660 MW超臨界汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行方式的優(yōu)化分析

姜繼承

（大唐景泰發(fā)電廠，甘肅白銀730400）

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工程技術(shù)

660 MW超臨界汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行方式的優(yōu)化分析

姜繼承

（大唐景泰發(fā)電廠，甘肅白銀730400）

主要研究660 MW超臨界汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行方式優(yōu)化策略，研究分析了超臨界汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)特征，以某電廠660 MW超臨界汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行方式優(yōu)化試驗(yàn)為例對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了探討。

超臨界汽輪機(jī)；運(yùn)行優(yōu)化；電網(wǎng)

引言

超臨界汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行方式參與調(diào)節(jié)谷峰運(yùn)行，對(duì)控制谷峰差，改善負(fù)荷下汽輪機(jī)熱耗率效果顯著，大部分電廠都開始采用這種方式調(diào)節(jié)谷峰差，以期獲得更好的節(jié)能降耗效果。660 MW超臨界機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)行如果不能進(jìn)行有效的優(yōu)化，轉(zhuǎn)子可能會(huì)遭遇較大載荷變動(dòng)，加快了轉(zhuǎn)子材料損傷積累，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子使用壽命大幅度降低，為了提高轉(zhuǎn)子的使用壽命，保證機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，需要對(duì)其滑壓運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，滿足調(diào)峰運(yùn)行負(fù)荷要求。

1超臨界汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)學(xué)特征

滑壓調(diào)節(jié)是一種汽輪機(jī)常見調(diào)節(jié)方式，有著高效率、無節(jié)流損失、汽輪機(jī)負(fù)荷變化限速小、負(fù)荷變化速度快的優(yōu)勢(shì)，汽輪機(jī)進(jìn)行滑壓運(yùn)行時(shí)保持調(diào)節(jié)閥全開或者維持現(xiàn)狀，通過鍋爐出口蒸汽參數(shù)的調(diào)整適應(yīng)外載荷的變化［1］。滑壓運(yùn)行有全滑壓運(yùn)行和復(fù)合滑壓運(yùn)行兩種，全滑壓運(yùn)行方式全部進(jìn)汽調(diào)門全部打開，通過改變主蒸汽壓力適應(yīng)負(fù)荷變化，汽溫維持不變。復(fù)合滑壓運(yùn)行方式同時(shí)應(yīng)用指定壓和滑壓兩種方式，根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)整調(diào)門的開關(guān)數(shù)量。

根據(jù)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，滑壓運(yùn)行有效減少了節(jié)流損失，高壓缸效率得到了提高，并且給水泵的動(dòng)力消

滑壓運(yùn)行方式打開調(diào)門閥，降低初壓，調(diào)整級(jí)后壓比，維持其在變工況時(shí)在設(shè)計(jì)值附近浮動(dòng)，除末級(jí)外，其余各級(jí)壓力也基本保持穩(wěn)定［2］。低負(fù)荷工況下，定壓運(yùn)行調(diào)節(jié)閥節(jié)流，調(diào)節(jié)級(jí)壓比發(fā)生較大浮動(dòng)，熱循環(huán)效率下降。初壓降低，蒸汽比體積增加，高壓缸通流部分間隙的漏汽損失下降，提高了高壓缸相對(duì)內(nèi)效率，增加了膨脹終干度，降低了濕汽損失，因此低負(fù)荷滑壓運(yùn)行內(nèi)效率優(yōu)于定壓運(yùn)行內(nèi)效率，同時(shí)產(chǎn)生了煤耗的變化量，其理論循環(huán)熱效率如下：

η1=Wa

q0（1）式中：η1——理論熱循環(huán)效率/%；

Tc——排汽平均溫度/℃；

T1——吸熱過程平均溫度/℃；q0——再熱蒸汽吸熱量/kJ；Wa——主蒸汽壓力/MPa。降低吸熱過程的平均溫度，將導(dǎo)致整個(gè)熱循環(huán)過程效率下降。低負(fù)荷運(yùn)行，再熱汽溫下降，滑壓運(yùn)行高壓缸內(nèi)效率上升，排汽溫度升高，使再熱器進(jìn)行蒸汽再熱需要熱量下降，再熱蒸汽吸收熱量減少，也產(chǎn)生了煤耗變化量。

