荷突變和調(diào)節(jié)緩慢以及單、順序閥切換過程中出現(xiàn)的負(fù)荷擺動的現(xiàn)象,優(yōu)化機(jī)組負(fù)荷控制精度,保證機(jī)組的安全運(yùn)行。本文以某135MW機(jī)組為例,介紹了流量特性曲線的優(yōu)化試驗(yàn)和計(jì)算方法。

閥門流量特性 優(yōu)化 安全 經(jīng)濟(jì)

1 前言

閥門流量特性曲線就是閥門開度與通過閥門的蒸汽流量的對應(yīng)關(guān)系。在生產(chǎn)過程中，汽輪機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后或高調(diào)門解體檢修后，高調(diào)門的流量特性都會發(fā)生改變，與原調(diào)門流量開度修正函數(shù)產(chǎn)生偏差。DEH系統(tǒng)閥門流量特性曲線如果與實(shí)際閥門流量相差較大，在機(jī)組變負(fù)荷和一次調(diào)頻時(shí)，可能出現(xiàn)負(fù)荷突變和調(diào)節(jié)緩慢的問題，造成機(jī)組控制困難，影響了機(jī)組的安全性和變負(fù)荷能力。在順序閥方式下，如果調(diào)節(jié)閥門重疊度設(shè)置不合理，也會影響機(jī)組投入順序閥的經(jīng)濟(jì)性。

因此，當(dāng)出現(xiàn)閥門流量特性曲線不合適時(shí)，必須對汽輪機(jī)高壓調(diào)門的流量特性進(jìn)行測試，根據(jù)實(shí)際情況對其控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化整定，提高發(fā)電機(jī)組的控制品質(zhì)和調(diào)節(jié)性能，保障發(fā)電機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 閥門管理流程圖

圖2 單閥方式下閥門流量特性曲線優(yōu)化前后對比圖

2 某135MW機(jī)組閥門管理簡介

某電廠135MW汽輪機(jī)組高壓調(diào)節(jié)汽門有4個(gè)，每個(gè)調(diào)節(jié)汽門均配有一個(gè)獨(dú)立的伺服控制系統(tǒng)，閥門的調(diào)節(jié)方式有單一閥門調(diào)節(jié)方式(全周進(jìn)汽)和順序閥門調(diào)節(jié)(部分進(jìn)汽)兩種。

單閥方式時(shí)所有高壓調(diào)節(jié)汽門同時(shí)啟閉，控制機(jī)組的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，適用于節(jié)流調(diào)節(jié)、全周進(jìn)汽，該方式使得汽輪機(jī)第一級汽室內(nèi)溫度分布均勻，負(fù)荷變化時(shí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子之間溫差小，機(jī)組能承受最大的負(fù)荷變化率，但從經(jīng)濟(jì)性角度看，主蒸汽通過調(diào)節(jié)汽門時(shí)的節(jié)流損失較大，降低了機(jī)組的效率；順序閥控制方式是隨機(jī)組負(fù)荷的改變逐個(gè)開啟或關(guān)閉調(diào)節(jié)汽門的，一般只有一個(gè)汽門處于半開啟的調(diào)節(jié)狀態(tài)，其它的調(diào)節(jié)汽門或處于全開狀態(tài)或處于全關(guān)狀態(tài)，這種調(diào)節(jié)方式下汽輪機(jī)的效率較高，但在機(jī)組變負(fù)荷時(shí)機(jī)組所能承受的負(fù)荷變化率較小。為了實(shí)現(xiàn)閥門管理，DEH 控制邏輯組態(tài)中一般采用流量曲線函數(shù)和一個(gè)比例偏置因子來實(shí)現(xiàn)，其具體邏輯流程見圖1。

表1 原單閥流量特性與計(jì)算流量的對比

表2 經(jīng)過優(yōu)化就算后的單閥流量特性曲線函數(shù)

表3 原順閥流量特性與計(jì)算流量的對比

表4 經(jīng)過優(yōu)化就算后的順閥流量特性曲線函數(shù)

圖3 混合式結(jié)構(gòu)調(diào)門開度指令形成示意圖

3 閥門流量特性優(yōu)化試驗(yàn)

我們對某135MW機(jī)組進(jìn)行了高調(diào)門流量特性試驗(yàn)，試驗(yàn)首先去除了閥門之間的重疊度，去除順序閥重疊度后首先進(jìn)行在單閥方式下的試驗(yàn)，機(jī)組退出協(xié)調(diào)方式，DEH開環(huán)控制，試驗(yàn)開始前機(jī)組負(fù)荷65MW，主汽壓力在10．4MPa左右。以2～3%一級的速度增加閥門流量總指令，每增加一級后，穩(wěn)定一段時(shí)間，調(diào)整鍋爐燃燒以保持主汽壓的穩(wěn)定，以此方法進(jìn)行試驗(yàn)，直到所有閥全開流量指令為100%的工況。然后進(jìn)行單閥／順序閥切換。切換后，在順閥方式下，以2～3%一級的速度減少閥門流量總指令，每減少一級后，穩(wěn)定一段時(shí)間，調(diào)整鍋爐燃燒以保持主汽壓的穩(wěn)定，以此方法進(jìn)行試驗(yàn)，直至負(fù)荷達(dá)到65MW或根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況決定目標(biāo)值。試驗(yàn)過程中保持主汽壓、主汽溫度、真空的相對穩(wěn)定。記錄機(jī)組第一級壓力、主汽壓力、CV1～4閥后壓力、發(fā)電機(jī)功率、CV1～4閥位指令等參數(shù)。

