典型330MW機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的噴嘴配汽故障診斷

沈濤 田敬元 孫冬 朱亞鵬 江飛 劉金龍

摘要：目前，新能源的大規(guī)模接入和電網(wǎng)日益增大的峰谷差，導(dǎo)致越來越多的大功率汽輪機(jī)不得不采用噴嘴調(diào)節(jié)方式運(yùn)行，以提高機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。對3個電廠10臺機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)研分析，包括了6臺配置4個高調(diào)門噴嘴組和4臺配置6個高調(diào)門噴嘴組的兩類典型330MW機(jī)組。通過對機(jī)組典型配汽參數(shù)進(jìn)行分析，總結(jié)了典型330MW機(jī)組噴嘴調(diào)試方式下低負(fù)荷運(yùn)行時存在的配汽故障，并給出了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性解決建議方案。這對保證我國占主流的330MW級別機(jī)組的安全高效運(yùn)行具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：330MW；汽輪機(jī)；低負(fù)荷；噴嘴調(diào)節(jié)；故障分析

中圖分類號：TK269 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

作者簡介：沈濤，1977～，男，漢，本科，助理工程師，公司副總經(jīng)理，主要研究火電機(jī)組的本體檢修及運(yùn)行優(yōu)化等。

1 引言

目前，隨著國家的發(fā)展電力需求不斷增大，電網(wǎng)的峰谷差也不斷在增大。同時，隨著新能源的大規(guī)模開發(fā)利用，風(fēng)電等新能源電力接入電網(wǎng)的比例也將會越來越大[1]。因此，許多大功率機(jī)組不得不在順序閥方式下進(jìn)行快速深度變負(fù)荷運(yùn)行[2]。由于配汽規(guī)律設(shè)計直接影響機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及安全性，所以，機(jī)組實(shí)際低荷運(yùn)行時面臨的巨大挑戰(zhàn)之一就是閥門組合開啟規(guī)律不合理。在安全性隱患方面有：瓦溫高、振動大、閥體激振、閥門擺動、閥體脫落等[3，4]。在經(jīng)濟(jì)性問題方面有：無法正常投入順序開啟規(guī)律、重疊度不合理、開啟組合不合理等。而在控制特性方面主要有：流量特性線性度差，影響 “電網(wǎng)兩個細(xì)則”考核的滿足。

然而，在我國北方運(yùn)行著大量的供熱機(jī)組，其中占主流的為300MW級別機(jī)組；這些機(jī)組在非供熱期，往往需要進(jìn)行大范圍的深度變負(fù)荷運(yùn)行，此類機(jī)組在低負(fù)荷工況下運(yùn)行的狀況較多[3，5]。因此，本文對6臺4個高調(diào)門噴嘴組和4臺6個高調(diào)門噴嘴組的兩類典型330MW機(jī)組的順序閥運(yùn)行方式進(jìn)行了調(diào)研。通過對機(jī)組調(diào)門、瓦溫軸振進(jìn)行分析，對噴嘴調(diào)試方式下低負(fù)荷運(yùn)行時存在的配汽故障進(jìn)行診斷，并給出了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性解決建議方案。這對保證我國占主流的330MW級別機(jī)組的安全高效運(yùn)行具有一定的借鑒意義。

2 典型4噴嘴組機(jī)組配汽故障分析

2.1 機(jī)組調(diào)門硬件配置及順序閥概況

調(diào)研中，配備4高調(diào)門噴嘴組的亞臨界330MW機(jī)組共有六臺，如圖1所示，機(jī)組高壓部分有4個調(diào)節(jié)閥，對應(yīng)4組噴嘴，其中，1、2組9個汽道，3、4組11個汽道。機(jī)組采用噴嘴配汽（部分進(jìn)汽）時，進(jìn)汽順序?yàn)镚V1+GV2GV3GV4。

