順序閥控制在600 MW超臨界汽輪機中的應(yīng)用

王　鋒， 鐘尚文， 林藝展

(廣東紅海灣發(fā)電有限公司， 廣東汕尾 516623)

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順序閥控制在600 MW超臨界汽輪機中的應(yīng)用

王鋒， 鐘尚文， 林藝展

(廣東紅海灣發(fā)電有限公司， 廣東汕尾 516623)

介紹了汽輪機復(fù)合閥、順序閥配汽的控制原理。針對汽輪機復(fù)合閥控制節(jié)流損失大的問題，進行了復(fù)合閥方式下的閥門流量特性試驗；通過試驗，優(yōu)化了配汽方式；提出了合理的順序閥開閥順序，給出了順序閥流量特性曲線；闡述了順序閥切換過程，實現(xiàn)了復(fù)合閥、順序閥的無擾切換。順序閥控制投運后，機組運行安全平穩(wěn)，降低了節(jié)流損失，提高了機組的經(jīng)濟性。

汽輪機； 復(fù)合閥； 順序閥； 閥序切換； 配汽優(yōu)化

一臺N600-24.2/566/566汽輪機為超臨界、一次中間再熱、單軸、雙背壓、三缸四排汽、凝汽沖動式汽輪機，原設(shè)計的配汽方式為復(fù)合配汽方式，適合于帶基本負(fù)荷運行。機組在中低負(fù)荷運行時高壓進汽部分節(jié)流損失較大，致使機組中低負(fù)荷經(jīng)濟性下降。隨著電網(wǎng)裝機容量的不斷擴大，機組深度調(diào)峰成為常態(tài)，機組中低負(fù)荷運行時間持續(xù)延長。為提高機組中低負(fù)荷運行的經(jīng)濟性，將機組的配汽方式由復(fù)合噴嘴配汽改進為順序閥噴嘴配汽無疑是一個投入較小而收益較大的選擇。

1　控制原理

復(fù)合閥方式下，蒸汽通過高壓調(diào)節(jié)閥和噴嘴室以全周進入調(diào)節(jié)級動葉，調(diào)節(jié)級葉片加熱均勻，可有效改善調(diào)節(jié)級葉片的應(yīng)力分配，使機組可以較快改變負(fù)荷；但由于所有調(diào)節(jié)閥均部分開啟，節(jié)流損失較大，尤其是低負(fù)荷運行時，調(diào)節(jié)閥在大多數(shù)情況下處于較大的節(jié)流狀態(tài)，機組經(jīng)濟性明顯下降[1]。

順序閥方式下，調(diào)節(jié)閥按照預(yù)先設(shè)定的次序逐個開啟和關(guān)閉，在一個調(diào)節(jié)閥完全開啟之前，另外的調(diào)節(jié)閥保持關(guān)閉狀態(tài)，蒸汽以部分進汽的形式通過調(diào)節(jié)閥和噴嘴室。與復(fù)合閥相比，順序閥可以顯著降低節(jié)流損失，提高汽輪機熱效率，降低鍋爐煤耗，從而達到提高電廠運行經(jīng)濟效益的目的[2]。

2　順序閥控制的實現(xiàn)

2.1 復(fù)合閥流量特性試驗

閥門流量特性曲線是在一定閥門開度下流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量占閥門全開時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量的百分比與閥門開度的對應(yīng)關(guān)系。由汽輪機原理可知：當(dāng)汽輪機通流面積一定時，調(diào)節(jié)級后壓力與主蒸汽流量近似成正比關(guān)系，因此流量變化特征可由調(diào)節(jié)級壓力的變化得到。為尋得較優(yōu)的順序閥流量特性曲線，有必要對復(fù)合閥方式下的高壓調(diào)節(jié)閥流量特性進行試驗。

測定高壓調(diào)節(jié)閥CV1流量特性時，始終保持高壓調(diào)節(jié)閥CV2、CV3全開，CV4全關(guān)，逐步開啟CV1直至全開；測定CV2流量特性時，始終保持CV1、CV4全開，CV3全關(guān)，逐步關(guān)閉CV2直至全關(guān)；測定CV3流量特性時，始終保持CV1、CV4全開，CV2全關(guān)，逐步開啟CV3直至全開；測定CV4流量特性時，始終保持CV2、CV3全開，CV1全關(guān)，逐步關(guān)閉CV4直至全關(guān)。每次試驗需記錄高壓主汽門前蒸汽壓力、高壓主汽門前蒸汽溫度、高壓調(diào)節(jié)閥后壓力、調(diào)節(jié)級壓力、調(diào)節(jié)級溫度、高壓調(diào)節(jié)閥閥位、發(fā)電機功率等參數(shù)。

