300?MW機組適應調(diào)峰運行的一體化改造策略

張成杰　江飛　蘇靖　于志遠　李飛　劉金龍

摘 要：近期，國務院常務會議關于全面燃煤電廠大幅降低發(fā)電煤耗和污染排放的決定，給國內(nèi)臺數(shù)占半的300 MW級別機組的安全高效運行提出了很大挑戰(zhàn)，紛紛尋求供熱改造的方案以大幅降低機組年平均供電煤耗。該文針對進一步降低300 MW調(diào)峰運行機組的年平均供電煤耗提出了適應長時間低負荷運行的一體化改造策略：針對國內(nèi)本體設計裕度很大的汽輪機進行噴嘴組優(yōu)化是一種硬改造策略，可以提高調(diào)峰機組低負荷運行經(jīng)濟性；針對早期引進的本體設計裕度較小汽輪機進行噴嘴調(diào)節(jié)與滑壓相結合的運行優(yōu)化是一種軟策略，非常易于實施。以2個電廠的8臺典型進口和國產(chǎn)機組為例進行實際測試，結果表明：配汽和滑壓的軟優(yōu)化策略通用性較強，而噴嘴組硬改造策略必須結合運行方式軟優(yōu)化策略才達到理想效果。這對我國300 MW機組調(diào)峰運行適應性的優(yōu)化改造具有借鑒意義。

關鍵詞：300 MW機組 調(diào)峰運行 適應性 噴嘴組改造 運行優(yōu)化

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0128-03

繼國家三部委于2014年9月印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》，要求到2020年現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組改造后平均供電煤耗低于310 g/kW·h，其中現(xiàn)役60萬 kW及以上機組（除空冷機組外）改造后平均供電煤耗低于300 g/kW·h后；國務院常務會議于2015年12月2日決定全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造、大幅降低發(fā)電煤耗和污染排放：在2020年前，對燃煤機組全面實施超低排放和節(jié)能改造，使所有現(xiàn)役電廠每千瓦時平均煤耗低于310 g、新建電廠平均煤耗低于300 g，對落后產(chǎn)能和不符合相關強制性標準要求的堅決淘汰關停，東、中部地區(qū)要提前至2017年和2018年達標[1]。專家指出：技術上沒有問題，并且，國內(nèi)很大一部分電廠已經(jīng)實現(xiàn)了平均煤耗低于310 g的指標，下一步推廣技術上不存在阻力。

然而，實際中許多300 MW級別純凝亞臨界機組，采用常規(guī)的節(jié)能技術根本無法達到310 g/kWh供電煤耗的要求；供熱改造雖然是大幅降低機組年平均供電煤耗的最有效策略，但其供電煤耗是否達標還要取決于其供熱時間及熱電比大小。

1 300 MW汽輪機低負荷運行現(xiàn)狀

1.1 所選的8臺案例機組概述

所選8臺案例機組配備4高調(diào)門噴嘴組，可以分成4類：2臺純進口330 MW機組，2臺半國產(chǎn)化330 MW機組，4臺純國產(chǎn)機組（2臺北重330 MW機組和2臺東汽300 MW機組）。其中，6臺330 MW機組設計裕度較小，機組采用噴嘴配汽滿發(fā)時4個調(diào)門基本全開。4高壓調(diào)節(jié)閥對應4組噴嘴（1、2組9個汽道，3、4組11個汽道），設計時已經(jīng)基本處于優(yōu)化狀態(tài)。2臺300 MW機組設計裕度較大，機組滿發(fā)時基本處于噴嘴調(diào)節(jié)方式的三閥點運行狀態(tài)。并且，4個調(diào)門對應4組噴嘴，每個噴嘴對應的汽道是相同的。

1.2 300 MW級別機組運行現(xiàn)狀

根據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計的信息，至2014年底，中國電力總裝機達13.6億kW，其中火電占比約為67.3%，煤電機組則占總裝機的比例約63.2%。另據(jù)2015年電力可靠性中心發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)（雖然不是所有機組都參與了統(tǒng)計，但很有代表性），2014年參加可靠性評價不同等級的煤電機組中，300 MW等級以下的機組數(shù)量占了總數(shù)的約70%，容量也占了約49%。機組調(diào)峰運行時不僅存在經(jīng)濟性低下的問題，而且也由于調(diào)峰運行出現(xiàn)了一些影響機組安全穩(wěn)定性的問題[2-3]。因此，許多電廠進行了一系列常規(guī)的節(jié)能優(yōu)化改造，如變頻、低溫省煤器、軸封改造、閥門管理、滑壓運行、冷端優(yōu)化等，涉及鍋爐、汽輪機以及輔機[4-6]。上海外高橋電廠走在技術前列[7]，為了提高4臺300 MW機組的調(diào)峰能力，通過研發(fā)計算機網(wǎng)絡管理系統(tǒng)軟件對機組運行實行優(yōu)化管理。軟件的形成涉及機組摸底試驗、優(yōu)化調(diào)整試驗、基準試驗、建立機組耗差和經(jīng)濟性評價模型等，并可根據(jù)實際運行情況進一步完善。

