200?MW機組汽輪機運行方式低負荷適應(yīng)性優(yōu)化

秦道永+鄒學(xué)明+杜冶+曹志偉+劉金龍

摘 要：空冷機組和供熱機組的四季運行參數(shù)具有較大的差異性，對機組的運行經(jīng)濟性和安全性影響較大。該文以200 MW級別的空冷機組和供熱機組為例，闡述了兩種汽輪機運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略，既能夠提高機組全年變工況運行經(jīng)濟性，又能夠改善機組運行的安全穩(wěn)定性，在實際中真正實現(xiàn)了安全節(jié)能的效果。這對我國空冷機組和供熱機組的節(jié)能優(yōu)化的運行及改造經(jīng)驗具有很大的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：200 MW ?供熱 ?空冷 ?汽輪機 ?運行方式 ?低負荷 ?適應(yīng)性 ?優(yōu)化改造

中圖分類號：TK267 ? ?文獻標識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0053-02

目前，200 MW級別機組在國內(nèi)占有較大的比例[1]，早在2003年時數(shù)目就已經(jīng)達到200多臺，這其中包括大量的空冷機組和供熱機組。然而，這兩種類型機組的運行方式都具有一定的特殊性，極大的影響了機組的安全高效運行。隨著我國熱電聯(lián)產(chǎn)機組的大型化發(fā)展趨勢，200 MW級別機組成為主力機型之一[2]。對于供熱機組而言，在供熱期機組為保證供熱量大都采用“以熱定電”的運行方式，機組長期處于高負荷運行狀態(tài)，而在非供熱期機組大部分時間處于低負荷運行狀態(tài)。而對于處于富煤少水區(qū)域的空冷機組而言，不僅夏季背壓變化范圍大，而且運行環(huán)境也相對較為惡劣[3]。因此，國內(nèi)很多學(xué)者機構(gòu)針對200 MW機組的運行方式優(yōu)化及系統(tǒng)升級改造進行研究，以期實現(xiàn)國產(chǎn)200 MW機組的平均供電煤耗總體水平降到與發(fā)達國家相當?shù)乃健Ｎ墨I[4]采用全廠和機組運行工況表描述供電、供熱能耗特性曲線，通過最優(yōu)工況動態(tài)尋優(yōu)方法求解負荷優(yōu)化分配問題，提高了方法的工程適用性。以某2×200 MW和2×300 MW熱電廠的全廠熱電負荷分配問題為實例，取得目標煤消耗量下降36.91 t的節(jié)能效益。文獻[5]針對200 MW、300 MW機組EH油系統(tǒng)在運行中所出現(xiàn)的一些常見故障，并針對問題提出了一些防范整治措施，提高機組的間接經(jīng)濟效益。文獻[6]介紹了空預(yù)器柔性接觸式密封裝置結(jié)構(gòu)，以及該項技術(shù)在呼和浩特?zé)犭姀S200 MW機組鍋爐空預(yù)器改造后收到的成效，具有極大的推廣應(yīng)用價值。文獻[7]根據(jù)4臺200 MW機組電調(diào)改造后的運行狀況，通過對高壓調(diào)速汽門的配汽優(yōu)化，不僅提高了汽輪機缸效率，而且有利于汽輪機安全穩(wěn)定運行，也具有極大的借鑒意義。文獻[8]針對季節(jié)變化導(dǎo)致空冷機組背壓變化，進而在額定負荷下引起閥門節(jié)流損失這一問題，設(shè)計了一種閥門控制噴嘴數(shù)量不相等的高壓缸進汽結(jié)構(gòu)，能組合出兩個三閥點，分別對應(yīng)空冷機組夏季工況和冬季工況的額定流量。提出了基于不同三閥點的閥門管理策略，可以減小節(jié)流損失、提高機組運行效率。

該文針對空冷機組和供熱機組四季運行參數(shù)具有較大差異性的特殊性，以200 MW級別的機組為例闡述了汽輪機運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略思想。通過實際機組運行試驗數(shù)據(jù)測算，此方法既能夠提高機組全年變工況運行經(jīng)濟性，又能夠改善機組運行的安全穩(wěn)定性，在實際中真正實現(xiàn)了安全節(jié)能的效果。這對我國空冷機組和供熱機組的節(jié)能優(yōu)化的運行及改造經(jīng)驗具有一定的借鑒作用和推廣應(yīng)用價值。

