改變汽輪機主汽調(diào)門運行方式對機組控制的影響分析

劉艷琴

（山西西山熱電有限公司， 山西 太原 030021）

1 汽輪機主汽調(diào)門運行方式

華能玉環(huán)電廠具有一臺100 MW的超臨界汽輪發(fā)電機組，此汽輪機組主要由上海汽輪機公司引進德國西門子技術(shù)產(chǎn)生的，擁有大約八級回?zé)岢槠?。汽輪機由一個高壓缸、一個中壓缸、兩個低壓缸、兩個主汽調(diào)門以及兩個中亞調(diào)門等組成，使用了傳統(tǒng)的節(jié)流配汽方式，相較噴嘴配汽方式，此汽輪機結(jié)構(gòu)更為簡單，且機組運行時各級別溫度變化范圍較小，可以有效適應(yīng)負(fù)荷變化。但此機組在定壓運行時會出現(xiàn)較大的節(jié)流損失，降低了整個機組的運行效率，對此，本機組采用了補氣閥技術(shù)，改變了機組汽輪機的調(diào)頻能力，提升了其運行的安全性與可靠性。機組在運行初期，一般會根據(jù)中壓調(diào)門進行全開位置處置，主汽調(diào)門在30%～35%范圍內(nèi)進行開度區(qū)域工作[1]。

在對機組進行優(yōu)化實驗時應(yīng)確定機組的經(jīng)濟運行方式，找到最佳的機組工作負(fù)荷，確定負(fù)荷—主汽壓力曲線，之后確定最佳的優(yōu)化控制系統(tǒng)，進行機組經(jīng)濟運行實驗，并在機組保持經(jīng)濟運行效益的情況下調(diào)整機組性能。

2 調(diào)門優(yōu)化試驗

華能玉環(huán)電廠汽輪機組采用“定—滑—定”的調(diào)節(jié)方式，根據(jù)德國西門子的設(shè)計理念可知，汽輪機組在較大負(fù)荷范圍內(nèi)應(yīng)保持全開模式，但實際運行過程中，汽輪調(diào)門經(jīng)常無法保持全開模式，導(dǎo)致了節(jié)流損失問題。對此優(yōu)化試驗的第一步則是通過試驗確定經(jīng)濟的運行方式，找到最佳的負(fù)荷—主汽壓力曲線，之后第二步則需要優(yōu)化控制系統(tǒng)，在滿足電網(wǎng)運行需求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)經(jīng)濟運行。在此期間不但需要考慮機組運行的經(jīng)濟性，還需要滿足機組調(diào)節(jié)性能，比如機組一次調(diào)頻效果等，這樣才可以確定經(jīng)濟且實際應(yīng)用性較強的運行參數(shù)。

3 汽輪經(jīng)濟尋優(yōu)

華能玉環(huán)電廠百萬千瓦機組要求保持500～1 000 MW的負(fù)荷變化范圍，在此負(fù)荷段下，汽機調(diào)門基本處于節(jié)流運行模式，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，對此應(yīng)將其作為汽機運行節(jié)能的可控項目。在綜合考慮百萬千瓦機組運行安全性與穩(wěn)定性要求的基礎(chǔ)上，將經(jīng)濟尋優(yōu)試驗分為兩個步驟，一是各個負(fù)荷段應(yīng)將調(diào)門保持在50%開度，觀察機組運行情況，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)信息，之后在50%開度試驗的基礎(chǔ)上進行調(diào)門全開的試驗[2]。

具體試驗方法是在機組保持穩(wěn)定運行狀態(tài)時撤出一次調(diào)頻，確保機組運行鍋爐處于手動模式下，并逐步降低壓力定值，直至汽機調(diào)門處于50%開度。通過試驗可以得出汽輪機在50%開度下的熱耗率，之后綜合評價比較機組運行的經(jīng)濟性與安全性，為修正控制參數(shù)提供參考依據(jù)。

汽輪機調(diào)門優(yōu)化試驗在2號機組上運行，持續(xù)了將近一個月時間，完成了500 MW、600 MW、700 MW以及800 MW幾個負(fù)荷點下的經(jīng)濟尋優(yōu)試驗，具體結(jié)果如表1所示。

表1 2號機組汽機調(diào)門優(yōu)化試驗

分析表1數(shù)據(jù)可知，在機組500 MW及以上的各個負(fù)荷點，隨著高壓調(diào)門開度的增大，機組經(jīng)濟水平也相應(yīng)提升，且調(diào)門保持100%開度時，機組處于最佳的經(jīng)濟性，煤耗降低范圍在0.9～1.5 g/kWh，而若調(diào)門保持50%開度時，則煤耗降低范圍在0.5～0.9 g/kWh。試驗結(jié)果還表明，各個負(fù)荷點在調(diào)門開度不同時，機組運行穩(wěn)定，這說明增大調(diào)門開度后機組會安全運行。電廠4臺機組年發(fā)電量為200億kWh時，每年可以節(jié)省9 500～28 500 t煤，為企業(yè)節(jié)省了大量的運行成本，這表明調(diào)門優(yōu)化試驗可以幫助玉環(huán)電廠實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，意義重大。

