電廠(chǎng)汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化方法淺析

嚴(yán)少鋒

（中石化揚(yáng)子石化分公司熱電廠(chǎng)，江蘇 南京 210048）

進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，電力行業(yè)作為支撐我國(guó)工業(yè)發(fā)展的動(dòng)力源泉，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康快速發(fā)展具有重要作用。我國(guó)能源儲(chǔ)備豐富，但人均能源擁有量較低，其中一次能源產(chǎn)品主要是煤炭、天然氣和石油，煤炭在其中占有重要作用，因此，我國(guó)在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)仍將以煤炭作為主要能源消耗品，以煤炭為主要生產(chǎn)原料的火力發(fā)電廠(chǎng)在電力領(lǐng)域中仍具有不可替代的作用。

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)重工業(yè)不斷發(fā)展，在為人們帶來(lái)日新月異的改變的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，國(guó)家越來(lái)越關(guān)注重工業(yè)的清潔、可持續(xù)發(fā)展，而對(duì)工業(yè)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力——能源，近年來(lái)陸續(xù)出臺(tái)的環(huán)保法和政策對(duì)企業(yè)的排查和要求越來(lái)越高，尤其是對(duì)發(fā)電企業(yè)的約束。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)不斷變化，用電結(jié)構(gòu)也隨之改變，重工業(yè)用電量減少，特別是夜間用電量顯著降低。國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的不斷變化、用電結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和國(guó)家節(jié)能減排的不斷深入，對(duì)電力企業(yè)提出了更高的要求，也給在運(yùn)以及將投運(yùn)的大型火電機(jī)組帶來(lái)許多技術(shù)難題，亟需我們解決。目前，大多數(shù)機(jī)組運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況偏差較多，機(jī)組運(yùn)行效率減低，因此必須著重考慮非設(shè)計(jì)工況下汽輪機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文對(duì)抽凝式汽輪機(jī)組的運(yùn)行方式歸納總結(jié)，討論分析了多種運(yùn)行優(yōu)化方法。

1 電廠(chǎng)汽輪機(jī)運(yùn)行方式分析

定壓運(yùn)行方式分為定壓節(jié)流運(yùn)行方式和定壓噴嘴運(yùn)行方式兩種。在滿(mǎn)負(fù)荷工況下，定壓運(yùn)行方式節(jié)流損失最小，效率最高，不需要調(diào)節(jié)級(jí)調(diào)節(jié)，避免了調(diào)節(jié)級(jí)強(qiáng)度低帶來(lái)的一些列問(wèn)題。20 世紀(jì)70 年代，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在大型汽輪機(jī)組上普遍采用定壓運(yùn)行方式，填充經(jīng)濟(jì)發(fā)展中出現(xiàn)的大量電力需求缺口。定壓節(jié)流調(diào)節(jié)運(yùn)行方式主要運(yùn)用于滿(mǎn)負(fù)荷及帶基本負(fù)荷的小型機(jī)組，在部分負(fù)荷工況下節(jié)流損失較大，效率較低。定壓噴嘴調(diào)節(jié)運(yùn)行方式主要運(yùn)用于300MW 以下的小型機(jī)組，該運(yùn)行方式在部分符合下，熱經(jīng)濟(jì)性較低，且負(fù)荷變化引起調(diào)節(jié)級(jí)蒸汽溫度變化在所有運(yùn)行方式中最大，使得調(diào)節(jié)級(jí)及轉(zhuǎn)子產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，損害設(shè)備壽命。

滑壓運(yùn)行方式常運(yùn)用于大型汽輪機(jī)組變負(fù)荷狀態(tài)下，現(xiàn)如今對(duì)滑壓運(yùn)行方式的看法及結(jié)論還未統(tǒng)一。有研究表明，在低負(fù)荷運(yùn)行工況下，滑壓運(yùn)行方式在20 ～66 萬(wàn)千瓦機(jī)組上能夠?qū)崿F(xiàn)良好的運(yùn)行熱效率?；瑝哼\(yùn)行在部分負(fù)荷工況下，高壓缸各級(jí)溫度偏差較小，熱應(yīng)力及熱變形較小，中壓缸的進(jìn)汽溫度基本不變，這大大保證了汽輪機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的安全性和靈活性。當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)，采用滑壓運(yùn)行方式時(shí)，需要同時(shí)提高主蒸汽的流量和壓力，而調(diào)整鍋爐燃燒側(cè)需要一定時(shí)間，存在時(shí)間延遲，使得滑壓運(yùn)行方式難以滿(mǎn)足調(diào)峰的需要，另外，滑壓運(yùn)行雖然一定程度上提高了機(jī)組的內(nèi)效率，降低了水泵能耗，但以此增加的經(jīng)濟(jì)性仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠補(bǔ)償機(jī)組循環(huán)熱效率降低所產(chǎn)生的損失。

為了兼顧電廠(chǎng)機(jī)組運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性和安全性，近年來(lái)，超臨界及超超臨界凝氣式汽輪機(jī)組上普遍采用復(fù)合滑壓運(yùn)行方式。復(fù)合滑壓運(yùn)行方式即在高負(fù)荷區(qū)間采用定壓運(yùn)行方式以得到較高運(yùn)行效率，在中負(fù)荷區(qū)間采用滑壓運(yùn)行方式，關(guān)閉部分閥門(mén)，在調(diào)峰階段通過(guò)控制調(diào)節(jié)汽閥的開(kāi)關(guān)量進(jìn)行緊急調(diào)節(jié)，在低負(fù)荷區(qū)間又轉(zhuǎn)為定壓運(yùn)行方式，使得在整個(gè)負(fù)荷區(qū)間內(nèi)均有較高的熱經(jīng)濟(jì)性。