1 運行方式低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略

在我國東北俄制215 MW機組是典型200 MW級別機組之一，機組布置圖及對應(yīng)噴嘴組數(shù)目如圖1所示。通過調(diào)節(jié)變工況理論計算，得到的不同開啟順序?qū)?yīng)的汽輪機調(diào)節(jié)級效率如圖2所示。從圖2可以看出，#1、#3→#4→#2規(guī)律（簡稱策略一）在低負荷區(qū)噴嘴數(shù)目少效率較高;#2、#4→#3→#1（簡稱策略二）規(guī)律在低負荷區(qū)效率較低，在中間負荷區(qū)效率較高。并且，這兩種運行方式能夠最大程度減小剩余汽流力，對機組的安全穩(wěn)定性影響最小[9]。由此看見，由于噴嘴數(shù)目的差異，采用不同的順序閥開啟次序，機組在不同負荷區(qū)的效率是不同的，這為機組運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

對于供熱機組而言，低負荷特性在四季中有較大差異性：在供熱期機組為保證供熱量大都采用“以熱定電”的運行方式，機組即便是低負荷運行時也需要更多的噴嘴來保證較大的進汽量用于抽汽供熱，因此，適合采用策略二的運行方式;而在非供熱期機組大部分時間處于正常進汽需求的低負荷運行狀態(tài)，機組可以通過較少的噴嘴數(shù)實現(xiàn)在保證進汽量的同時，保持兩閥較大的開度減小節(jié)流損失，因此，適合采用策略一的進汽運行方式。需要注意的是：上述優(yōu)化策略理論上是不存在問題的，但在實際應(yīng)用中需要對機組的實際負荷特性進行測試，才能確定機組的與其低負荷特性相匹配的運行方式，而不是一個簡單的優(yōu)化組合問題。對于空冷機組問題類似，由于空冷機組在冬、夏季背壓變化較大，背壓的大幅變化使得機組冬、夏季在同樣負荷點的汽耗率存在很大的差異。同樣以圖1所示的空冷機組的噴嘴數(shù)目，針對機組冬、夏季分別設(shè)計不同的閥門開啟規(guī)律，能夠使機組在冬、夏季經(jīng)常運行負荷點均具有較高的效率，從而達到提高機組運行經(jīng)濟性的目的。以冬季常運行的兩閥低負荷點為例，此時若噴嘴數(shù)較少的1、3噴嘴組先開。由于冬季機組背壓較低，同樣負荷汽耗率較低，這樣在夏季隨著機組背壓高，同樣負荷汽耗率高，策略一的兩閥點將無法達到要求的負荷，若要達到這一負荷，第三個閥門將開啟，從而夏季的經(jīng)濟性必然下降。而此時若采用噴嘴數(shù)較多的2、4噴嘴組先開，策略二對應(yīng)的兩閥點將可能滿足機組的負荷需求，從而機組的經(jīng)濟性將明顯提高。這樣結(jié)合機組冬夏季背壓的差異，通過優(yōu)化閥門開啟的次序，將能夠使機組在冬夏季均具有良好地運行經(jīng)濟性，適應(yīng)機組冬夏季背壓的變化。此外，對于空冷機組運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化，在實際應(yīng)用中也需要對機組的實際負荷特性進行測試，根據(jù)測試結(jié)果進行優(yōu)化。

