兩種配汽方式下機(jī)組安全運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性對比

王晉權(quán),王建強(qiáng),邵 峰

(1.山西格盟安全生產(chǎn)咨詢有限公司,太原030000； 2.中國核電工程有限公司河北分公司,石家莊050001； 3.國電科學(xué)技術(shù)研究院,南京210031)

兩種配汽方式下機(jī)組安全運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性對比

王晉權(quán)1,王建強(qiáng)2,邵 峰3

(1.山西格盟安全生產(chǎn)咨詢有限公司,太原030000； 2.中國核電工程有限公司河北分公司,石家莊050001； 3.國電科學(xué)技術(shù)研究院,南京210031)

以某660 MW純凝機(jī)組為例,通過對順序閥和復(fù)合閥兩種配汽方式的設(shè)計曲線進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)正常負(fù)荷范圍內(nèi)順序閥下調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失??；維持負(fù)荷不變進(jìn)行復(fù)合閥切換成順序閥試驗(yàn),調(diào)節(jié)級壓力下降0.4 MPa,同時一瓦軸振有所下降。對比兩種配汽方式下帶負(fù)荷試驗(yàn)的安全和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),600 MW負(fù)荷以上時熱耗率相差不大,而在450～580 MW負(fù)荷順序閥配汽方式熱耗率平均下降30 kJ/(kW·h),1號軸振Y向值平均下降45μm。試驗(yàn)結(jié)果表明：順序閥較復(fù)合閥配汽方式安全性和經(jīng)濟(jì)性均有一定程度的提高,有助于指導(dǎo)同類型機(jī)組進(jìn)行配汽方式改進(jìn)。

汽輪機(jī)；復(fù)合閥；順序閥；配汽方式；熱耗率

造成機(jī)組煤耗偏高的主要原因是汽輪機(jī)熱耗偏大,除與檢修質(zhì)量及運(yùn)行維護(hù)水平有關(guān)外,機(jī)組配汽特性也是一個重要的影響因素。調(diào)節(jié)閥及其配汽機(jī)構(gòu)是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及蒸汽通流的重要組成部分,其工作特性的好壞直接影響機(jī)組的調(diào)節(jié)及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

大功率汽輪機(jī)的配汽方式主要有單閥、順序閥等。單閥配汽相當(dāng)于節(jié)流配汽,所有調(diào)節(jié)閥同時開大和關(guān)小,汽缸進(jìn)汽均勻,軸系所受氣流力均勻。大功率機(jī)組在試運(yùn)行階段和投產(chǎn)后的半年試生產(chǎn)期內(nèi)都采用單閥配汽,但在部分負(fù)荷工況,所有閥門都存在較大的節(jié)流作用,降低了機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行時的經(jīng)濟(jì)性。順序閥配汽方式運(yùn)行時,各調(diào)節(jié)閥按一定的順序依次開啟和關(guān)閉,與單閥配汽相比,機(jī)組在部分負(fù)荷工況時僅未完全開啟的閥門存在節(jié)流損失,機(jī)組的效率更高［1］。

還有一種配汽方式介于順序閥和單閥之間,目前主要用于超臨界600 MW機(jī)組中。該機(jī)組原配汽方式設(shè)計為復(fù)合閥,即低負(fù)荷時所有調(diào)節(jié)閥同時開啟,相當(dāng)于節(jié)流配汽；中高負(fù)荷時部分調(diào)節(jié)閥繼續(xù)開大,部分調(diào)節(jié)閥開始往下關(guān),相當(dāng)于順序閥。

因此,通過對該660 MW超臨界、一次中間再熱、雙缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)進(jìn)行復(fù)合閥和順序閥切換試驗(yàn)［2］,全面分析兩種配汽方式下機(jī)組運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)指標(biāo),對目前此類型機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能降耗等工作,有極其重要的指導(dǎo)作用。