4 優(yōu)化機組協(xié)調(diào)控制

在完成各個負(fù)荷點的經(jīng)濟尋優(yōu)工作后，還應(yīng)修改負(fù)荷—主汽壓力的設(shè)定曲線，作為尋優(yōu)后的曲線。之后還應(yīng)利用負(fù)荷變動試驗評估機組的負(fù)荷響應(yīng)能力。修改曲線后，機組運行方式發(fā)生了較大改變，對此還應(yīng)重新調(diào)試整個控制系統(tǒng)，確定運行方式是否符合電廠需求。

4.1 汽機調(diào)門在50%開度下的負(fù)荷調(diào)整

機組負(fù)荷穩(wěn)定在700 MW時撤出機組自動與一次性調(diào)頻自動，確保汽機處于初壓運行模式，之后將調(diào)門保持在50%開度，得到負(fù)荷—壓力曲線，如圖1所示。之后工作人員手動改變壓力定值，待機組平穩(wěn)運行后重新投入?yún)f(xié)調(diào)控制自動系統(tǒng)[3]。

圖1 調(diào)門50%開度下負(fù)荷-壓力曲線

為了掌握新曲線下原協(xié)調(diào)自動的控制性能，進行了700 MW→650 MW以及600 MW→700 MW兩種工況試驗。試驗發(fā)現(xiàn)，在原來參數(shù)下，壓力、汽溫以及負(fù)荷的變動較大，之后便進行調(diào)門50%開度下的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。首先，原設(shè)計鍋爐側(cè)煤以及水的動態(tài)增量面積近似長方形控制，隨著負(fù)荷率變化，煤、水、風(fēng)等會進行等幅度調(diào)節(jié)，如圖2所示。但調(diào)試發(fā)現(xiàn)，前期負(fù)荷變化力度較小，不適應(yīng)華東電網(wǎng)的機組要求，對此重新調(diào)整動態(tài)前饋曲線，如圖3所示。其次試驗中應(yīng)不斷對曲線進行微小修正，確保負(fù)荷穩(wěn)定時，調(diào)門開度保持在45%～55%之間，達(dá)到節(jié)能效果。再次分析討論補氣閥開啟導(dǎo)致的機軸振動問題，調(diào)整補氣閥開度為25%。最后在機組停機時離線修改補氣閥的邏輯回路。

圖2 原設(shè)計負(fù)荷變化前饋量變化曲線

圖3 調(diào)整后負(fù)荷變化時各前饋變化曲線

4.2 汽機調(diào)門在100%開度下的負(fù)荷優(yōu)化

完成50%開度的調(diào)門優(yōu)化調(diào)整工作后，進行開度100%時調(diào)門的優(yōu)化控制工作，利用補氣閥進行調(diào)頻。當(dāng)調(diào)門處于100%開度時，以下幾個問題無法自動調(diào)節(jié)。首先是調(diào)門保持全開時，需要完全依靠補氣閥增加通氣量，若負(fù)荷變化量不在設(shè)計范圍內(nèi)時，將需要利用鍋爐燃燒調(diào)整負(fù)荷，此時負(fù)荷動態(tài)與靜態(tài)偏差較大，甚至還會因微調(diào)燃水比導(dǎo)致中間點溫度過高。其次是降負(fù)荷過程中，調(diào)門開度在67%～100%之間時，其屬于空行程，會延長負(fù)荷的滯后時間。最后是在達(dá)到負(fù)荷目標(biāo)后，補氣閥長時間內(nèi)不能全關(guān)。主要因為此階段補氣閥對壓力較為敏感，機組設(shè)計壓力與實際壓力之間的偏差會導(dǎo)致補氣閥無法關(guān)閉，對負(fù)荷產(chǎn)生了較大影響[4]。

對于上述問題應(yīng)進行多次負(fù)荷擾動試驗優(yōu)化調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期的調(diào)節(jié)效果。

5 優(yōu)化初步結(jié)論

1）高調(diào)門處于50%開度時，負(fù)荷具備優(yōu)良的響應(yīng)能力，可以滿足機組的運行需求。

2）高調(diào)門處于100%開度時，負(fù)荷響應(yīng)能力較差。

3）2號機組調(diào)門應(yīng)保持50%開度，采用此開度下的負(fù)荷-主汽壓力曲線，在實際運行中檢驗機組調(diào)節(jié)能力，并進行完善與優(yōu)化。

4）盡快解決補氣閥開度增大導(dǎo)致機組軸振動變大問題，將補氣閥開度設(shè)定為25%，削弱補氣閥帶負(fù)荷能力。

5）機組在調(diào)門全開的模式下，需要完全依靠補氣閥對汽機進行負(fù)荷調(diào)節(jié)，此時若需調(diào)節(jié)負(fù)荷大于最大連續(xù)運行負(fù)荷的10%，則會減弱機組的負(fù)荷調(diào)節(jié)相應(yīng)力。

6）調(diào)門保持全開模式后，受主汽壓力的影響依然存在輕微波動問題，補氣閥長時間內(nèi)會出現(xiàn)時開時關(guān)問題，以致影響了汽輪機的運行壽命及經(jīng)濟性。對此，電廠還應(yīng)設(shè)定相關(guān)試驗以有效解決此問題，以有效延長汽輪機的使用壽命。

6 結(jié)語

在電廠運營與發(fā)展過程中，汽機組的控制工作占據(jù)十分重要的位置，合理控制機組可以有效提高電廠的工作效率。通過實際案例證明了改變汽機運行方法可以對發(fā)電機組產(chǎn)生積極影響，不但優(yōu)化了機組的運行模式，且提高了機組的經(jīng)濟效益。