2 運行方式優(yōu)化調(diào)整的試驗研究

為了測試該方法的有效性，限于篇幅問題本文只針對幾臺國產(chǎn)200 MW的供熱機組進行運行方式的優(yōu)化調(diào)整試驗研究。國產(chǎn)典型200 MW機組的噴嘴布置圖與圖1類似，只不過噴嘴組數(shù)目有差異，其中#1、#2噴嘴數(shù)目為13個，#3噴嘴數(shù)目為12個，#4噴嘴數(shù)目為14個。機組原順序閥進汽順序為#1+#2→#3→#4，進汽曲線如圖3所示（虛線）。按照上述理論對機組進行負荷特性測試，發(fā)現(xiàn)機組原設(shè)計的進汽規(guī)律曲線不僅開啟順序不合理，而且，曲線的重疊度和開啟平緩程度都設(shè)計不合理。對機組進行整體運行方式優(yōu)化，得到的最優(yōu)運行方式的進汽規(guī)律曲線圖3所示（實線），從而保證機組在冬季供熱能夠安全穩(wěn)定運行，并且在運行至低負荷時也能夠一直保持在最佳經(jīng)濟狀態(tài)。對機組進行實際運行考核試驗，取得了如下的優(yōu)化效果：（1）機組安全穩(wěn)定性得到明顯改善，#1～#3瓦瓦溫基本保持不變，都維持在較低80℃左右水平，#1～#3瓦軸振最大降低30 um左右，瓦振最大降低8 um左右;（2）通過優(yōu)化調(diào)門的開啟的緩慢程度，改善了由于原規(guī)律下的在68%和88%流量處的閥門開啟過陡的規(guī)律所引起的高調(diào)高頻擺動狀態(tài)，EH油壓波動幅度變小，進一步改善了機組的安全性能;（3）流量特性曲線的線性度得到改善，增強了機組的AGC和一次調(diào)頻調(diào)節(jié)特性，增加了電廠的間接經(jīng)濟性;（4）機組內(nèi)效率得到提高，相同流量下機組發(fā)電功率增加，而汽耗率降低，如圖4所示。

3 結(jié)論及展望

該文針對空冷機組和供熱機組四季運行參數(shù)差異性對機組安全經(jīng)濟運行的影響問題展開論述，以200 MW級別的空冷機組和供熱機組為例，闡述了兩種特殊機組汽輪機運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略，能夠提高機組全工況運行經(jīng)濟性、改善全工況運行的安全穩(wěn)定性，這對我國200 MW級別機組的運行優(yōu)化及系統(tǒng)改造具有一定的借鑒意義。此外，限于篇幅問題本文僅論述了定壓條件下的兩種特殊機組低負荷運行方式的適應(yīng)性優(yōu)化策略，而不能針對變壓條件下的更加復(fù)雜低負荷適應(yīng)優(yōu)化策略進行詳細闡述。

參考文獻

[1] 朱學(xué)勤.200MW汽輪機組運行中節(jié)能降耗分析[J].自動化應(yīng)用，2013（11）.

[2] 徐海軍.大型供熱機組存在的問題與對策[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2014（2）.

[3] 孟憲彬，馬世喜，劉嬌，等.200MW級間接空冷機組的運行調(diào)研及綜合優(yōu)化潛力分析[J].節(jié)能技術(shù)，2014（1）.

[4] 謝毅霏，衛(wèi)鵬杰，張建偉.動態(tài)尋優(yōu)法在供熱機組熱電負荷優(yōu)化分配中的應(yīng)用[J].山西電力，2014（1）.

[5] 陳金歡.200MW、300MW機組EH油系統(tǒng)常見故障原因分析及整治措施[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)（下半月），2014，33（2）.

[6] 潘海鴻，任小虎，李銀廣.呼和浩特?zé)犭姀S200MW鍋爐空氣預(yù)熱器柔性接觸密封改造效果分析[J].內(nèi)蒙古石油化工，2014（3）.

[7] 賈和，王亞超，于劍宇.200MW汽輪機調(diào)節(jié)汽門最佳運行方式及配汽優(yōu)化[J].東北電力技術(shù)，2011（5）.

[8] 段巖峰，劉金福，于達仁.提高空冷機組效率的閥門管理[J].汽輪機技術(shù)，2010（5）.

[9] 于達仁，劉占生，李強，等.汽輪機配汽設(shè)計的優(yōu)化[J].動力工程，2007，27（1）.endprint

摘 要：空冷機組和供熱機組的四季運行參數(shù)具有較大的差異性，對機組的運行經(jīng)濟性和安全性影響較大。該文以200 MW級別的空冷機組和供熱機組為例，闡述了兩種汽輪機運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略，既能夠提高機組全年變工況運行經(jīng)濟性，又能夠改善機組運行的安全穩(wěn)定性，在實際中真正實現(xiàn)了安全節(jié)能的效果。這對我國空冷機組和供熱機組的節(jié)能優(yōu)化的運行及改造經(jīng)驗具有很大的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：200 MW ?供熱 ?空冷 ?汽輪機 ?運行方式 ?低負荷 ?適應(yīng)性 ?優(yōu)化改造

