600 MW超臨界汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化研究與實(shí)施

侯劍雄，黃碧亮

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050）

600 MW超臨界汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化研究與實(shí)施

侯劍雄，黃碧亮

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050）

針對廣東珠海金灣發(fā)電有限公司3號汽輪機(jī)能耗偏高的問題，提出在大修后進(jìn)行汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化前，應(yīng)先進(jìn)行高壓調(diào)門流量特性試驗(yàn)。介紹了高壓調(diào)門特性試驗(yàn)、滑壓優(yōu)化的試驗(yàn)方法及試驗(yàn)過程，通過試驗(yàn)確定了機(jī)組由定壓轉(zhuǎn)為滑壓運(yùn)行的拐點(diǎn)，得出熱耗率最小時的最佳滑壓優(yōu)化曲線。實(shí)踐證明，優(yōu)化后供電煤耗可減少1.2 g／kWh，經(jīng)濟(jì)性相對提高0.5%～1%，同時明顯優(yōu)化了AGC和一次調(diào)頻響應(yīng)特性。

超臨界；汽輪機(jī)；滑壓優(yōu)化；節(jié)能

火電機(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)行中，其DEH高壓調(diào)門動作情況會直接影響發(fā)電功率和主汽壓力運(yùn)行品質(zhì)，高壓調(diào)門流量特性曲線和閥門重疊度曲線準(zhǔn)確是提高機(jī)組AGC品質(zhì)及一次調(diào)頻動作質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。同時，亦需要通過熱力試驗(yàn)來確定機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)濟(jì)性最佳的主汽壓力，在確保機(jī)組長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，達(dá)到降低供電煤耗的目的［1］。

1 機(jī)組概況

廣東珠海金灣發(fā)電有限公司3號機(jī)組于2007年初投產(chǎn)，汽輪機(jī)額定功率為600 MW，型號為N600－24.2／566／566，由上海汽輪機(jī)有限責(zé)任公司引進(jìn)ALSTOM公司技術(shù)制造，為超臨界參數(shù)、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)。

在汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化前，應(yīng)先進(jìn)行汽輪機(jī)閥門特性試驗(yàn)，得到準(zhǔn)確的高壓調(diào)門流量特性曲線和閥門重疊度曲線，再進(jìn)行汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化試驗(yàn)，這樣才能得到最佳滑壓優(yōu)化曲線［2］。

2 滑壓優(yōu)化試驗(yàn)方法

通過汽輪機(jī)熱力性能試驗(yàn)方法確定汽輪機(jī)高壓調(diào)門開度和主汽流量的關(guān)系，擬合出準(zhǔn)確的高壓調(diào)門全行程開度流量特性曲線，計算并校正高壓調(diào)門重疊度函數(shù)，經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，得到汽輪機(jī)高壓調(diào)門流量特性優(yōu)化曲線。在汽輪機(jī)高壓調(diào)門特性優(yōu)化的基礎(chǔ)上，找出各工況下運(yùn)行的最經(jīng)濟(jì)主汽壓力，得到機(jī)組在全負(fù)荷運(yùn)行時熱耗率最小的滑壓優(yōu)化曲線［3］。

2.1 高壓調(diào)門流量特性試驗(yàn)

汽輪機(jī)在兩閥全開（2VWO）至三閥全開（3VWO）不同工況下，修改調(diào)門開度指令與高壓缸效率、主汽流量之間的關(guān)系，調(diào)節(jié)級后壓力與主汽流量之間的關(guān)系，不同綜合閥位開度指令與高壓缸效率、主汽流量之間的關(guān)系。根據(jù)得到的汽輪機(jī)修改前高壓調(diào)門流量特性，校正高壓調(diào)門流量特性曲線，并在此基礎(chǔ)上對各高壓調(diào)門流量分配函數(shù)及重疊度進(jìn)行優(yōu)化，在線修改各高壓調(diào)門閥門流量特性曲線、順序閥運(yùn)行方式下各調(diào)門的流量比例偏置因子（K＋B）和GV流量修正函數(shù)，最后通過機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行檢驗(yàn)其是否滿足要求。

