再熱雙抽背壓機(jī)組的主汽參數(shù)控制策略研究

劉曉燕， 侯明軍， 羅方， 謝林貴， 宋放放， 范立華

(東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽(yáng)， 618000 )

1 前言

為提高汽輪機(jī)組在全負(fù)荷段的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,非母管制的超高壓及以上等級(jí)進(jìn)汽參數(shù)汽輪機(jī)基本采用定滑壓運(yùn)行方式, 且目前的滑壓曲線都是將機(jī)組的負(fù)荷作為變量,某典型項(xiàng)目的滑壓曲線如圖1 所示。 有很多針對(duì)定滑壓曲線的優(yōu)化研究成果, 原理是結(jié)合試驗(yàn)比較法和局部能耗分析, 同時(shí)兼顧背壓變化, 確定機(jī)組的定滑壓優(yōu)化曲線[1-5],優(yōu)化后的定滑壓曲線均是基于機(jī)組負(fù)荷為變量。

圖1 某典型項(xiàng)目的滑壓曲線

基于機(jī)組負(fù)荷為變量的定滑壓曲線, 沒(méi)有考慮供熱抽汽對(duì)機(jī)組負(fù)荷的影響, 具有一定局限性,可能會(huì)出現(xiàn)在某些負(fù)荷下高壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi)供熱量仍不能滿足需求的情況。 常規(guī)抽凝機(jī)組中, 將供熱抽汽的熱負(fù)荷折算至機(jī)組負(fù)荷, 或者將多組不同抽汽量下機(jī)組負(fù)荷與主蒸汽壓力的關(guān)系曲線作為輸入, 滑壓值根據(jù)實(shí)際供熱量和機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行二維插值獲取[6-7],這2 種方法均為解決抽凝機(jī)組供熱期間定滑壓曲線偏離最佳點(diǎn)的有效途徑。

東方現(xiàn)有一再熱雙抽背壓項(xiàng)目, 供熱量相對(duì)常規(guī)抽凝機(jī)組更大, 綜合考慮機(jī)組全負(fù)荷段的經(jīng)濟(jì)性和安全性, 其主蒸汽壓力和溫度均隨總負(fù)荷的變化而變化, 這個(gè)總負(fù)荷可以理解為電負(fù)荷和熱負(fù)荷的總和, 或汽輪機(jī)的進(jìn)汽量。 由于抽汽量需求的多變性, 其對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷也隨之多變, 采用常規(guī)的以機(jī)組負(fù)荷為變量的主蒸汽參數(shù)控制已不適用于該雙抽背壓機(jī)組, 對(duì)汽輪機(jī)的主蒸汽壓力和溫度進(jìn)行精準(zhǔn)控制是本文探討的主要問(wèn)題。

2 再熱雙抽背壓機(jī)組項(xiàng)目情況

2.1 項(xiàng)目總體情況

本文以東方某項(xiàng)目為依托進(jìn)行探討, 該項(xiàng)目主要參數(shù)為： 額定主汽參數(shù)為24.2 MPa/566 ℃,再熱溫度為453 ℃, 設(shè)計(jì)背壓為0.15 MPa。 有2段工業(yè)抽汽, 工業(yè)抽汽參數(shù)需求為：

（1）中壓抽汽： 4.4～4.7 MPa（g）、 440～450 ℃、最大流量1 400 t/h。

（2）低壓抽汽： 1.3～1.6 MPa（g）、 320～330 ℃、最大流量600 t/h。

上面的最大抽汽流量為3 臺(tái)機(jī)組的總量, 綜合考慮工業(yè)抽汽參數(shù)的需求, 汽輪機(jī)方案為中壓抽汽從汽輪機(jī)的再熱蒸汽管道抽出, 考慮管道壓損, 額定壓力為5.0 MPa, 采用中壓調(diào)節(jié)閥參調(diào)保證供熱壓力； 低壓抽汽從中壓缸抽出, 考慮管道壓損, 額定壓力為1.8 MPa, 采用旋轉(zhuǎn)隔板參調(diào)保證供熱壓力。 機(jī)組無(wú)純凝工況, 全負(fù)荷段均采用抽背模式運(yùn)行, 所以該項(xiàng)目也是典型的“大頭小尾” 機(jī)組。 該項(xiàng)目設(shè)計(jì)抽汽量下典型工況的相關(guān)參數(shù)如表1 所示。