中圖分類號：TK267 ? ?文獻標識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0053-02

目前，200 MW級別機組在國內(nèi)占有較大的比例[1]，早在2003年時數(shù)目就已經(jīng)達到200多臺，這其中包括大量的空冷機組和供熱機組。然而，這兩種類型機組的運行方式都具有一定的特殊性，極大的影響了機組的安全高效運行。隨著我國熱電聯(lián)產(chǎn)機組的大型化發(fā)展趨勢，200 MW級別機組成為主力機型之一[2]。對于供熱機組而言，在供熱期機組為保證供熱量大都采用“以熱定電”的運行方式，機組長期處于高負荷運行狀態(tài)，而在非供熱期機組大部分時間處于低負荷運行狀態(tài)。而對于處于富煤少水區(qū)域的空冷機組而言，不僅夏季背壓變化范圍大，而且運行環(huán)境也相對較為惡劣[3]。因此，國內(nèi)很多學(xué)者機構(gòu)針對200 MW機組的運行方式優(yōu)化及系統(tǒng)升級改造進行研究，以期實現(xiàn)國產(chǎn)200 MW機組的平均供電煤耗總體水平降到與發(fā)達國家相當?shù)乃?。文獻[4]采用全廠和機組運行工況表描述供電、供熱能耗特性曲線，通過最優(yōu)工況動態(tài)尋優(yōu)方法求解負荷優(yōu)化分配問題，提高了方法的工程適用性。以某2×200 MW和2×300 MW熱電廠的全廠熱電負荷分配問題為實例，取得目標煤消耗量下降36.91 t的節(jié)能效益。文獻[5]針對200 MW、300 MW機組EH油系統(tǒng)在運行中所出現(xiàn)的一些常見故障，并針對問題提出了一些防范整治措施，提高機組的間接經(jīng)濟效益。文獻[6]介紹了空預(yù)器柔性接觸式密封裝置結(jié)構(gòu)，以及該項技術(shù)在呼和浩特?zé)犭姀S200 MW機組鍋爐空預(yù)器改造后收到的成效，具有極大的推廣應(yīng)用價值。文獻[7]根據(jù)4臺200 MW機組電調(diào)改造后的運行狀況，通過對高壓調(diào)速汽門的配汽優(yōu)化，不僅提高了汽輪機缸效率，而且有利于汽輪機安全穩(wěn)定運行，也具有極大的借鑒意義。文獻[8]針對季節(jié)變化導(dǎo)致空冷機組背壓變化，進而在額定負荷下引起閥門節(jié)流損失這一問題，設(shè)計了一種閥門控制噴嘴數(shù)量不相等的高壓缸進汽結(jié)構(gòu)，能組合出兩個三閥點，分別對應(yīng)空冷機組夏季工況和冬季工況的額定流量。提出了基于不同三閥點的閥門管理策略，可以減小節(jié)流損失、提高機組運行效率。

該文針對空冷機組和供熱機組四季運行參數(shù)具有較大差異性的特殊性，以200 MW級別的機組為例闡述了汽輪機運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略思想。通過實際機組運行試驗數(shù)據(jù)測算，此方法既能夠提高機組全年變工況運行經(jīng)濟性，又能夠改善機組運行的安全穩(wěn)定性，在實際中真正實現(xiàn)了安全節(jié)能的效果。這對我國空冷機組和供熱機組的節(jié)能優(yōu)化的運行及改造經(jīng)驗具有一定的借鑒作用和推廣應(yīng)用價值。

1 運行方式低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略

在我國東北俄制215 MW機組是典型200 MW級別機組之一，機組布置圖及對應(yīng)噴嘴組數(shù)目如圖1所示。通過調(diào)節(jié)變工況理論計算，得到的不同開啟順序?qū)?yīng)的汽輪機調(diào)節(jié)級效率如圖2所示。從圖2可以看出，#1、#3→#4→#2規(guī)律（簡稱策略一）在低負荷區(qū)噴嘴數(shù)目少效率較高;#2、#4→#3→#1（簡稱策略二）規(guī)律在低負荷區(qū)效率較低，在中間負荷區(qū)效率較高。并且，這兩種運行方式能夠最大程度減小剩余汽流力，對機組的安全穩(wěn)定性影響最小[9]。由此看見，由于噴嘴數(shù)目的差異，采用不同的順序閥開啟次序，機組在不同負荷區(qū)的效率是不同的，這為機組運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