2 汽輪機本體的硬改造策略

目前，許多亞臨界300 MW級別機組需要頻繁地參與系統(tǒng)調(diào)峰，機組負荷大范圍變動甚至長時間低于THA設計值，導致其運行經(jīng)濟性下降嚴重。汽輪機經(jīng)濟性下降的程度差別與調(diào)節(jié)級噴嘴組相關性較大，主要原因在于通流面積與實際通流需求的不匹配；并且，隨負荷偏離額定值越大經(jīng)濟性下降越嚴重。再加上原設計噴嘴組在設計制造過程中存在不完善、通流面積過大，造成在運機組的調(diào)節(jié)級效率較差的普遍問題。因此，即便是機組進行檢修后，這個問題也是存在的。所以，對于300 MW機組進行噴嘴組優(yōu)化改造非常必要，尤其是上述2臺本體設計裕度較大的機組。

3 運行方式的軟優(yōu)化策略

3.1 閥門管理優(yōu)化

然而，汽輪機噴嘴組改造直接影響了機組的調(diào)節(jié)級實際流量特性，導致高調(diào)門特性曲線發(fā)生很大的偏離。如圖1和2所示，為2臺設計裕度較大的300 MW機組進行噴嘴組優(yōu)化改造前后，試驗測得的機組實際調(diào)門流量特性曲線。從兩圖的對比可以看出：前兩個調(diào)門流量承擔的份額下降了10%，因此，機組低負荷運行時調(diào)門相對原來開度變大，經(jīng)濟性變好。需要注意的是，進行調(diào)節(jié)級特性計算時，也需要考慮改變不同噴嘴數(shù)目組合對機組調(diào)節(jié)級葉片強度的影響[8-9]。對于當前正在發(fā)展的超臨界機組還需進一步考慮閥體激振問題[10]。

3.2 滑壓運行方式優(yōu)化

進一步，由于噴嘴組改造改變了調(diào)門流量特性，因此調(diào)門特性曲線優(yōu)化后各負荷點對應的最優(yōu)主蒸汽壓力也發(fā)生改變了。通過2臺噴嘴組優(yōu)化改造機組的實際變壓力運行試驗，得出各個主汽量/負荷的最優(yōu)主蒸汽壓力點，同時綜合考慮機組在各個壓力下運行的安全穩(wěn)定性等因素，對試驗結果進行適當修正調(diào)整，得到了機組最優(yōu)滑壓運行規(guī)律；如圖3和圖4所示，為機組純凝工況和抽汽工況這兩種工況下的優(yōu)化滑壓曲線設計規(guī)律，考慮了機組實際供熱工況對最優(yōu)主蒸汽壓力的影響。

3.3 實際運行測試結果

對于進行噴嘴組優(yōu)化硬改造和運行方式軟優(yōu)化的機組進行變負荷運行測試實驗：根據(jù)機組在不同負荷下運行時間的比例，對節(jié)能效果進行加權平均，得到在機組常運行的負荷區(qū)間內(nèi)，僅運行方式優(yōu)化前后的機組綜合熱耗率對比就下降了50 kJ/kWh，折合煤耗2 g/kwh左右，具有很好的節(jié)能效益。

對于6臺設計裕度較小的330 MW機組進行了運行方式軟優(yōu)化，如圖5、圖6、圖7所示，分別為機組優(yōu)化后的特性曲線、#1、#2瓦瓦溫和瓦振水平以及機組調(diào)節(jié)特性的線性度?？梢钥闯觯和ㄟ^優(yōu)化解決了由于制造安裝等因素引起機組實際流量特性與順序閥設計規(guī)律不匹配問題，確保機組瓦溫和軸振水平處于優(yōu)良，避免機組可能會出現(xiàn)的高調(diào)門、EH油壓和負荷等的大幅波動問題。由于6臺機組屬于100%汽泵，并且同一機組存在兩個抽汽點，因此，滑壓運行優(yōu)化存在一定的特殊性；所以，需要針對6臺機組進行特殊的滑壓運行優(yōu)化研究，切實提高低負荷運行經(jīng)濟性。

4 結語

該文針對300 MW機組調(diào)峰運行適應性的一體化改造策略進行實際案例研究：（1）針對國內(nèi)本體設計裕度很大的汽輪機進行噴嘴組優(yōu)化是一種硬改造策略，可以提高調(diào)峰機組低負荷運行經(jīng)濟性；針對早期引進的本體設計裕度較小汽輪機進行噴嘴調(diào)節(jié)與滑壓相結合的運行優(yōu)化是一種軟策略，非常易于實施；（2）以2個電廠的8臺典型進口和國產(chǎn)機組為例進行實際測試，結果表明：配汽和滑壓的軟優(yōu)化策略通用性較強，而噴嘴組硬改造策略必須結合運行方式軟優(yōu)化策略才達到理想效果；（3）運行方式優(yōu)化雖然易于實施，但需要考慮的問題也比較多，機組調(diào)門特性曲線優(yōu)化必須考慮不同噴嘴數(shù)目差異對調(diào)節(jié)級葉片強度的影響，滑壓運行優(yōu)化還需考慮抽汽量和抽汽位置問題。

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