表1 某項(xiàng)目設(shè)計(jì)抽汽量下典型工況的相關(guān)參數(shù)

2.2 主蒸汽參數(shù)與機(jī)組負(fù)荷關(guān)系

將表1 中的設(shè)計(jì)工況及非設(shè)計(jì)抽汽量工況的主蒸汽參數(shù)與機(jī)組負(fù)荷的關(guān)系以散點(diǎn)圖型式顯示,分別如圖2 和圖3 所示。 圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)說(shuō)明（下同）：

（1）藍(lán)色數(shù)據(jù)點(diǎn)： 設(shè)計(jì)抽汽量工況中的中壓抽汽工況。

（2）紅色數(shù)據(jù)點(diǎn)： 設(shè)計(jì)抽汽量工況中的中壓不抽汽工況。

（3）綠色數(shù)據(jù)點(diǎn)： 非設(shè)計(jì)抽汽量工況。

圖2 主蒸汽壓力與機(jī)組負(fù)荷關(guān)系

圖3 主蒸汽溫度與機(jī)組負(fù)荷關(guān)系

由圖2 和圖3 中的數(shù)據(jù)點(diǎn)可知, 雙抽背壓機(jī)組的負(fù)荷與主汽參數(shù)并不是唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系, 由于抽汽量的多種組合變化, 圖中的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布較為分散, 需找到1 個(gè)變量對(duì)主汽參數(shù)進(jìn)行較為精準(zhǔn)的控制。

由圖3 的數(shù)據(jù)點(diǎn)可知, 和常規(guī)抽凝機(jī)組不同,該項(xiàng)目的主蒸汽溫度并不是穩(wěn)定不變, 而是大體上隨著負(fù)荷的降低而降低。 該項(xiàng)目的中壓抽汽由再熱熱段管道抽出, 通過(guò)調(diào)整中壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度使再熱壓力（抽汽壓力）維持在5.0 MPa, 考慮到再熱管道壓降0.435 MPa, 基本不隨負(fù)荷變化, 高壓缸排汽壓力也就穩(wěn)定在5.435 MPa, 且最低供熱負(fù)荷低至8 MW, 這是該再熱雙抽背壓機(jī)組與常規(guī)抽凝機(jī)組的最大區(qū)別。

在焓熵圖上表示額定抽汽量工況（簡(jiǎn)稱額定工況）和40%額定抽汽量工況（簡(jiǎn)稱40%額定工況）的高壓缸膨脹過(guò)程線, 如圖4 所示。 由圖中曲線可知, 40%額定工況的主蒸汽壓力較額定工況低,高壓缸的膨脹過(guò)程線整體右移。 為保證供熱壓力,高壓缸排汽壓力不變, 導(dǎo)致高壓缸排汽溫度升高。為了高壓缸排汽至鍋爐的管道及鍋爐再熱器的安全, 高壓缸排汽溫度暫不建議高于400 ℃, 基于此, 各負(fù)荷下主蒸汽溫度就不能維持566 ℃不變,而是需要滑溫運(yùn)行。

圖4 高壓缸膨脹過(guò)程線

3 主汽參數(shù)控制策略

由于雙抽背壓機(jī)組抽汽量的多變性, 采用機(jī)組負(fù)荷為變量控制主蒸汽壓力和溫度在設(shè)計(jì)值有一定局限性, 沒(méi)有考慮抽汽量變化對(duì)機(jī)組負(fù)荷的影響, 在實(shí)際運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)高壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi)抽汽量仍不能滿足需求的情況, 或主蒸汽溫度的目標(biāo)值不能有效保證高壓缸排汽溫度不超限運(yùn)行的要求。