對于供熱機組而言，低負荷特性在四季中有較大差異性：在供熱期機組為保證供熱量大都采用“以熱定電”的運行方式，機組即便是低負荷運行時也需要更多的噴嘴來保證較大的進汽量用于抽汽供熱，因此，適合采用策略二的運行方式;而在非供熱期機組大部分時間處于正常進汽需求的低負荷運行狀態(tài)，機組可以通過較少的噴嘴數(shù)實現(xiàn)在保證進汽量的同時，保持兩閥較大的開度減小節(jié)流損失，因此，適合采用策略一的進汽運行方式。需要注意的是：上述優(yōu)化策略理論上是不存在問題的，但在實際應(yīng)用中需要對機組的實際負荷特性進行測試，才能確定機組的與其低負荷特性相匹配的運行方式，而不是一個簡單的優(yōu)化組合問題。對于空冷機組問題類似，由于空冷機組在冬、夏季背壓變化較大，背壓的大幅變化使得機組冬、夏季在同樣負荷點的汽耗率存在很大的差異。同樣以圖1所示的空冷機組的噴嘴數(shù)目，針對機組冬、夏季分別設(shè)計不同的閥門開啟規(guī)律，能夠使機組在冬、夏季經(jīng)常運行負荷點均具有較高的效率，從而達到提高機組運行經(jīng)濟性的目的。以冬季常運行的兩閥低負荷點為例，此時若噴嘴數(shù)較少的1、3噴嘴組先開。由于冬季機組背壓較低，同樣負荷汽耗率較低，這樣在夏季隨著機組背壓高，同樣負荷汽耗率高，策略一的兩閥點將無法達到要求的負荷，若要達到這一負荷，第三個閥門將開啟，從而夏季的經(jīng)濟性必然下降。而此時若采用噴嘴數(shù)較多的2、4噴嘴組先開，策略二對應(yīng)的兩閥點將可能滿足機組的負荷需求，從而機組的經(jīng)濟性將明顯提高。這樣結(jié)合機組冬夏季背壓的差異，通過優(yōu)化閥門開啟的次序，將能夠使機組在冬夏季均具有良好地運行經(jīng)濟性，適應(yīng)機組冬夏季背壓的變化。此外，對于空冷機組運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化，在實際應(yīng)用中也需要對機組的實際負荷特性進行測試，根據(jù)測試結(jié)果進行優(yōu)化。

2 運行方式優(yōu)化調(diào)整的試驗研究

為了測試該方法的有效性，限于篇幅問題本文只針對幾臺國產(chǎn)200 MW的供熱機組進行運行方式的優(yōu)化調(diào)整試驗研究。國產(chǎn)典型200 MW機組的噴嘴布置圖與圖1類似，只不過噴嘴組數(shù)目有差異，其中#1、#2噴嘴數(shù)目為13個，#3噴嘴數(shù)目為12個，#4噴嘴數(shù)目為14個。機組原順序閥進汽順序為#1+#2→#3→#4，進汽曲線如圖3所示（虛線）。按照上述理論對機組進行負荷特性測試，發(fā)現(xiàn)機組原設(shè)計的進汽規(guī)律曲線不僅開啟順序不合理，而且，曲線的重疊度和開啟平緩程度都設(shè)計不合理。對機組進行整體運行方式優(yōu)化，得到的最優(yōu)運行方式的進汽規(guī)律曲線圖3所示（實線），從而保證機組在冬季供熱能夠安全穩(wěn)定運行，并且在運行至低負荷時也能夠一直保持在最佳經(jīng)濟狀態(tài)。對機組進行實際運行考核試驗，取得了如下的優(yōu)化效果：（1）機組安全穩(wěn)定性得到明顯改善，#1～#3瓦瓦溫基本保持不變，都維持在較低80℃左右水平，#1～#3瓦軸振最大降低30 um左右，瓦振最大降低8 um左右;（2）通過優(yōu)化調(diào)門的開啟的緩慢程度，改善了由于原規(guī)律下的在68%和88%流量處的閥門開啟過陡的規(guī)律所引起的高調(diào)高頻擺動狀態(tài)，EH油壓波動幅度變小，進一步改善了機組的安全性能;（3）流量特性曲線的線性度得到改善，增強了機組的AGC和一次調(diào)頻調(diào)節(jié)特性，增加了電廠的間接經(jīng)濟性;（4）機組內(nèi)效率得到提高，相同流量下機組發(fā)電功率增加，而汽耗率降低，如圖4所示。