1 設(shè)計曲線

該機(jī)組共有4個調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)閥CV1、CV2、CV3、CV4的噴嘴數(shù)分別為46、36、46、56,調(diào)節(jié)閥面積分別為8 478.26 mm2、6 635.15 mm2、8 478.26 mm2、10 321.36 mm2,原設(shè)計配汽方式為復(fù)合閥,調(diào)節(jié)閥開啟順序?yàn)镃V1+CV2→CV3→CV4,配汽曲線見圖1。

圖1 復(fù)合閥配汽曲線

由圖1可見：(1)流量百分?jǐn)?shù)由0%增加至57%時,4個調(diào)節(jié)閥同時開大,且開大幅度基本一致；(2)流量百分?jǐn)?shù)由57%增加至89%時,CV1、CV2同時開大至31.97%,CV3開大至27.67%, CV4關(guān)小至0%；(3)流量百分?jǐn)?shù)由89%增加至100%時,CV1、CV2、CV3相同幅度開至全開, CV4開啟速度較快,由0%迅速開大至全開。故流量分?jǐn)?shù)在57%～89%變化,4個調(diào)節(jié)閥同時節(jié)流,節(jié)流損失較大,調(diào)節(jié)級效率偏低［3］。

為了改進(jìn)調(diào)節(jié)閥大范圍節(jié)流情況,在原設(shè)計方式的基礎(chǔ)上做了較大的調(diào)整,引入順序閥配汽方式,機(jī)組正常運(yùn)行時調(diào)節(jié)閥大部分處于前兩閥全開、第三閥部分開啟的狀態(tài),因此修改噴嘴數(shù)最小的CV2第三個開啟,調(diào)節(jié)閥開啟順序?yàn)镃V1+CV3→CV2→CV4,配汽曲線見圖2。

圖2 順序閥配汽曲線

由圖2可見：(1)流量百分?jǐn)?shù)由0%增加至72.145%時,CV1、CV3同時開大至67%,且開啟速度相同；(2)流量百分?jǐn)?shù)由72.145%增加至88.236%時,CV1、CV3同時由67%至全開,CV2由0%開大至52%；(3)流量百分?jǐn)?shù)由88.236%至100%時,CV2由52%至全開,CV4由0%迅速開大至全開。故機(jī)組在正常調(diào)峰負(fù)荷范圍(400～600 MW)內(nèi)運(yùn)行時,流量百分?jǐn)?shù)在65%～89%變化,僅CV2開度變化較大,因此調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失較小,調(diào)節(jié)級效率提高。

2 切閥試驗(yàn)

從原復(fù)合配汽方式的運(yùn)行效果來看,主要存在以下幾方面的問題：(1)流量百分?jǐn)?shù)在65%～88%(即發(fā)電機(jī)功率在400～550 MW)運(yùn)行時接近單閥控制方式,此時4個調(diào)節(jié)閥同時節(jié)流,高壓缸效率偏低,嚴(yán)重影響運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；(2)在450～660 MW負(fù)荷運(yùn)行,1號X向軸振值最大為85μm、最小為75μm,1號Y向軸振值隨負(fù)荷改變基本維持在97μm以上,機(jī)組正常運(yùn)行存在安全隱患。通過對兩種配汽方式設(shè)計曲線的定性分析,進(jìn)行了復(fù)合閥切換順序閥試驗(yàn)。

整個閥序切換時間為10 min,切換過程中解除AGC指令并投入功率閉環(huán),保持負(fù)荷穩(wěn)定。記錄過程中的主要穩(wěn)定參數(shù)值：負(fù)荷(平均值)為458.16 MW；凝汽器真空(平均值)為-94.28 kPa；主汽溫度(平均值)為570.21℃；再熱蒸汽溫度(平均值)為564.69℃；循環(huán)水入口溫度為26.67℃。455 MW下兩種配汽方式的各閥開度見表1。