圖4 順閥方式下閥門流量特性曲線優(yōu)化前后對比圖

4 單閥方式下閥門流量特性的優(yōu)化計(jì)算

在DEH的流量分析中，閥門的實(shí)際通流量需要折算到額定主汽壓力下，折算后的流量稱為計(jì)算流量，計(jì)算流量通過如下公式計(jì)算得出

式中Q—計(jì)算流量；P1—調(diào)節(jié)級壓力；P1e—額定調(diào)節(jié)級壓力；Pt—主汽壓力；Pte—額定主汽壓力。

使用上述公式和單閥方式下閥門流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以計(jì)算出計(jì)算流量。通過比較流量指令和計(jì)算流量的差值，可以看出原流量特性曲線的優(yōu)劣程度。經(jīng)過整理后單閥試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1，從表1中可以看出，當(dāng)實(shí)際流量在50%～100%之間時(shí)流量指令與計(jì)算得出的閥門計(jì)算流量之間差值較大，嚴(yán)重影響了控制的穩(wěn)定性。這充分說明了目前的單閥控制方式下閥門流量特性曲線與實(shí)際情況相差很大，存在優(yōu)化空間。

以試驗(yàn)中的計(jì)算流量作為流量指令，經(jīng)過簡化及計(jì)算，保留原有的預(yù)啟開度，我們可以擬合出與實(shí)際情況較吻合的單閥方式下新閥門流量特性函數(shù)如下表2所示，優(yōu)化前后閥門特性曲線圖對比如圖2所示。

5 順序閥方式下閥門流量特性的優(yōu)化計(jì)算

將順序閥方式下閥門流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)整理后如下表3，從表3中可以看出，當(dāng)實(shí)際流量在50%～100%之間時(shí)流量指令與計(jì)算得出的閥門計(jì)算流量之間差值較大，在53%左右時(shí)甚至差值達(dá)到了28．4%，嚴(yán)重影響了控制的穩(wěn)定性。這充分說明了目前的順序閥控制方式下閥門流量特性曲線與實(shí)際情況嚴(yán)重不吻合，存在優(yōu)化空間。

該廠DEH中順序閥方式流量特性曲線的設(shè)置采用的是混合式閥門開度指令，邏輯框圖如圖3所示。流量比例偏置因子K+B負(fù)責(zé)對流量指令進(jìn)行分配，控制各調(diào)門的開啟順序；有些情況下這一環(huán)節(jié)用折線函數(shù)替代K+B形式，作用相同。比例、偏置修正只在順序閥方式時(shí)起作用，其參數(shù)是根據(jù)閥門的設(shè)計(jì)流量和閥門開關(guān)順序來確定的，因此不同開啟順序的各個(gè)閥門其K和B的值也不相同。

具體如何計(jì)算，舉例如下:根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們知道當(dāng)流量指令為0%時(shí)CV1/CV2全關(guān)，流量指令為61%時(shí)，CV1/CV2全開。因此我們可以列出兩個(gè)等式，即0=K×0+B；100=K×61+B；通過解這兩個(gè)等式可以得出CV1和CV2的K=1．6393和B=0。下一個(gè)開啟的門是CV3，保留一定的開啟度，通過試驗(yàn)我們知道CV3需要在流量指令為57．5%開度正好為0%；流量指令為92%時(shí)，CV3全開。同樣我們列出兩個(gè)等式0= K×57．5+B；100=K×92+B；解出CV3的K=2．2986，B=-166．67。使用相同的方法，可以得出CV4的K=9．54198，B=-854．2。

綜上所述，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過合理簡化、投影計(jì)算及選取合適的重疊度，通過對將計(jì)算出的K和B值帶入各閥門的等式，從而得到各閥門流量指令對應(yīng)的開度值如表4。優(yōu)化前后閥門特性曲線圖對比如圖4所示。

6 結(jié)語

該機(jī)組采用優(yōu)化后的閥門流量特性曲線后，徹底解決了調(diào)門擺動、功控?zé)o法正常投入、一次調(diào)頻性能不合格等問題；通過減少閥門重疊度，還能達(dá)到節(jié)能目的，對機(jī)組運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性都有一定的提高。從我們試驗(yàn)和優(yōu)化后的某廠135MW機(jī)組的應(yīng)用情況看， 提高了控制穩(wěn)定性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，值得大力推廣。