【文章內(nèi)容簡介】 夏季工況的凝汽器壓力差異約為 ，從圖中曲線比較可以看出，該汽輪機(jī)在冬季工況的高壓缸效率明顯偏低于夏季工況，偏低幅度約為 ％。由此可知，在外界環(huán)境條件改變的情況下，凝汽器壓力的大幅度變化，引起汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行的調(diào)門開度偏離原先設(shè)計的最佳開度，因而會對汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能產(chǎn)生不利的影響。 大型汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化策略研究技術(shù)總結(jié)報告 第 12 頁 共 56 頁 350 400 450 500 550 600 650機(jī)組負(fù)荷, M W高壓缸效率2 0 0 7 年夏季工況 2 0 0 7 年冬季工況 圖 5 一臺 600MW 機(jī)組夏季、冬季工況的高壓缸效率變化曲線 熱力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的偏差影 響 機(jī)組熱力系統(tǒng)運(yùn)行條件的變化通常包括機(jī)組對外供熱、鍋爐吹灰、排污以及過熱器、再熱器減溫水的大量投運(yùn)等汽水工質(zhì)進(jìn)出熱力系統(tǒng)的狀況，以及加熱器運(yùn)行狀態(tài)的變化、給水泵等重要輔機(jī)的投切等。這些熱力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化會對機(jī)組滑壓運(yùn)行效果產(chǎn)生影響。其中影響最大的當(dāng)屬對外供熱。隨著節(jié)能減排工作的深入開展，一些電廠根據(jù)周圍熱用戶的實際供熱需求，紛紛將原先單純發(fā)電的火電機(jī)組改為抽汽供熱，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。目前，最常見的供熱接出方式為冷再熱管道抽汽，這部分供熱抽汽在高壓缸內(nèi)完成做功后就被抽出，而沒有在中、低壓缸內(nèi)繼續(xù)做功，減少了 蒸汽做功量。 汽輪機(jī)在增加供熱流量的情況下，若是沿用原先純發(fā)電狀態(tài)的滑壓控制曲線不變，那么根據(jù)公式（ 1）中主汽壓力、負(fù)荷與調(diào)門開度這三者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行分析后可知，汽輪機(jī)必須開大調(diào)門開度才能保證增加進(jìn)汽流量，由此造成了汽輪機(jī)在供熱狀態(tài)下的調(diào)門開度偏離原先的設(shè)計要求。而且供熱抽汽的能級越高、流量越大，對機(jī)組滑壓運(yùn)行方式造成的偏差因素也就越顯著。 以一臺 125MW（改造后為 130MW）機(jī)組的實際試驗情況為例，該電廠由兩臺125MW 機(jī)組組成，從冷再熱管道抽汽供熱，兩臺機(jī)組之間可進(jìn)行供熱負(fù)荷的切換，總體上滿足對外 抽汽約 16t/h 的供熱流量要求。機(jī)組原先的優(yōu)化滑壓運(yùn)行方式是按照不供熱運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置的，在 110MW 負(fù)荷以下轉(zhuǎn)入兩閥滑壓運(yùn)行方式。當(dāng)一臺機(jī)組接帶 16t/h 供熱負(fù)荷、并按照原先的滑壓控制曲線運(yùn)行時，為了同時滿足發(fā)電、供熱的負(fù)荷要求，汽輪機(jī)進(jìn)汽流量相應(yīng)增加，原先處于全關(guān)狀態(tài)的＃ 3 高壓調(diào)門也增加開啟至 10％左右，這會引起較大的調(diào)門節(jié)流損失，使機(jī)組運(yùn)行效率也有所降低。由此表明，對外供熱與否確實會對機(jī)組滑壓運(yùn)行狀態(tài)造成一定的影響。 