根據(jù)試驗得到的數(shù)據(jù)，分別得到單個調(diào)節(jié)閥不同開度下的等效實際流量：

(1)

式中：Q為等效實際流量，%，一般與DEH的負(fù)荷設(shè)定值(閥位方式下)0～600 MW相對應(yīng)；Pim為試驗調(diào)節(jié)級壓力，MPa；Pimr為額定調(diào)節(jié)級壓力，MPa(本機取值16.49)；Ptr為額定負(fù)荷時額定主蒸汽壓力，MPa(本機取值24.2)；Pt為試驗主蒸汽壓力，MPa。

根據(jù)等效實際流量，得到單個調(diào)節(jié)閥不同開度下的相對流量：

(2)式中：Qr為相對流量，不同閥門開度下工質(zhì)流量占閥門全開時流量的百分比，%；n為試驗工況下汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥閥門全開的數(shù)目；Q(n)V為n閥全開時，通過汽輪機的主蒸汽等效實際流量。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制的高壓調(diào)節(jié)閥流量特性曲線見圖1。

由試驗曲線可見：

(1) 各高壓調(diào)節(jié)閥在15%開度以下，流量為0。

(2) CV1、CV4在閥門開度達到60%左右，流量已達到95%左右。

(3) CV2在閥門開度達到45%左右，流量已達到95%左右。

(4) CV3在閥門開度達到41%左右，流量已達到95%左右。

圖1　高壓調(diào)節(jié)閥流量特性曲線

機組在復(fù)合閥配汽方式下，低負(fù)荷段的節(jié)流損失較大，經(jīng)濟性較差。由于機組頻繁參與調(diào)峰，運行峰谷差較大，為適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰和提高機組經(jīng)濟性，有必要對其配汽方式進行優(yōu)化。

2．2 順序閥流量特性

在充分考慮汽輪機啟停及運行的安全性與經(jīng)濟性的基礎(chǔ)上，提出順序閥模式下的閥門開啟順序為：CV1+CV3→CV4→CV2。此外，閥門重疊度的設(shè)置對汽輪機的調(diào)節(jié)特性和經(jīng)濟性也有較大的影響[3]：重疊度小，總流量特性線性度較好，但閥門節(jié)流損失大，經(jīng)濟性較低；反之重疊度大，總流量特性線性度較差，但閥門節(jié)流損失小，經(jīng)濟性較好。參考前述高壓調(diào)節(jié)閥流量特性試驗數(shù)據(jù)，并綜合考慮閥序及閥門重疊度，提出本機優(yōu)化后的順序閥配汽曲線(見圖2)。

圖2　順序閥配汽特性曲線

2.3 順序閥控制的實現(xiàn)

2.3.1 順序閥投入條件

機組啟動時為復(fù)合閥方式，當(dāng)機組并網(wǎng)后且以下條件均滿足時，允許投入順序閥控制：

(1) 無回路切除(負(fù)荷高/低限動作、閥限動作、主汽壓限制保護動作、RB)信號。

(2) 發(fā)電機出口斷路器在合位。

(3) 非閥門活動試驗過程。

(4) 機組功率大于200 MW。

2.3.2 順序閥切換過程

條件滿足后，運行人員打開復(fù)合閥/順序閥切換面板則可以進行閥序切換操作。為避免切換過程中出現(xiàn)瓦振增大、瓦溫升高等問題[4-5]，除了設(shè)置合理的配汽曲線，邏輯中還設(shè)置了順序閥和復(fù)合閥切換因子，并配以合適的切換速率，保證切換過程平緩、可控。切換過程中，當(dāng)機組負(fù)荷指令和實際負(fù)荷偏差大于20 MW時，閥序切換通過切換因子自動保持；當(dāng)機組負(fù)荷指令和實際負(fù)荷偏差小于5 MW時，閥序切換自動繼續(xù)進行。在切換過程的任一時刻，運行人員也可通過操作面板暫停切換，使閥序切換保持在當(dāng)前狀態(tài)，運行人員視工況可繼續(xù)進行閥序切換或進行反向切換(切回復(fù)合閥控制)。操作面板設(shè)置切換狀態(tài)顯示和計時功能，保證切換過程可控，順序閥切換正常在600 s內(nèi)完成。當(dāng)汽輪機跳閘、PLU動作或電網(wǎng)解列時，控制系統(tǒng)將自動切換到復(fù)合閥控制方式。在無回路切除且非閥門活動試驗過程時，運行人員可手動切換到復(fù)合閥方式。機組切換為順序閥控制后，可能出現(xiàn)協(xié)調(diào)響應(yīng)能力差[6]、一次調(diào)頻能力不足[7]等問題，需根據(jù)實際情況對機組協(xié)調(diào)參數(shù)進行優(yōu)化。