綜上所述，超臨界汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性受高壓缸內(nèi)效率升高、熱循環(huán)效率下降、再熱效率升高的影響，只有高壓缸和再熱效率增加幅度超過熱循=1-Te

T1環(huán)效率下降幅度，調(diào)壓運(yùn)行操作才是經(jīng)濟(jì)的。

26　6　0　M W超臨界汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行曲線優(yōu)化

2.1汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行試驗(yàn)

某發(fā)電廠2號(hào)汽輪機(jī)為超臨界中間再熱、單軸三缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)，2013年末投入商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)，采用滑壓運(yùn)行方式參與調(diào)峰運(yùn)作，但是滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效率不理想，需要對(duì)其滑壓運(yùn)行曲線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整［3］。

該汽輪機(jī)高、中壓缸為合缸結(jié)構(gòu)，低壓缸采用對(duì)稱對(duì)流的分布方案，商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)前期開展了一次高壓調(diào)門管理曲線優(yōu)化，進(jìn)行順序閥控制。運(yùn)行至今，原有滑壓運(yùn)行曲線經(jīng)濟(jì)性能下降，開展了本次滑壓運(yùn)行熱力試驗(yàn)，選擇了滿載（660 MW）、520 MW、480 MW、410 MW、340 MW、300 MW幾個(gè)負(fù)荷工況，以負(fù)荷作為試驗(yàn)基準(zhǔn)，按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)隔離，主輔機(jī)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在汽溫、背壓、輔機(jī)狀態(tài)變化差異不明顯的時(shí)段進(jìn)行了不同負(fù)荷狀態(tài)下的滑壓運(yùn)行，每個(gè)工況持續(xù)40 min，計(jì)算不同壓力下高壓缸效率、熱功耗，計(jì)算熱功耗最小值對(duì)應(yīng)的壓力點(diǎn)。

2.2試驗(yàn)結(jié)果

不同負(fù)荷下主蒸汽壓力經(jīng)濟(jì)最優(yōu)點(diǎn)分布如下：

表1　主蒸汽壓力最優(yōu)解

根據(jù)表1所示，結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，選擇不同工作點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，獲得機(jī)組定滑壓運(yùn)行參數(shù)，包括最佳滑壓數(shù)據(jù)和熱耗降低值。

2.3優(yōu)化方案

2.3.1滑壓運(yùn)行最優(yōu)狀態(tài)曲線

根據(jù)表2繪制機(jī)組定滑壓運(yùn)行試驗(yàn)曲線，和原有設(shè)計(jì)曲線做對(duì)比如圖1所示：

表2　不同負(fù)荷下最佳主蒸汽壓力

圖1　機(jī)組定滑壓運(yùn)行試驗(yàn)優(yōu)化曲線

不同季節(jié)下，循環(huán)水溫度存在小幅度變化，機(jī)組的不同滑壓運(yùn)行方式下調(diào)節(jié)級(jí)變化曲線也發(fā)生變化，主蒸汽壓力降低，調(diào)節(jié)級(jí)溫度將呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，表明該試驗(yàn)滑壓運(yùn)行調(diào)節(jié)方式下機(jī)組運(yùn)行安全性更高［4］。

2.3.2操作運(yùn)行方式優(yōu)化

660 MW超臨界汽輪機(jī)推薦使用中壓缸啟動(dòng)，啟動(dòng)過程中高低壓旁路投入運(yùn)行，通過中壓調(diào)門調(diào)整進(jìn)汽量，在切缸之前高壓缸內(nèi)不進(jìn)汽。機(jī)組并網(wǎng)之后切缸，全開中調(diào)門，漸開高調(diào)門，調(diào)整汽輪機(jī)進(jìn)汽量，控制機(jī)組負(fù)荷。中壓缸啟動(dòng)初期，在低壓缸內(nèi)維持較大的進(jìn)汽量能夠降低低壓缸末級(jí)葉片鼓風(fēng)熱量，中壓轉(zhuǎn)子溫升加快，這樣的啟動(dòng)方式能夠加快機(jī)組啟動(dòng)初期暖缸速度，縮短啟動(dòng)時(shí)間。