圖1配置4噴嘴組的高調(diào)門布置圖

2.2機(jī)組存在的噴嘴調(diào)節(jié)故障

如圖2和圖3所示，從機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的調(diào)研結(jié)果過中可以看出：機(jī)組在順序閥方式下進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行時，存在一定的閥門管理優(yōu)化改造潛力，具體如下：機(jī)組采用對角進(jìn)汽方式，因此，#1、#2瓦的瓦溫和瓦振水平都處于安全水平；目前，由于機(jī)組的制造及安裝調(diào)試等因素引起機(jī)組實(shí)際流量特性與順序閥設(shè)計規(guī)律不匹配，出現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷突變等影響機(jī)組安全高效穩(wěn)定運(yùn)行的問題；同時，機(jī)組調(diào)門特性曲線設(shè)計存在不合理的地方，部分開啟過程較陡，可能會導(dǎo)致閥門調(diào)節(jié)時出現(xiàn)的大幅高頻擺動問題，容易引發(fā)機(jī)組的EH油壓和負(fù)荷等的大幅波動問題，存在安全隱患；并且，機(jī)組閥門整體設(shè)計規(guī)律不合理，閥門設(shè)計規(guī)律曲線與實(shí)際流量特性不匹配，閥門綜合流量特性曲線線性不佳。

圖2配備4噴嘴組的調(diào)門開度

圖3配備4噴嘴組的瓦溫和軸振

3 典型6噴嘴組機(jī)組配汽故障分析

3.1 機(jī)組調(diào)門硬件配置及順序閥概況

調(diào)研中，配備6高調(diào)門噴嘴組的亞臨界330MW機(jī)組共有四臺，如圖4所示，機(jī)組高壓部分有6個調(diào)節(jié)閥，對應(yīng)6組噴嘴，其中，6組噴嘴對應(yīng)的汽道數(shù)目是相同的。機(jī)組采用噴嘴配汽（部分進(jìn)汽）時，進(jìn)汽順序?yàn)?1+#2→#4→#5→#6→#3。

圖4配置6噴嘴組的高調(diào)門布置圖

3.2機(jī)組存在的噴嘴調(diào)節(jié)故障

如圖5和圖6所示，機(jī)組原順序閥進(jìn)汽順序?qū)儆谙赂走M(jìn)汽方式，當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時，尤其是機(jī)組下半缸進(jìn)汽，配汽不平衡汽流力較大，不僅不利于軸系運(yùn)行環(huán)境，具體表現(xiàn)為#1瓦的軸振大，而且會引起較大漏氣量而降低機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；此外，由于機(jī)組配汽規(guī)律曲線設(shè)計不合理，導(dǎo)致機(jī)組正常運(yùn)行時存在高調(diào)門高頻擺動現(xiàn)象，易導(dǎo)致閥桿脫等問題出現(xiàn)，甚至嚴(yán)重時還會導(dǎo)致負(fù)荷、主汽壓等的大幅高頻擺動問題，極大影響機(jī)組安全運(yùn)行。