大型汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化策略研究技術(shù)總結(jié)報告 第 13 頁 共 56 頁 3 滑壓運(yùn)行優(yōu)化的研究策略 汽輪機(jī)運(yùn)行滑壓尋優(yōu)策略介紹 為了解決大型汽輪機(jī)實 際滑壓運(yùn)行方式受自身工作特性以及外界運(yùn)行條件改變影響而偏離設(shè)計滑壓性能的問題，我們對省內(nèi) 12 200、 300、 600MW 等各種容量、不同機(jī)型的汽輪機(jī)開展了大量的試驗研究工作， 通過 對滑壓運(yùn)行各關(guān)聯(lián)因素的研究，總結(jié)得出了大型汽輪機(jī)滑壓尋優(yōu)的一些研究策略。 機(jī)組滑壓優(yōu)化的 “總策略 ”是：尋找和確定汽輪機(jī) “最佳滑壓閥位 ”，并以此作為汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行的主要控制參量。 從表面上看，機(jī)組滑壓控制曲線，反映的是主蒸汽壓力與機(jī)組負(fù)荷之間的一一對應(yīng)關(guān)系，但由于機(jī)組 負(fù)荷、主汽壓力以及高壓調(diào)門開度這三者之間存在著相互關(guān)聯(lián)、相互制約的 關(guān)系，所以確定機(jī)組最佳滑壓控制曲線的過程， 實質(zhì)就是確定汽輪機(jī)高壓調(diào)門開度的合理控制方式。 為了確定滑壓優(yōu)化 “總策略 ”提出的 “最佳滑壓閥位 ”要求，需要通過設(shè)置機(jī)組不同滑壓運(yùn)行方式的試驗負(fù)荷工況，采用 “子策略一 ”——直接采用 “滑壓試驗比較法 ”進(jìn)行不同滑壓運(yùn)行曲線的經(jīng)濟(jì)性能比較試驗，以機(jī)組熱耗率結(jié)果差異程度來確定不同滑壓運(yùn)行方式的優(yōu)劣比較。 在對機(jī)組滑壓優(yōu)化試驗參數(shù)和結(jié)果進(jìn)行分析的過程中，我們總結(jié)得出了滑壓優(yōu)化尋優(yōu) “子策略二 ”——采用 “滑壓耗差分析法 ”進(jìn)行滑壓運(yùn)行參數(shù)的匹配尋優(yōu)。這種方法通過對滑壓運(yùn)行性能相關(guān)的一 些重要運(yùn)行參數(shù)的耗差分析，以總耗差收益變化情況作為滑壓優(yōu)化的評價依據(jù)，通過試驗實例的比對，這種簡化滑壓尋優(yōu)方法也具有較好的結(jié)果精度。 確定機(jī)組滑壓優(yōu)化控制曲線之后，下一步就是將其設(shè)置進(jìn)入 CCS 控制系統(tǒng)進(jìn)行實際應(yīng)用。為了消除機(jī)組日常運(yùn)行過程中出現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)調(diào)整、熱力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)改變等因素對機(jī)組滑壓運(yùn)行性能的影響， 我們提出了滑壓優(yōu)化的 “修正策略 ”——即 在機(jī)組滑壓優(yōu)化曲線投入運(yùn)行后，為了保證滑壓優(yōu)化試驗得到的滑壓優(yōu)化方式免受內(nèi)、外運(yùn)行條件變化的影響， 對機(jī)組滑壓運(yùn)行控制曲線的機(jī)組負(fù)荷和主汽壓力引入各項修正系數(shù)，用以消 除機(jī)組如凝汽器壓力等運(yùn)行參數(shù)變化以及機(jī)組對外供熱等熱力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等運(yùn)行變化因素對汽輪機(jī)實際滑壓運(yùn)行性能的影響。 汽輪機(jī)運(yùn)行滑壓尋優(yōu) “總策略 ”的研究 從滑壓曲線的產(chǎn)生理論可以推論得出，求取機(jī)組優(yōu)化滑壓控制曲線的過程實際上大型汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化策略研究技術(shù)總結(jié)報告 第 14 頁 共 56 頁 就是確定 “最佳滑壓閥位 ”的過程。 