基于上述信息, 同時(shí)考慮到該再熱雙抽背壓機(jī)組的主蒸汽壓力和溫度調(diào)整的主要依據(jù)是主蒸汽流量, 而主蒸汽流量并不能準(zhǔn)確測(cè)量[8-9]。根據(jù)弗留格爾公式, 常規(guī)項(xiàng)目的調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽壓力與主蒸汽流量呈正比關(guān)系。 本項(xiàng)目受高壓缸排汽壓力為定值的影響, 其調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽壓力與主蒸汽流量并不是絕對(duì)的正比關(guān)系, 且主蒸汽流量越小偏離越大。 經(jīng)評(píng)估, 對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力進(jìn)行分段處理,求得的主蒸汽流量與設(shè)計(jì)值的偏差在8‰以內(nèi), 因此采用調(diào)節(jié)級(jí)后壓力為變量對(duì)主汽參數(shù)進(jìn)行控制是可行的。

3.1 主蒸汽壓力控制策略

將表1 中設(shè)計(jì)工況及非設(shè)計(jì)抽汽量工況的主蒸汽壓力與調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽壓力的關(guān)系以散點(diǎn)圖形式表示, 如圖5 所示。 對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力進(jìn)行分段處理, 選取合適的典型點(diǎn), 機(jī)組定滑壓曲線也如圖5 所示, 對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如表2 所示。

圖5 機(jī)組定滑壓曲線

表2 機(jī)組定滑壓曲線數(shù)據(jù)

由圖5 可知, 采用調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽壓力作為變量, 主蒸汽壓力的變化趨勢(shì)較為集中。 機(jī)組運(yùn)行時(shí)采用圖5 所示的滑壓曲線, 得到的目標(biāo)主蒸汽壓力值與設(shè)計(jì)值偏差較小。 其中, 調(diào)節(jié)級(jí)壓力7.00～10.36 MPa, 有3 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在曲線下方, 由于是低負(fù)荷工況, 其高壓缸排汽溫度接近高報(bào)警值,所以主蒸汽壓力按滑壓曲線取略高的值運(yùn)行更利于機(jī)組安全。

3.2 主蒸汽溫度控制策略

將表1 中設(shè)計(jì)工況及非設(shè)計(jì)抽汽量工況的主蒸汽溫度與調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽壓力的關(guān)系以散點(diǎn)圖形式表示, 如圖6 所示。 同樣, 對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力進(jìn)行分段處理, 選取合適的典型點(diǎn), 機(jī)組的主蒸汽溫度曲線也如圖6 所示, 對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如表3 所示。

圖6 機(jī)組主蒸汽溫度曲線

表3 機(jī)組主蒸汽溫度曲線數(shù)據(jù)

由圖6 可知, 除了曲線上方的3 個(gè)紅色數(shù)據(jù)點(diǎn)外, 采用調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽壓力作為變量, 主蒸汽溫度的變化趨勢(shì)也較為集中。 機(jī)組運(yùn)行時(shí)采用圖6所示的溫度曲線, 得到的目標(biāo)主蒸汽溫度值與設(shè)計(jì)值偏差較小。 圖6 中3 個(gè)紅色數(shù)據(jù)點(diǎn)代表的工況是中壓不抽汽工況, 當(dāng)中壓不抽汽時(shí), 中壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi), 高壓缸排汽壓力較抽汽工況低得多,此時(shí), 高壓缸排汽溫度也較低, 所以可提高相應(yīng)工況的主蒸汽溫度以提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。 鑒于此情況, 當(dāng)中壓不抽汽、 中壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí), 主蒸汽溫度運(yùn)行控制建議按設(shè)置偏置的方式處理, 偏置值暫定為+40 ℃, 考慮偏置后的主蒸汽溫度須不高于566 ℃, 同時(shí)高壓缸排汽溫度不能超限。

4 結(jié)論

再熱雙抽背壓機(jī)組有抽汽量大、 抽汽工況運(yùn)行負(fù)荷范圍大等特點(diǎn), 不適用于常規(guī)的定滑壓曲線控制策略, 由于沒(méi)有考慮抽汽量對(duì)機(jī)組負(fù)荷的影響, 可能會(huì)出現(xiàn)在某些負(fù)荷下高壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi)供熱量仍不能滿足需求的情況。 采用調(diào)節(jié)級(jí)后壓力為變量的控制策略, 可有效解決上述問(wèn)題, 實(shí)現(xiàn)對(duì)主蒸汽壓力和溫度的精準(zhǔn)控制, 保證機(jī)組安全高效運(yùn)行。