2.3.3 順序閥控制投運

經(jīng)上述優(yōu)化后，該機組已投入順序閥方式運行，順序閥方式運行期間，機組AGC、一次調(diào)頻響應(yīng)正常，協(xié)調(diào)控制正常，調(diào)節(jié)汽門開度變化平穩(wěn)、無晃動，機組脹差、各瓦瓦溫、各瓦振動、各軸承回油溫度、軸向位移、高壓缸各金屬溫度等參數(shù)均在正常范圍。圖3為順序閥方式下，機組負(fù)荷由350 MW升至550 MW的響應(yīng)曲線。由圖3可以看出：該工況下，CV1、CV3全開，CV2全關(guān)，只有CV4處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，節(jié)流損失大大減小，有利于提高機組熱效率，提高機組運行經(jīng)濟性；變負(fù)荷期間，CV4變化平穩(wěn)、無晃動，負(fù)荷響應(yīng)性能良好，閥序優(yōu)化取得良好效果，達到控制要求。

圖3　順序閥方式下負(fù)荷響應(yīng)曲線

3　結(jié)語

復(fù)合閥控制和順序閥控制切換,實質(zhì)是通過噴嘴的節(jié)流配汽(復(fù)合閥控制)和噴嘴配汽(順序閥控制)的無擾切換,解決變負(fù)荷過程中均勻加熱與部分負(fù)荷經(jīng)濟性的矛盾。采用優(yōu)化后的順序閥控制方式后，機組運行穩(wěn)定，進汽節(jié)流損失降低，有利于降低機組煤耗、提高機組的經(jīng)濟性，對其他同類型機組的配汽優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)作用。

[1] 朱予東, 秦占峰, 史新剛, 等. 600 MW汽輪機組順序閥運行方式研究[J]. 汽輪機技術(shù), 2008, 50(2): 139-142, 145.

[2] 王曉峰, 高春升. 600 MW汽輪機的閥門管理與調(diào)節(jié)級特性[J]. 汽輪機技術(shù), 2003, 45(2): 122-123.

[3] 周煜, 周虹任, 楊紅兵. 600 MW汽輪機單閥切順序閥安全性及經(jīng)濟性分析[J]. 華北電力技術(shù), 2013,43(11): 20-24.

[4] 李衛(wèi)軍, 張寶, 童小忠. 汽輪機進汽方式切換時軸振與瓦溫異常分析[J]. 汽輪機技術(shù), 2006, 48(6): 462-464.

[5] 闞偉民, 鄧少翔, 田豐, 等. 600 MW汽輪機組調(diào)節(jié)閥控制方式切換中振動問題分析及配汽優(yōu)化[J]. 熱力發(fā)電, 2009, 38(12): 68-72.

[6] 莊建華, 謝金土, 胡平生, 等. 600 MW超臨界汽輪機配汽方式優(yōu)化[J]. 發(fā)電設(shè)備, 2007, 21(6): 445-448, 485.

[7] 張寶, 吳明偉, 金玄玄. 汽輪機組一次調(diào)頻性能試驗分析[J]. 發(fā)電設(shè)備, 2007, 21(6): 440-444.

Application of Sequence Valve Control Mode in 600 MW Supercritical Power Units

Wang Feng, Zhong Shangwen, Lin Yizhan

(Guangdong Red Bay Power Generation Co., Ltd., Shanwei 516623, Guangdong Province, China)

An introduction was proposed to the control principles for steam distribution in mixing valve and sequence valve control mode of steam turbines. To solve the problem of large throttling loss under mixing valve control mode, flow characteristic tests were performed, based on which the steam distribution control mode was optimized. Meanwhile, reasonable operation order was proposed for the sequence valve control, with corresponding flow characteristic curves presented simultaneously. In addition, the process of valve switching was described to achieve undisturbed switching between mixing valve and sequence valve control. After application of the sequence valve control mode, the unit now runs safely and stably, resulting in reduced throttling loss and improved unit economy.

steam turbine; mixing valve; sequence valve; valve switching; steam distribution optimization

2016-01-25

王鋒(1982—)，男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱控研究及維護工作。

E-mail: wangfeng8u82003@163.com

TK323

A

1671-086X(2016)04-0282-03