汽輪機(jī)按照 “順序閥方式 ”運(yùn)行時，高壓調(diào)門是逐個順序地開啟或關(guān)閉的，于是就會出現(xiàn)前面一只或幾只調(diào)門已接近全開、而后續(xù)調(diào)門處于 “將開未開 ”的特殊閥位，這被稱為 “閥點(diǎn) ”位置。當(dāng)汽輪機(jī)處于 “閥點(diǎn) ”狀態(tài)運(yùn)行時，調(diào)門的節(jié)流效應(yīng)最小，在局部負(fù)荷變化范圍內(nèi)，機(jī)組效率也 就較高。因此，在機(jī)組負(fù)荷下降的過程中，汽輪機(jī)由定壓轉(zhuǎn)為滑壓運(yùn)行方式時，一般應(yīng)選擇合理的滑壓運(yùn)行參數(shù)，盡量使汽輪機(jī)高壓調(diào)門開度接近 “閥點(diǎn) ”位置。 汽輪機(jī)高壓調(diào)門 “閥點(diǎn) ”位置的確定方法大致如下： （ 1） 調(diào)門閥桿升程測量法 通過就地觀察各調(diào)門閥桿升程的方法，可以確定某只高壓調(diào)門處于即將開啟的“閥點(diǎn) ”位置時，其它已經(jīng)開啟的調(diào)門位置。對于有預(yù)啟閥功能的調(diào)門，還必須事先知道預(yù)啟閥升程，并以主閥開啟作為 “閥點(diǎn) ”位置的確定標(biāo)志。 （ 2） 實際試驗法 實際運(yùn)行機(jī)組的 “閥點(diǎn) ”，也可以通過試驗來確定：汽輪機(jī)在順序閥控制方式下，緩慢地降低機(jī)組負(fù)荷，測試各只高壓調(diào)門后壓力與調(diào)節(jié)級后壓力的變化關(guān)系，當(dāng)高壓調(diào)門后壓力與調(diào)節(jié)級后壓力基本一致時，表明這只調(diào)門通過的蒸汽量非常小，已接近全關(guān)，這一調(diào)門開度即為 “閥點(diǎn) ”位置。相應(yīng)地，通過各只調(diào)門前、后壓力狀況的測試，還可以知曉各只調(diào)門的實際壓損狀況。 （ 3） 查圖確定法 如下圖 6 所示， 為一臺國產(chǎn)亞臨界 600MW 汽輪機(jī)在順序閥方式下的配汽特性曲線圖。由圖中曲線可以查找得知：隨著流量指令的增加，汽輪機(jī) 2 高壓調(diào)節(jié)汽門首先同時開啟，當(dāng)流量指令為 68％時， 2 高壓調(diào)節(jié)汽門開度也為 68％，此時＃3 高 壓調(diào)門處于 “將開未開 ”狀態(tài)，這一調(diào)門開度稱為 “兩閥點(diǎn) ”位置；繼續(xù)增加流量指令，汽輪機(jī) 3 高壓調(diào)節(jié)汽門開度增加，當(dāng)流量指令為 89％時， 3 高壓調(diào)節(jié)汽門開度為 40～ 50％，此時＃ 4 高壓調(diào)門處于 “將開未開 ”狀態(tài)，這一調(diào)門開度稱為 “三閥點(diǎn) ”位置。當(dāng)流量指令增加至 100％時， 4 高壓調(diào)節(jié)汽門也已完全開啟，此時的調(diào)門開度稱為 “四閥全開 ”位置。 大型汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化策略研究技術(shù)總結(jié)報告 第 15 頁 共 56 頁 01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110流量指令（F D E M ）( % )高調(diào)門開度（%）GV1GV2GV3GV4 圖 6 一臺國產(chǎn)亞臨界 600MW 汽輪機(jī)在順序閥方式下的配汽特性曲線圖 一般地，一臺汽輪機(jī)設(shè)有多個高壓調(diào)門，當(dāng)汽輪機(jī)處于 “單閥方式 ”運(yùn)行狀態(tài)時，這些調(diào)門都是同時開啟和關(guān)閉的，就如 同一個調(diào)門的動作方式一樣。因此可以通過調(diào)門開度變化試驗，得出該型汽輪機(jī)調(diào)門開度變化對蒸汽節(jié)流效應(yīng)的影響程度。 