機(jī)組啟動(dòng)過程中，切缸是非常關(guān)鍵的操作，660 MW機(jī)組中壓缸啟動(dòng)階段要注意對(duì)高低旁路的控制，確保蒸汽參數(shù)穩(wěn)定，使主蒸汽和調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度盡量匹配，在2 min內(nèi)完成切缸過程，防止高壓缸悶缸產(chǎn)生溫度劇變和由此導(dǎo)致的熱應(yīng)力。機(jī)組運(yùn)行規(guī)程中存在幾種控制曲線，幾種啟動(dòng)狀態(tài)中壓缸內(nèi)壁第一級(jí)金屬溫度有較大不同，但是沖轉(zhuǎn)參數(shù)固定，如果啟動(dòng)初始狀態(tài)蒸汽參數(shù)不符合金屬溫度匹配要求，將對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生較大熱沖擊或者冷沖擊，所以啟動(dòng)控制需要根據(jù)缸體內(nèi)壁金屬溫度來合理選取沖轉(zhuǎn)參數(shù)，不能過分依賴規(guī)程中的控制曲線。

確定沖轉(zhuǎn)參數(shù)之后，要根據(jù)機(jī)組的溫度場(chǎng)狀態(tài)確定升速率、溫升率和負(fù)荷率，這一組啟動(dòng)參數(shù)直接決定汽輪機(jī)暖機(jī)、負(fù)荷增加過程中低周疲勞強(qiáng)度和損傷程度，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有著直接影響。如機(jī)組在長(zhǎng)期停機(jī)之后的冷態(tài)重啟，將根據(jù)規(guī)程冷態(tài)啟動(dòng)壓力曲線進(jìn)行啟動(dòng)過程壓力控制，但是需要對(duì)沖轉(zhuǎn)蒸汽溫度、升速率、溫升率和負(fù)荷率等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整［5］。

3　結(jié)語

通過進(jìn)行滑壓運(yùn)行試驗(yàn)，獲得調(diào)門管理最佳優(yōu)化曲線，從而獲得滑壓最佳運(yùn)行曲線，在該廠660 MW超臨界汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行方式優(yōu)化實(shí)踐中，新的運(yùn)行曲線在機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下熱功耗更小，應(yīng)用該曲線指導(dǎo)進(jìn)行滑壓運(yùn)行，對(duì)提高該汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益有著重要意義。

［1］蘭紅穎.基于多元擾動(dòng)模型的通流部分初參數(shù)的優(yōu)化研究［D］.北京:華北電力大學(xué)，2013.

［2］王學(xué)棟，宮革，陳方高，等.超臨界660 MW汽輪機(jī)調(diào)門運(yùn)行方式研究與優(yōu)化［J］.中國(guó)電力，2010（9）:57-61.

［3］杜威.超臨界直接空冷機(jī)組基建期最佳熱經(jīng)濟(jì)性的研究［D］.北京:華北電力大學(xué)，2012.

［4］袁國(guó)凱.600 MW汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)流動(dòng)規(guī)律的數(shù)值研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2014.

［5］范鑫，秦建明，劉靜宇，等.超臨界600 MW汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)研究［J］.中國(guó)電力，2012（11）:18-21.

（編輯：王璐）

Optimization Analysis of 660 MW Supercritical Steam Turbine Sliding Pressure Operation Mode

Jiang Jicheng
（DaTang Jingtai Power Plant，Baiyin Gansu 730400）

This paper researches on the main 660 MW supercritical steam turbine sliding pressure operation mode optimization strategy，analyzes the thermal characteristics of the supercritical steam turbine economics sliding pressure operation，taking660 MW supercritical steam turbine sliding pressure operation mode optimization test as an example.

supercritical steam turbine；operation optimization；power grid

TK229.3

A

2095-0748（2015）22-0049-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.22.20

2015-10-15

姜繼承（1982—），男，甘肅白銀人，本科，助理工程師，研究方向：火電廠集控運(yùn)行。耗降低，但是新蒸汽壓力的下降也造成了機(jī)組循環(huán)熱效率的下降，因此，當(dāng)高壓缸內(nèi)效率提高幅度超過循環(huán)熱效率降低幅度時(shí)，使用滑壓運(yùn)行方式才是合理的。