3 結(jié)論及展望

該文針對空冷機組和供熱機組四季運行參數(shù)差異性對機組安全經(jīng)濟運行的影響問題展開論述，以200 MW級別的空冷機組和供熱機組為例，闡述了兩種特殊機組汽輪機運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略，能夠提高機組全工況運行經(jīng)濟性、改善全工況運行的安全穩(wěn)定性，這對我國200 MW級別機組的運行優(yōu)化及系統(tǒng)改造具有一定的借鑒意義。此外，限于篇幅問題本文僅論述了定壓條件下的兩種特殊機組低負荷運行方式的適應(yīng)性優(yōu)化策略，而不能針對變壓條件下的更加復(fù)雜低負荷適應(yīng)優(yōu)化策略進行詳細闡述。

參考文獻

[1] 朱學(xué)勤.200MW汽輪機組運行中節(jié)能降耗分析[J].自動化應(yīng)用，2013（11）.

[2] 徐海軍.大型供熱機組存在的問題與對策[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2014（2）.

[3] 孟憲彬，馬世喜，劉嬌，等.200MW級間接空冷機組的運行調(diào)研及綜合優(yōu)化潛力分析[J].節(jié)能技術(shù)，2014（1）.

[4] 謝毅霏，衛(wèi)鵬杰，張建偉.動態(tài)尋優(yōu)法在供熱機組熱電負荷優(yōu)化分配中的應(yīng)用[J].山西電力，2014（1）.

[5] 陳金歡.200MW、300MW機組EH油系統(tǒng)常見故障原因分析及整治措施[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)（下半月），2014，33（2）.

[6] 潘海鴻，任小虎，李銀廣.呼和浩特?zé)犭姀S200MW鍋爐空氣預(yù)熱器柔性接觸密封改造效果分析[J].內(nèi)蒙古石油化工，2014（3）.

[7] 賈和，王亞超，于劍宇.200MW汽輪機調(diào)節(jié)汽門最佳運行方式及配汽優(yōu)化[J].東北電力技術(shù)，2011（5）.

[8] 段巖峰，劉金福，于達仁.提高空冷機組效率的閥門管理[J].汽輪機技術(shù)，2010（5）.

[9] 于達仁，劉占生，李強，等.汽輪機配汽設(shè)計的優(yōu)化[J].動力工程，2007，27（1）.endprint

摘 要：空冷機組和供熱機組的四季運行參數(shù)具有較大的差異性，對機組的運行經(jīng)濟性和安全性影響較大。該文以200 MW級別的空冷機組和供熱機組為例，闡述了兩種汽輪機運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略，既能夠提高機組全年變工況運行經(jīng)濟性，又能夠改善機組運行的安全穩(wěn)定性，在實際中真正實現(xiàn)了安全節(jié)能的效果。這對我國空冷機組和供熱機組的節(jié)能優(yōu)化的運行及改造經(jīng)驗具有很大的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：200 MW ?供熱 ?空冷 ?汽輪機 ?運行方式 ?低負荷 ?適應(yīng)性 ?優(yōu)化改造