圖5配備6噴嘴組的調(diào)門開度

圖6配備4噴嘴組的瓦溫和軸振

4 考慮經(jīng)濟(jì)性的運(yùn)行方式優(yōu)化策略

目前，研究成果表明：噴嘴配汽規(guī)律設(shè)計的首要基礎(chǔ)問題是配汽不平衡汽流力及消除；并且，隨著機(jī)組容量和參數(shù)的增加，#2瓦水平方向上的附加力最大值也不斷增加，這是大容量高參數(shù)機(jī)組出現(xiàn)瓦溫高、軸振大導(dǎo)致不能順利投運(yùn)順序閥問題的根本所在[6]。所以，考慮經(jīng)濟(jì)性的運(yùn)行方式優(yōu)化策略分以下三方面進(jìn)行：第一，閥門重組，利用對角進(jìn)汽消除不平衡汽流力；根據(jù)軸系承載情況，優(yōu)化開啟順序，改善軸系狀態(tài)；根據(jù)噴嘴數(shù)目差異優(yōu)化經(jīng)常運(yùn)行負(fù)荷區(qū)段的經(jīng)濟(jì)性；利用配汽不平衡汽流力提高軸系穩(wěn)定性。第二，優(yōu)化閥門開啟規(guī)律，優(yōu)化閥門的重疊度，提高經(jīng)濟(jì)性；優(yōu)化閥門開啟曲線形狀；準(zhǔn)確的閥門流量特性辨識。第三，機(jī)理與試驗(yàn)相結(jié)合的閥門流量特性準(zhǔn)確辨識，優(yōu)化閥門綜合流量特性曲線的線性度，提高機(jī)組調(diào)節(jié)性能（AGC和一次調(diào)頻能力）。此外，噴嘴配汽規(guī)律設(shè)計的幾個關(guān)鍵技術(shù)包括調(diào)節(jié)級變工況計算、配汽不平衡汽流力計算分析、閥門流量特性辨識、閥門開啟順序的優(yōu)化設(shè)計（分負(fù)荷段、軸系瓦溫振動、背壓及抽汽量等的組合方式，兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性）、優(yōu)化閥門開啟重疊度及曲線形狀及其它綜合因素等。

5 結(jié)論及展望

相關(guān)研究表明：機(jī)組噴嘴配汽故障問題是可以利用順序閥特性曲線綜合優(yōu)化技術(shù)來解決的。此外，通過對文中的部分機(jī)組進(jìn)行調(diào)門順序開關(guān)試驗(yàn)，還得到了以下幾點(diǎn)啟示：從運(yùn)行安全性來講，通過順序閥特性曲線優(yōu)化，可以有效改善機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境，解決瓦溫和軸振的水平相對單閥偏高的問題；從調(diào)節(jié)穩(wěn)定性來講，通過順序閥特性曲線優(yōu)化，可以有效改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的異常不穩(wěn)定性，解決調(diào)門高頻或大幅擺動問題；從間接運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性來講，順序閥特性曲線優(yōu)化是改善調(diào)門流量特性的線性度，增強(qiáng)機(jī)組AGC和一次調(diào)頻能力的最基礎(chǔ)問題，也是一個必須首先解決的關(guān)鍵問題；從直接運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性來講，兼顧不同負(fù)荷點(diǎn)閥門重組的閥門開啟順序重組，是后期提高機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的一個入手點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蘇鵬宇， 萬杰， 劉金福等. 基于小波分解和ELMAN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的短期風(fēng)速多尺度預(yù)測方法[C].電站自動化信息化學(xué)術(shù)和技術(shù)交流會議. 2012.

[2] 柏春光， 萬杰， 劉嬌等. 基于遺傳算法的抽汽供熱機(jī)組間的熱電負(fù)荷分配優(yōu)化研究[J]. 節(jié)能技術(shù)， 2014， 32（3）： 201-204.

[3] 谷軍生， 郭謙， 李智華等. 超臨界空冷機(jī)組高調(diào)門閥體激振故障的分析及解決[J]. 科技資訊， 2014， 12（6）：128-129.

[4] 宋崇明， 劉嬌， 馬世喜等. 亞臨界330MW供熱機(jī)組汽輪機(jī)高調(diào)門大幅高頻擺動問題的分析及解決[J]. 節(jié)能技術(shù)， 2012， 30（6）：527-531.

[5] 萬杰， 許天寧， 李澤等. 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組抽汽供熱期的汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行優(yōu)化方法[J]. 節(jié)能技術(shù)， 2015， 33（1）： 33-37，42.

[6] 于達(dá)仁， 劉占生， 李強(qiáng)等. 汽輪機(jī)配汽設(shè)計的優(yōu)化[J]. 動力工程學(xué)報， 2007， 27（1）：1-5.