2.2 定滑壓優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)熱力循環(huán)理論，機(jī)組在低負(fù)荷下滑壓運(yùn)行時，由于進(jìn)汽節(jié)流損失和漏汽損失都比較小，機(jī)組相對內(nèi)效率比定壓運(yùn)行時有較大提高。當(dāng)相對內(nèi)效率增加的幅度補(bǔ)償了循環(huán)熱效率下降的幅度，此時的滑壓參數(shù)才是比較經(jīng)濟(jì)的。因此，需要通過一系列試驗(yàn)來確定機(jī)組經(jīng)濟(jì)性最佳時的運(yùn)行壓力，具體方法是在各負(fù)荷段通過試運(yùn)行多個主汽壓力值，找出熱耗率最低的壓力值。在高壓調(diào)門流量特性試驗(yàn)完成后，根據(jù)機(jī)組在50%～100%工況下定、滑壓優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，得出最優(yōu)汽輪機(jī)定、滑壓運(yùn)行特性曲線。

3 試驗(yàn)過程

3.1 高壓調(diào)門特性試驗(yàn)

汽輪機(jī)高壓調(diào)門開度指令的形成過程如圖1所示，可知汽輪機(jī)綜合閥位指令（FDEM流量指令）在順序閥方式下需要先后經(jīng)過背壓修正函數(shù)F（X1）、流量比例分配因子（K＋B）和流量修正函數(shù)F（X2），才能得到分配到單個閥門上的流量指令，最后再經(jīng)過閥門流量特性曲線F（X3）得到最終的開度指令。其中背壓修正函數(shù)F（X1）、流量比例分配因子（K＋B）是經(jīng)過汽輪機(jī)廠家確認(rèn)的函數(shù)，此次試驗(yàn)不進(jìn)行修改。通過分別對GV3、GV4進(jìn)行兩閥全開（2VWO）和三閥全開（3VWO）試驗(yàn)，得到單個閥門開度與蒸汽流量之間的關(guān)系，并修改高壓調(diào)閥流量開度修正函數(shù)F（X3）。

圖1 汽輪機(jī)高壓調(diào)門開度指令形成過程

修改前后高壓調(diào)閥流量開度修正函數(shù)F（X3）曲線如圖2所示，可知修改前后的函數(shù)存在一定差異，特別是閥門流量指令在0%～55%區(qū)間時。在同等流量指令下，修改前的閥位開度比實(shí)際要小，會造成閥門出力不足、節(jié)流損失增大等問題，嚴(yán)重時導(dǎo)致DEH對機(jī)組負(fù)荷的響應(yīng)品質(zhì)變差。

圖2 修改前后高壓調(diào)閥流量開度修正函數(shù)F（X3）曲線

圖3為測取的綜合閥位指令與汽輪機(jī)等效流量之間的關(guān)系曲線，從圖中畫圈部分可以看出曲線存在線性度不佳的區(qū)域，其中有平緩或突變的區(qū)間。導(dǎo)致在這些區(qū)間內(nèi)，DEH對機(jī)組負(fù)荷的響應(yīng)品質(zhì)變差，AGC和一次調(diào)頻品質(zhì)不好。由圖3亦可看出，在調(diào)節(jié)級壓力相同的情況下，修正后主汽流量較設(shè)計主汽流量偏小，說明機(jī)組的實(shí)際通流能力偏小。