中圖分類號：TK267 ? ?文獻標識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0053-02

目前，200 MW級別機組在國內(nèi)占有較大的比例[1]，早在2003年時數(shù)目就已經(jīng)達到200多臺，這其中包括大量的空冷機組和供熱機組。然而，這兩種類型機組的運行方式都具有一定的特殊性，極大的影響了機組的安全高效運行。隨著我國熱電聯(lián)產(chǎn)機組的大型化發(fā)展趨勢，200 MW級別機組成為主力機型之一[2]。對于供熱機組而言，在供熱期機組為保證供熱量大都采用“以熱定電”的運行方式，機組長期處于高負荷運行狀態(tài)，而在非供熱期機組大部分時間處于低負荷運行狀態(tài)。而對于處于富煤少水區(qū)域的空冷機組而言，不僅夏季背壓變化范圍大，而且運行環(huán)境也相對較為惡劣[3]。因此，國內(nèi)很多學(xué)者機構(gòu)針對200 MW機組的運行方式優(yōu)化及系統(tǒng)升級改造進行研究，以期實現(xiàn)國產(chǎn)200 MW機組的平均供電煤耗總體水平降到與發(fā)達國家相當?shù)乃健Ｎ墨I[4]采用全廠和機組運行工況表描述供電、供熱能耗特性曲線，通過最優(yōu)工況動態(tài)尋優(yōu)方法求解負荷優(yōu)化分配問題，提高了方法的工程適用性。以某2×200 MW和2×300 MW熱電廠的全廠熱電負荷分配問題為實例，取得目標煤消耗量下降36.91 t的節(jié)能效益。文獻[5]針對200 MW、300 MW機組EH油系統(tǒng)在運行中所出現(xiàn)的一些常見故障，并針對問題提出了一些防范整治措施，提高機組的間接經(jīng)濟效益。文獻[6]介紹了空預(yù)器柔性接觸式密封裝置結(jié)構(gòu)，以及該項技術(shù)在呼和浩特?zé)犭姀S200 MW機組鍋爐空預(yù)器改造后收到的成效，具有極大的推廣應(yīng)用價值。文獻[7]根據(jù)4臺200 MW機組電調(diào)改造后的運行狀況，通過對高壓調(diào)速汽門的配汽優(yōu)化，不僅提高了汽輪機缸效率，而且有利于汽輪機安全穩(wěn)定運行，也具有極大的借鑒意義。文獻[8]針對季節(jié)變化導(dǎo)致空冷機組背壓變化，進而在額定負荷下引起閥門節(jié)流損失這一問題，設(shè)計了一種閥門控制噴嘴數(shù)量不相等的高壓缸進汽結(jié)構(gòu)，能組合出兩個三閥點，分別對應(yīng)空冷機組夏季工況和冬季工況的額定流量。提出了基于不同三閥點的閥門管理策略，可以減小節(jié)流損失、提高機組運行效率。

該文針對空冷機組和供熱機組四季運行參數(shù)具有較大差異性的特殊性，以200 MW級別的機組為例闡述了汽輪機運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略思想。通過實際機組運行試驗數(shù)據(jù)測算，此方法既能夠提高機組全年變工況運行經(jīng)濟性，又能夠改善機組運行的安全穩(wěn)定性，在實際中真正實現(xiàn)了安全節(jié)能的效果。這對我國空冷機組和供熱機組的節(jié)能優(yōu)化的運行及改造經(jīng)驗具有一定的借鑒作用和推廣應(yīng)用價值。

1 運行方式低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略

在我國東北俄制215 MW機組是典型200 MW級別機組之一，機組布置圖及對應(yīng)噴嘴組數(shù)目如圖1所示。通過調(diào)節(jié)變工況理論計算，得到的不同開啟順序?qū)?yīng)的汽輪機調(diào)節(jié)級效率如圖2所示。從圖2可以看出，#1、#3→#4→#2規(guī)律（簡稱策略一）在低負荷區(qū)噴嘴數(shù)目少效率較高;#2、#4→#3→#1（簡稱策略二）規(guī)律在低負荷區(qū)效率較低，在中間負荷區(qū)效率較高。并且，這兩種運行方式能夠最大程度減小剩余汽流力，對機組的安全穩(wěn)定性影響最小[9]。由此看見，由于噴嘴數(shù)目的差異，采用不同的順序閥開啟次序，機組在不同負荷區(qū)的效率是不同的，這為機組運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