在一臺上海汽輪機(jī)有限公司 N600－ 、中間再熱凝汽式汽輪機(jī)投產(chǎn)初期，我們利用汽輪機(jī)單閥運(yùn)行的機(jī)會，進(jìn)行了該機(jī)組不同負(fù)荷、不同閥位的運(yùn)行特性試驗。如下圖 7 所示，為各個試驗工況測得的高壓缸效率與高壓調(diào)門開度之間的關(guān)系曲線。由圖中曲線變化情況可以看出，當(dāng)該型汽輪機(jī)的調(diào)門開度在 45％以上時，實際測得的高壓缸效率基本穩(wěn)定，與理想的 “四閥全開 ”高壓缸效率已十分接近；隨著機(jī)組負(fù)荷的降 低，調(diào)門開度在 20～ 40％范圍內(nèi)，其節(jié)流效應(yīng)較為明顯，高壓缸效率出現(xiàn)了較大幅度的變化；而當(dāng)調(diào)門開度逐步關(guān)小至 20％以下時，高壓缸效率會急劇下降至 70％以下，反映出高壓調(diào)門處于較小開度時顯著的節(jié)流效應(yīng)。 大型汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化策略研究技術(shù)總結(jié)報告 第 16 頁 共 56 頁 606264666870727476788082848688900 10 20 30 40 50 60高壓調(diào)門開度， ％高壓缸效率， ％ 圖 7 一臺汽輪機(jī) “常規(guī)單閥 ”運(yùn)行的高壓缸效率隨調(diào)門開度變化曲線圖 從以上試驗比較結(jié)果來看，對該型亞臨界 600MW 機(jī)組而言，調(diào)門開度在 45％左右時，高壓調(diào)門的壓損已經(jīng)較小。 因此，在 設(shè)置 “最佳滑壓閥位 ”進(jìn)行滑壓優(yōu)化比較時，可將高壓調(diào)門開度 45％左右作為預(yù)選的比較方案。 對各型汽輪機(jī)進(jìn)行滑壓優(yōu)化比較試驗的實踐 表明：在順序閥運(yùn)行方式下，汽輪機(jī)“最佳滑壓閥位 ”可以在 “閥點(diǎn) ”附近選取，但又不等同于 “閥點(diǎn) ”位置，其中必須考慮汽輪機(jī)調(diào)門開啟方式不同以及各調(diào)門之間存在 “重疊度 ”等實際影響因素。如果汽輪機(jī)調(diào)門開啟順序為前、后各一只調(diào)門相繼開啟的型式，則滑壓控制的調(diào)門開度應(yīng)選取在前一只調(diào)門處于 半開狀態(tài)的 “閥點(diǎn) ”之前的開度位置； 如果汽輪機(jī)調(diào)門開啟順序為前面兩只調(diào)門同時開啟、后一只調(diào)門接著開啟的型式，則滑壓控制的調(diào)門開度應(yīng)選取在后一只調(diào)門 未開啟的 “閥點(diǎn) ”位置； 如果汽輪機(jī)調(diào)門開啟順序為前面三只調(diào)門同時開啟、后一只調(diào)門接著開啟的型式， 則滑壓控制的調(diào)門開度應(yīng)選取在后一只調(diào)門已部分開啟的“閥點(diǎn) ”之后的位置。選擇 這樣的調(diào)門開度來滑壓運(yùn)行，可以使汽輪機(jī)處于高壓調(diào)門總體節(jié)流效應(yīng)較小、機(jī)組效率相對較高的運(yùn)行狀態(tài)。 另外，在確定 “最佳滑壓閥位 ”時，還必須兼顧到機(jī)組實際運(yùn)行過程中的穩(wěn)定控制要求，使各只高壓調(diào)門開度在負(fù)荷波動時不至于出現(xiàn)大幅度晃動的情況。 “子策略一 ”——“滑壓試驗比較法 ”的研究 “滑壓試驗比較法 ”介紹 無論機(jī)組在不同滑壓運(yùn)行方式下的各個中間參量怎樣變化，我們總是以機(jī)組最終的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)作為衡量滑壓優(yōu)化運(yùn)行方式 是否合理的評判標(biāo)準(zhǔn)。 