綜合如上分析可見，由于DEH閥門流量特性不準(zhǔn)確，當(dāng)DEH綜合閥位指令增大時，主汽流量不增加，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷不會變化。AGC和一次調(diào)頻在這個區(qū)間內(nèi)會出現(xiàn)調(diào)節(jié)、響應(yīng)不及時等問題，使電廠受到一定經(jīng)濟(jì)損失。另外若閥門重疊度設(shè)置不當(dāng)，也會造成在兩閥重疊的區(qū)間（在順序閥方式下，前1個閥尚未開啟完畢，下1個閥已經(jīng)開啟），閥門容易突升突降，造成機(jī)組負(fù)荷不穩(wěn)定，帶來一定節(jié)流損失。

圖3 優(yōu)化前綜合閥位指令與實(shí)際等效流量關(guān)系曲線

3.2 定、滑壓優(yōu)化試驗(yàn)

3.2.1 50%～80%額定負(fù)荷定、滑壓試驗(yàn)［4］

50%～80%額定負(fù)荷工況下定、滑壓試驗(yàn)結(jié)果如表1—4所示。由表中數(shù)據(jù)可見，在此區(qū)域內(nèi)汽輪機(jī)熱耗率的變化是隨主汽壓力降低呈現(xiàn)先降低后升高，通過尋找汽輪機(jī)熱耗率最低的點(diǎn)可找出其最佳運(yùn)行主汽壓力。

表1 50%額定負(fù)荷滑壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 60%額定負(fù)荷滑壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 70%額定負(fù)荷定、滑壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 80%額定負(fù)荷定、滑壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2.2 90%額定負(fù)荷定、滑壓試驗(yàn)

90%額定負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表中數(shù)據(jù)可見，在90%額定負(fù)荷下，汽輪機(jī)熱耗率變化是隨主汽壓力降低而升高，因此在90%額定負(fù)荷時采用定壓（一般選擇24.2 MPa）運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)。

3.2.3 100%額定負(fù)荷定壓試驗(yàn)

100%額定負(fù)荷定壓工況下，主汽壓力為24.20 MPa。在設(shè)計參數(shù)下，試驗(yàn)得到修正后主汽流量為1 729.417 t／h，電功率為600.944 MW，熱耗率為7 721.7 kJ／kWh。

通過對各工況試驗(yàn)結(jié)果分析可見，隨著機(jī)組負(fù)荷降低，滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性越來越明顯，各種負(fù)荷下推薦的主汽壓力如表6所示。在額定負(fù)荷（600 MW）時，機(jī)組應(yīng)按額定壓力運(yùn)行；小于480 MW負(fù)荷時，機(jī)組應(yīng)按滑壓運(yùn)行。在不同負(fù)荷下，通過選擇不同的運(yùn)行方式，結(jié)合高壓調(diào)門開度的變化，能使機(jī)組在變工況下保持較高經(jīng)濟(jì)性。

表6 優(yōu)化前后各負(fù)荷下主汽壓力

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 修改閥門重疊度

根據(jù)實(shí)際閥門流量曲線，對重疊度做出相應(yīng)修改。修改前后綜合閥位指令與各調(diào)門開度指令關(guān)系曲線如圖4所示，其中虛線為修改前關(guān)系曲線，實(shí)線為修改后關(guān)系曲線，可見修改后調(diào)閥開度曲線要比修改前調(diào)閥開度曲線平順。

圖4 修改前后綜合閥位指令與各調(diào)門開度指令關(guān)系曲線

在線修改高壓調(diào)門流量特性曲線和重疊度后，進(jìn)行了280～600 MW變負(fù)荷試驗(yàn)，其中包括單閥和順序閥之間的切換。單閥和順序閥切換結(jié)果表明負(fù)荷擾動明顯變小，切換期間負(fù)荷波動＜3 MW，遠(yuǎn)小于修改前的波動值15 MW。對比圖3、圖5可見，修改前的2處負(fù)荷變動平緩和突變的情況已得到明顯改善。整個變負(fù)荷過程中，汽輪機(jī)軸承溫度、軸承振動無大幅變化，均低于報警值。運(yùn)行近2年來，電廠未因AGC、一次調(diào)頻等受到電網(wǎng)考核，表明調(diào)門流量特性試驗(yàn)效果明顯。