表1 下兩種配汽方式調(diào)節(jié)閥開度 %

切換順序閥后,流量百分?jǐn)?shù)下降5百分點(diǎn),調(diào)節(jié)級壓力下降0.4 MPa,即主汽流量降低,在功率不變的前提下說明汽輪機(jī)效率增加,因此經(jīng)濟(jì)性有所提高；同時由于順序閥運(yùn)行時,CV1+CV3先進(jìn)汽,會給轉(zhuǎn)子一個綜合向下的推力,加大了軸承載荷,有利于軸系的穩(wěn)定,可以看出一瓦軸振X向值下降12μm、Y向值下降51μm,說明順序閥配汽方式加強(qiáng)了軸系穩(wěn)定性。

3 結(jié)果對比

為全面分析各負(fù)荷下機(jī)組復(fù)合閥運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性,進(jìn)行了復(fù)合閥和順序閥不同負(fù)荷工況試驗(yàn)。由于受電網(wǎng)調(diào)度的約束,試驗(yàn)負(fù)荷為660 MW、610 MW、560 MW、500 MW、450 MW (見圖3、圖4)。

圖3 兩種配汽方式下調(diào)節(jié)級效率的對比

圖4 兩種配汽方式下高壓缸效率的對比

試驗(yàn)結(jié)果對比：

(1)從調(diào)節(jié)級效率曲線(圖3)來看,帶滿負(fù)荷時兩種配汽方式調(diào)節(jié)閥節(jié)流程度接近,而降負(fù)荷運(yùn)行時順序閥配汽方式調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失要??；由于高壓缸影響因素主要在調(diào)節(jié)閥進(jìn)汽方式上,因此高壓缸效率變化趨勢和調(diào)節(jié)級效率曲線(圖4)相似。

(2)評價汽輪機(jī)熱經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)是熱耗率,即每生產(chǎn)1 k W·h電能所消耗的熱量。從圖5曲線來看,高負(fù)荷時兩種配汽方式熱耗率相差不大,而在中低負(fù)荷(450～580 MW)順序閥配汽方式熱耗率平均下降30 kJ/(k W·h),主要原因在于相同負(fù)荷下調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失減少、主汽壓力的提高帶來熱力循環(huán)效率的升高。

圖5 兩種配汽方式下熱耗率對比

(3)影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的因素很多［4］,但部分負(fù)荷時順序閥配汽較復(fù)合閥運(yùn)行具有不同穩(wěn)定性,是由于不同調(diào)節(jié)閥開度導(dǎo)致不平衡氣流力的影響。不同調(diào)節(jié)閥開度對應(yīng)不同的噴嘴組出口汽流參數(shù),最終導(dǎo)致不同弧段的動葉所受氣流力不同。這樣作用于轉(zhuǎn)子的氣流力,除了合成一個推轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的扭矩外還會合成一個較大的橫向力(也稱剩余氣流力)。該橫向力使軸承載荷的大小和方向發(fā)生了顯著的變化,改變了軸承的比壓以及軸頸在軸承中的位置,從而影響轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

600 MW以上負(fù)荷時,由于兩種配汽方式均處于三閥全開狀態(tài),各噴嘴組出口汽流參數(shù)相接近,作用于轉(zhuǎn)子的汽流力方向和大小基本相同,因此1號軸振值變化不大；450～580 MW負(fù)荷時,各調(diào)節(jié)閥開度變化很大,使得各噴嘴組出口汽流參數(shù)隨之改變,因此兩種配汽方式下1號軸振值不相同。圖6中,450～580 MW負(fù)荷運(yùn)行時順序閥1號軸振X向值平均下降8μm, 1號軸振Y向值平均下降45μm,汽輪機(jī)軸系穩(wěn)定性提高。

圖6 兩種配汽方式下軸振值對比

4 結(jié)語

以某660 MW汽輪機(jī)組為研究對象,借助性能試驗(yàn)手段,計算并對比分析兩種配汽方式主要安全及經(jīng)濟(jì)指標(biāo),有助于指導(dǎo)同類型機(jī)組進(jìn)行配汽方式調(diào)整,挖掘節(jié)能潛力。主要結(jié)論如下：