在滑壓優(yōu)化 “總策略 ”的指導(dǎo)下，我們在汽輪機(jī)高壓調(diào)門 “閥點(diǎn) ”位置附近選取不同大型汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化策略研究技術(shù)總結(jié)報告 第 17 頁 共 56 頁 的調(diào)門開度來設(shè)置不同的滑壓運(yùn)行曲線，選取一些典型負(fù)荷工況，安排進(jìn)行 不同滑壓運(yùn)行方式的比較試驗，利用 高精度的試驗儀表測取 機(jī)組熱耗率水平，比較得出滑壓方式改變引起機(jī)組熱耗率變化的差異程度，并以機(jī)組熱耗率最小為原則選取機(jī)組最佳的滑壓優(yōu)化曲線。這種通過機(jī)組熱耗率試驗結(jié)果的優(yōu)劣比較來得到機(jī)組優(yōu)化滑壓運(yùn)行方式的方法，簡稱為 “滑壓試驗比較法 ”。 “滑壓試驗比較法 ”的應(yīng)用方法 為了了解汽輪機(jī)不同調(diào)門開度滑壓運(yùn)行方式對 機(jī)組運(yùn)行性能的影響程度，我們以上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的 N600－ ，進(jìn)行了 “兩閥滑壓 ”、 “三閥滑壓 ”方式的運(yùn)行性能比較試驗。 如下圖 8 所列，為該機(jī)組 300～ 600MW 負(fù)荷范圍內(nèi)，按照 “兩 閥滑壓 ”和 “三閥滑壓 ”這兩種方式運(yùn)行時所對應(yīng)的主汽壓力變化曲線。從圖中曲線可以看出， “三閥滑壓 ”運(yùn)行方式的定、滑壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)負(fù)荷約為 590MW；而 “兩閥滑壓 ”運(yùn)行方式的定、滑壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)負(fù)荷約為 460MW。由此表明，機(jī)組滑壓運(yùn)行的調(diào)門開度越大，則定、滑壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)的負(fù)荷越高，而同一運(yùn)行負(fù)荷所 對應(yīng)的主汽壓力卻是越低。對圖 8 中 “兩閥滑壓 ”與“三閥滑壓 ”運(yùn)行方式的主汽壓力變化曲線進(jìn)行比較后可知，各試驗負(fù)荷點(diǎn)上兩種滑壓運(yùn)行方式的主汽壓力差異約為 3～ 。 5101520300 400 500 600機(jī)組負(fù)荷， M W主汽壓力， MPa三閥滑壓兩閥滑壓定壓運(yùn)行力 圖 8 一臺汽輪機(jī) “三閥滑壓 ”與 “兩閥滑壓 ”試驗比較工況圖 在下圖 9 中給出了機(jī)組按照 “兩閥滑壓 ”、 “三閥滑壓 ”運(yùn)行的熱耗率變化曲線。對圖中曲線進(jìn)行比較后可以看出，機(jī)組在 300～ 460MW 負(fù)荷區(qū)間內(nèi)運(yùn)行時，采取 “兩閥滑壓 ”運(yùn)行方式的機(jī)組熱耗率要明顯低于 “三閥滑壓 ”運(yùn)行方式，各試驗工況的機(jī)組熱耗率平均降低幅度約為 37 kJ/kWh，折合機(jī)組供 電煤耗率下降幅度約為 g/kWh。 所大型汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化策略研究技術(shù)總結(jié)報告 第 18 頁 共 56 頁 以采用 “滑壓試驗比較法 ”對該型汽輪機(jī)進(jìn)行比較尋優(yōu)的結(jié)果是：機(jī)組定、滑壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)負(fù)荷為 460MW，機(jī)組低于這一負(fù)荷時，推薦采用 “兩閥滑壓 ”運(yùn)行方式。 為了減少現(xiàn)場試驗工作量，我們根據(jù)汽輪機(jī)容量、型式不同以及調(diào)門配置、開啟方式等差異狀況，在每一種類型中選取一臺汽輪機(jī)采用 “滑壓試驗比較法 ”進(jìn)行滑壓尋優(yōu)，得出一條性能較優(yōu)的滑壓控制曲線，并把它推廣應(yīng)用于同一類型的其它機(jī)組上。 80008050810081