對于供熱機組而言，低負荷特性在四季中有較大差異性：在供熱期機組為保證供熱量大都采用“以熱定電”的運行方式，機組即便是低負荷運行時也需要更多的噴嘴來保證較大的進汽量用于抽汽供熱，因此，適合采用策略二的運行方式;而在非供熱期機組大部分時間處于正常進汽需求的低負荷運行狀態(tài)，機組可以通過較少的噴嘴數(shù)實現(xiàn)在保證進汽量的同時，保持兩閥較大的開度減小節(jié)流損失，因此，適合采用策略一的進汽運行方式。需要注意的是：上述優(yōu)化策略理論上是不存在問題的，但在實際應(yīng)用中需要對機組的實際負荷特性進行測試，才能確定機組的與其低負荷特性相匹配的運行方式，而不是一個簡單的優(yōu)化組合問題。對于空冷機組問題類似，由于空冷機組在冬、夏季背壓變化較大，背壓的大幅變化使得機組冬、夏季在同樣負荷點的汽耗率存在很大的差異。同樣以圖1所示的空冷機組的噴嘴數(shù)目，針對機組冬、夏季分別設(shè)計不同的閥門開啟規(guī)律，能夠使機組在冬、夏季經(jīng)常運行負荷點均具有較高的效率，從而達到提高機組運行經(jīng)濟性的目的。以冬季常運行的兩閥低負荷點為例，此時若噴嘴數(shù)較少的1、3噴嘴組先開。由于冬季機組背壓較低，同樣負荷汽耗率較低，這樣在夏季隨著機組背壓高，同樣負荷汽耗率高，策略一的兩閥點將無法達到要求的負荷，若要達到這一負荷，第三個閥門將開啟，從而夏季的經(jīng)濟性必然下降。而此時若采用噴嘴數(shù)較多的2、4噴嘴組先開，策略二對應(yīng)的兩閥點將可能滿足機組的負荷需求，從而機組的經(jīng)濟性將明顯提高。這樣結(jié)合機組冬夏季背壓的差異，通過優(yōu)化閥門開啟的次序，將能夠使機組在冬夏季均具有良好地運行經(jīng)濟性，適應(yīng)機組冬夏季背壓的變化。此外，對于空冷機組運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化，在實際應(yīng)用中也需要對機組的實際負荷特性進行測試，根據(jù)測試結(jié)果進行優(yōu)化。

2 運行方式優(yōu)化調(diào)整的試驗研究

為了測試該方法的有效性，限于篇幅問題本文只針對幾臺國產(chǎn)200 MW的供熱機組進行運行方式的優(yōu)化調(diào)整試驗研究。國產(chǎn)典型200 MW機組的噴嘴布置圖與圖1類似，只不過噴嘴組數(shù)目有差異，其中#1、#2噴嘴數(shù)目為13個，#3噴嘴數(shù)目為12個，#4噴嘴數(shù)目為14個。機組原順序閥進汽順序為#1+#2→#3→#4，進汽曲線如圖3所示（虛線）。按照上述理論對機組進行負荷特性測試，發(fā)現(xiàn)機組原設(shè)計的進汽規(guī)律曲線不僅開啟順序不合理，而且，曲線的重疊度和開啟平緩程度都設(shè)計不合理。對機組進行整體運行方式優(yōu)化，得到的最優(yōu)運行方式的進汽規(guī)律曲線圖3所示（實線），從而保證機組在冬季供熱能夠安全穩(wěn)定運行，并且在運行至低負荷時也能夠一直保持在最佳經(jīng)濟狀態(tài)。對機組進行實際運行考核試驗，取得了如下的優(yōu)化效果：（1）機組安全穩(wěn)定性得到明顯改善，#1～#3瓦瓦溫基本保持不變，都維持在較低80℃左右水平，#1～#3瓦軸振最大降低30 um左右，瓦振最大降低8 um左右;（2）通過優(yōu)化調(diào)門的開啟的緩慢程度，改善了由于原規(guī)律下的在68%和88%流量處的閥門開啟過陡的規(guī)律所引起的高調(diào)高頻擺動狀態(tài)，EH油壓波動幅度變小，進一步改善了機組的安全性能;（3）流量特性曲線的線性度得到改善，增強了機組的AGC和一次調(diào)頻調(diào)節(jié)特性，增加了電廠的間接經(jīng)濟性;（4）機組內(nèi)效率得到提高，相同流量下機組發(fā)電功率增加，而汽耗率降低，如圖4所示。

3 結(jié)論及展望

該文針對空冷機組和供熱機組四季運行參數(shù)差異性對機組安全經(jīng)濟運行的影響問題展開論述，以200 MW級別的空冷機組和供熱機組為例，闡述了兩種特殊機組汽輪機運行方式的低負荷適應(yīng)性優(yōu)化策略，能夠提高機組全工況運行經(jīng)濟性、改善全工況運行的安全穩(wěn)定性，這對我國200 MW級別機組的運行優(yōu)化及系統(tǒng)改造具有一定的借鑒意義。此外，限于篇幅問題本文僅論述了定壓條件下的兩種特殊機組低負荷運行方式的適應(yīng)性優(yōu)化策略，而不能針對變壓條件下的更加復(fù)雜低負荷適應(yīng)優(yōu)化策略進行詳細闡述。

參考文獻

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