(1)通過對兩種配汽方式的設(shè)計曲線進(jìn)行分析,流量百分?jǐn)?shù)在65%～89%變化,僅CV3開度變化較大,因此調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失較小。

(2)維持負(fù)荷穩(wěn)定,機(jī)組由復(fù)合閥切換至順序閥的過程中,主汽流量下降,1號軸振X向值下降12μm、Y向值下降51μm。

(3)600 MW負(fù)荷以上時兩種配汽方式熱耗率相差不大,而在450～580 MW負(fù)荷順序閥配汽方式運(yùn)行時熱耗率平均下降30 kJ/(k W·h)。

(4)600 MW負(fù)荷以上時兩種配汽方式1號軸振值變化不大,而在450～580 MW負(fù)荷運(yùn)行時順序閥1號軸振X向值平均下降8μm,1號軸振Y向值平均下降45μm。

(5)由于配汽調(diào)整試驗(yàn)負(fù)荷受電網(wǎng)調(diào)度的約束,該試驗(yàn)僅在450～660 MW進(jìn)行,未進(jìn)行450 MW負(fù)荷以下順序閥試驗(yàn),但根據(jù)已進(jìn)行的調(diào)整試驗(yàn)和理論數(shù)據(jù)可以得出450 MW以下負(fù)荷順序閥運(yùn)行時,機(jī)組節(jié)流損失會進(jìn)一步降低,機(jī)組熱耗率會較復(fù)合配汽運(yùn)行有更大收益。

［1］沈士一,莊賀慶,康松,等.汽輪機(jī)原理［M］.北京：中國電力出版社,1998.

［2］ASME.PTC 6-2004 Steam turbines performance test codes［S］.New York：ASME,2004：7-86.

［3］Aminov R,Chertykov.Choice of optimal stage of initial steam pressure in heat-generating power units［J］.Tyazheloe Mashinostroenie,1992(8)：18-19.

［4］郭瑞,楊建剛.汽輪機(jī)進(jìn)汽方式對調(diào)節(jié)級葉頂間隙蒸汽激振力影響的研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報,2006,26(1)：8-11.

Comparison of Unit Safety and Economy under two Modes of Steam Distribution

Wang Jinquan1,Wang Jianqiang2,Shao Feng3
(1.Shanxi Gemeng Safety Production Consultation Co.,Ltd.,Taiyuan 030000,China；2.Hebei Branch,China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd.,Shijiazhuang 050001,China；3.Guodian Science and Technology Research Institute,Nanjing 210031,China)

Taking a 660 MW pure condensing turbine as an example,by comparing the design curves under two steam distribution modes respectively controlled by sequence valve and composite valve,the throttle loss of governing valve under sequence valve control was found to be relatively small within normal load range；keeping the load unchanged,and switching the control mode from composite valve to sequence valve,the pressure of governing stage would reduce by 0.4 MPa,and the No.1 bearing vibration would drop.Comparing all the safety and economic indicators obtained in load tests under two steam distribution modes,the heat rates at 600 MW were basically the same,but at 450～580 MW,the average heat rate under sequence valve mode was 30 kJ/(k W·h)lower than the composite valve mode,and the No.1 bearing vibration in Y direction was 45μm smaller.Test results show that compared with composite valve mode, the sequence valve control is better regarding safety and economic efficiency,which may serve as a reference for improvement of steam distribution mode of similar units.

turbine；composite valve；sequence valve；steam distribution mode；heat rate

TK263.72

A

1671-086X(2015)03-0180-04

2014-08-18

王晉權(quán)(1983-),男,工程師,主要從事火電廠汽輪機(jī)管理及節(jié)能優(yōu)化方面的工作。

E-mail：gmgjwjq@126.com

設(shè)計與制造