圖5 優(yōu)化后綜合閥位指令與實(shí)際等效流量關(guān)系曲線

4.2 修正滑壓曲線

通過定、滑壓優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，修正后的各最佳主汽壓力工況下對應(yīng)的發(fā)電機(jī)有功功率關(guān)系曲線如圖6所示。

圖6 主汽壓力工況下對應(yīng)的發(fā)電機(jī)有功功率關(guān)系曲線

5 結(jié)論

a.修改高壓調(diào)門流量特性曲線和重疊度后，單閥和順序閥切換時負(fù)荷擾動明顯變小，2處負(fù)荷變動平緩和突變的情況得到明顯改善。經(jīng)電廠一次調(diào)頻完善試驗(yàn)后，未發(fā)生過因一次調(diào)頻品質(zhì)等受到電網(wǎng)考核，調(diào)門特性試驗(yàn)取得明顯效果，AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)得到提高。

b.優(yōu)化后機(jī)組在變負(fù)荷過程中，負(fù)荷、汽溫、汽壓等參數(shù)穩(wěn)定，汽輪機(jī)瓦溫、振動符合要求。汽輪機(jī)流量指令和實(shí)際流量呈良好的線性關(guān)系，使高壓調(diào)門壓損減小，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

c.當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在480～600 MW時，采用定壓方式運(yùn)行；當(dāng)負(fù)荷小于480 MW時，采用滑壓方式運(yùn)行。優(yōu)化后供電煤耗下降1.2 g／kWh，經(jīng)濟(jì)性相對提高0.5%～1%。

d.將高壓調(diào)門特性優(yōu)化調(diào)整和機(jī)組定、滑壓運(yùn)行優(yōu)化結(jié)合起來已經(jīng)逐步成為電廠的一種技術(shù)需求，也是更為合理的優(yōu)化技術(shù)方案。通過優(yōu)化試驗(yàn)，在確保增強(qiáng)機(jī)組變負(fù)荷和一次調(diào)頻能力的同時，達(dá)到降低運(yùn)行煤耗的目的，同時具有較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 游永坤，姚 華.機(jī)組滑壓優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)方法與閥點(diǎn)滑壓分析［J］.華北電力技術(shù)，2008，38（10）：16－19.

［2］ 劉煥武，劉廣武，劉 炎.600 MW汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)研究［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（4）：40－43.

［3］ 趙偉光，劉明遠(yuǎn)，楊尚文，等.國產(chǎn)超臨界600 MW汽輪機(jī)深化滑壓運(yùn)行試驗(yàn)研究［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（3）：13－17.

［4］ 李千軍，霍 鵬，鄭李坤，等.國產(chǎn)600 MW汽輪機(jī)組定滑壓運(yùn)行方式測試方法研究［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2009，51（5）：386－389.

600 MW Supercritical Steam Turbine Sliding Pressure Optimization Research and Implementation

HOU Jian?xiong，HUANG Bi?liang
（Guangdong Zhuhai Jinwan Power Co.，Ltd.，Zhuhai，Guangdong 519050，China）

According to No.3 steam turbine high energy consumption problem of the Guangdong zhuhai jinwan power plant，this paper proposes high?pressure control valve flow characteristics test before sliding pressure optimization of steam turbine.Control valve per?formance test and optimization of sliding pressure test method process are introduced.The turning point is determined and the optimal sliding pressure curve is obtained.The results show that the coal consumption reduce by 1.2 g／kWh，economy goes up by 0.5%～1% reversely，AGC and primary frequency response characteristics are optimized obviously.

Supercritical；Steam turbine；Sliding pressure optimization；Energy saving

TK267

A

1004－7913（2016）01－0052－04

侯劍雄（1975—），男，學(xué)士，高級工程師，研究方向?yàn)殡娏ιa(chǎn)技術(shù)與管理。

2015－08－24）