2 汽輪機(jī)變負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)化方法分析

（1）優(yōu)化運(yùn)行初壓參數(shù)。在眾多運(yùn)行控制參數(shù)中，機(jī)組運(yùn)行初壓直接汽輪機(jī)熱耗率相關(guān)，是汽輪機(jī)中最重要的運(yùn)行參數(shù)之一，因此，汽輪機(jī)組運(yùn)行初壓參數(shù)優(yōu)化是汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化的重要內(nèi)容。一方面，現(xiàn)階段對(duì)運(yùn)行初壓的研究大多僅以機(jī)組熱耗率作為評(píng)價(jià)機(jī)組運(yùn)行工況的標(biāo)準(zhǔn)，而在實(shí)際電廠(chǎng)運(yùn)行中，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性與汽機(jī)熱效率、鍋爐效率和廠(chǎng)用電率都有關(guān)，因此，在進(jìn)行運(yùn)行初壓優(yōu)化時(shí)，必須考慮輔機(jī)泵耗功及各調(diào)節(jié)級(jí)閥門(mén)的蒸汽分配，確定閥門(mén)開(kāi)度從而得到最優(yōu)運(yùn)行初壓參數(shù)；另一方面，由于環(huán)境、負(fù)荷以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的原因，汽輪機(jī)初始參數(shù)往往不是定值，而是在某一范圍內(nèi)波動(dòng)，這雖然不影響機(jī)組安全運(yùn)行，但會(huì)對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不利影響，通過(guò)試驗(yàn)及計(jì)算確定機(jī)組最優(yōu)初壓參數(shù)將大大提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。余興剛等研究了某600MW 亞臨界機(jī)組初終參數(shù)耗差，設(shè)計(jì)了一種熱力系統(tǒng)變工況計(jì)算模型，得到汽輪機(jī)初始?jí)毫εc背壓的關(guān)系，該計(jì)算模型可用于核算汽輪機(jī)廠(chǎng)方修正曲線(xiàn)，得到機(jī)組運(yùn)行最優(yōu)初始?jí)毫?，降低機(jī)組煤耗率。

（2）優(yōu)化配汽方式。汽輪機(jī)閥門(mén)流量特性曲線(xiàn)表征了汽輪機(jī)理論流量特性，實(shí)際運(yùn)行中汽輪機(jī)閥門(mén)特性流量曲線(xiàn)與實(shí)際流量特性不一致時(shí)將出現(xiàn)一次調(diào)頻能力差，機(jī)組切換配汽方式時(shí)負(fù)荷波動(dòng)較大以及調(diào)節(jié)閥晃動(dòng)等情況，嚴(yán)重影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。優(yōu)化配汽方式即通過(guò)改變?cè)鹊呐淦绞交蛘{(diào)整閥門(mén)重疊度使得汽輪機(jī)特性流量曲線(xiàn)能夠準(zhǔn)確表征實(shí)際流量特性，提高汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，提升機(jī)組一次調(diào)頻品質(zhì)。李金印研究了汽輪機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化措施，研究表明，在低負(fù)荷運(yùn)行工況下采用復(fù)合配汽方式將造成大量浪費(fèi)，復(fù)合配汽方式只在高負(fù)荷工況下表現(xiàn)出高運(yùn)行效率。張榮欣等進(jìn)一步針對(duì)東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的超超臨界凝氣式汽輪機(jī)組展開(kāi)運(yùn)行優(yōu)化研究，研究表明，多種配汽方式能更有效的調(diào)節(jié)汽輪機(jī)流量特性，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷達(dá)到50%以上時(shí)，采用順閥配汽方式，其余采用單閥配汽方式，同時(shí)合理設(shè)置各調(diào)門(mén)重疊度，使運(yùn)行方式切換時(shí)能夠平穩(wěn)過(guò)度，配汽方式優(yōu)化后，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。

（3）降低汽輪機(jī)能耗。汽輪機(jī)能耗較大使得機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低，必須根據(jù)汽輪機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)和能耗特征，針對(duì)性地采取有效的措施，不斷優(yōu)化汽輪機(jī)組運(yùn)行，保證汽輪機(jī)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。一方面，降低機(jī)組啟停能耗，在啟機(jī)過(guò)程中通過(guò)手動(dòng)操作，控制真空壓力處于65 ～70kPa 范圍內(nèi)，縮短啟機(jī)時(shí)間，降低機(jī)組能耗。另一方面，保持高壓加熱器投入率，控制給水溫度，穩(wěn)定水量水位，在機(jī)組啟停時(shí)，及時(shí)投入高壓加熱器。另外，長(zhǎng)期運(yùn)行的凝汽式汽輪機(jī)組凝汽器冷卻面將出現(xiàn)大量污垢，及時(shí)采用高壓水射流對(duì)冷卻面進(jìn)行清洗，有效地保證凝汽器安全正常運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)是整個(gè)電力行業(yè)的硬件基礎(chǔ)，本文闡述了額定功率60MW 抽凝式汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，分析了不同運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)和不足，介紹了優(yōu)化運(yùn)行初壓、優(yōu)化配汽方式及節(jié)能降耗三個(gè)運(yùn)行優(yōu)化方法，爭(zhēng)取為汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化方面提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，促進(jìn)汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)發(fā)展。