600 MW超臨界汽輪機配汽方式改造

邵志躍

（浙江浙能能源技術有限公司，杭州310014）

發電技術

600 MW超臨界汽輪機配汽方式改造

邵志躍

（浙江浙能能源技術有限公司，杭州310014）

某發電廠2臺600 MW超臨界汽輪機原設計使用混合配汽方式，存在運行經濟性差、調頻能力不足等問題；在試驗基礎上，采用不同的順序閥閥序分別對2臺汽輪機進行順序閥方式改造，確定了新的滑壓曲線。改造前后對比試驗結果表明，采用順序閥配汽可顯著降低機組的煤耗，增強機組的負荷動態響應能力，第三只開啟的調節閥對應的閥后噴嘴數量較少時，順序閥運行經濟性更佳。

600 MW汽輪機；順序閥方式；配汽方式；噴嘴組

多數機組的實踐表明，在大部分負荷范圍內，就經濟性而言，順序閥運行方式明顯優于單閥方式，因此機組正常運行時一般均要求投入順序閥方式。但是，國內某些600 MW汽輪機原設計的運行方式既非單閥也非順序閥，被稱為混合配汽，在此方式下，低負荷時各汽輪機調節閥同時參與調節，升到某一控制點時，部分調節閥關閉，在此控制點之上時，關閉的調節閥再次順序開啟，參與機組的配汽調節。混合配汽方式兼顧了單閥配汽的安全性與順序閥配汽的經濟性，適用于帶基本負荷的機組，但機組調峰運行時會產生很大的節流損失[1]。

另外，由于調節閥開啟方式的單一，對于具有4個調節閥的汽輪機來說，混合配汽只能采用三閥點滑壓方式，與同容量的機組相比，主蒸汽壓力明顯偏低，對機組的經濟性與動態調頻能力有不利影響。考慮到上述因素，有必要對這種配汽方式進行改造。

1 機組簡介

某發電廠2臺機組的汽輪機為東方汽輪機廠按日本日立公司技術制造的600 MW超臨界、沖動式、中間再熱、高中壓合缸、三缸四排汽、單軸凝汽式汽輪機，機組型號N600-24.2/566/566，原設計采用混合配汽方式。共有4組高壓缸進汽噴嘴，由4個調節閥（CV）控制。來自鍋爐的新蒸汽首先通過2個高壓主汽閥（MSV），然后流入調節閥。4只高壓調節閥共用1個調節閥室，中間互聯互通，從機頭向發電機側看，每個調節閥相對應的噴嘴組布置方式如圖1所示。

圖1 調節級噴嘴布置方式

汽輪機控制系統采用東方汽輪機廠配套的HIACS-5000M高壓純電調控制系統，原配汽曲線如圖2所示。在流量指令較小時，4只調節閥同時開啟，隨著流量指令的增加，CV1，CV2，CV3開度增加，但CV4開度減小，流量指令再增加時，CV4再次開啟。調節閥CV1—CV4后噴嘴組對應的噴嘴數分別為58，34，34，58。

圖2 原配汽曲線

2 改造方案的選取

將混合配汽方式改造成順序閥配汽方式的實現途徑有2種，一是直接修改原配汽曲線，低負荷時4個調節閥同時開啟，隨后2只調節閥逐漸關小，負荷再增加時，這2只調節閥再依次開啟，這種配汽方式本質上仍為混合配汽，但可實現兩閥滑壓運行[2]；二是保留原混合配汽方式，另外再增加順序閥配汽方式，汽輪機可在2種配汽方式之間在線切換。第2種方式更為靈活，也不需要增加設備投資，機組啟動以及汽門活動試驗仍可在原混合配汽方式下進行，對運行影響較小。經比較分析后，決定采用第2種方式進行優化。

由于各調節閥后噴嘴組對應的噴嘴數量差別較大，順序閥方式下，不同的閥門開啟順序對機組的影響明顯不同，為了便于對比，2臺汽輪機改造時采用了不同的順序閥閥序。

3 確定順序閥閥序

東方汽輪機廠對噴嘴組的強度校核計算結果表明：主蒸汽壓力為額定值時噴嘴組強度可滿足CV2和CV4兩閥全開、CV1和CV3兩閥依次全關工況或者CV1和CV3兩閥全開、CV2和CV4兩閥依次全關需要。

順序閥方式下，調節閥的開啟次序對汽輪機運行的安全性有顯著影響，不少汽輪機在順序閥方式下會出現軸承金屬溫度高、軸振動大等現象，嚴重時會威脅機組的穩定運行。解決這一問題的關鍵是找出合適的順序閥閥序，使機組在這種閥序下運行時的軸承溫度與振動值均在允許的范圍內。為此，對汽輪機進行了閥門關閉試驗。

試驗時機組負荷維持在約400 MW，協調系統投入，DEH側與DCS側一次調頻回路均撤出，汽輪機處于原混合配汽運行方式。試驗時，逐一減小調節閥開度。1號機組試驗數據如表1所示，2號機組試驗數據如表2所示。試驗過程中，汽輪機各軸承溫度與振動值沒有發生超限變化，從順序閥開啟次序看，1號機組CV2和CV4-CV1-CV3能滿足機組安全運行的需要，2號機組CV1和CV3-CV2-CV4能滿足機組安全運行的需要。

表1 1號機組閥門關閉試驗結果

4 配汽曲線的獲取

汽輪機配汽方式改造的關鍵是要改變汽輪機的配汽曲線。通過閥門關閉試驗可知，1號、2號機組在順序閥方式下的閥門開啟次序是不一樣的。值得注意的是，1號機第三只開啟的調節閥對應的噴嘴數為58個，第四只開啟的調節閥對應的噴嘴數為34個，相差較大，會造成節流損失的差異，對應的最佳滑壓曲線也會不同。本次改造通過試驗獲得2臺汽輪機的流量特性[3]。根據試驗結果，分別計算得到它們在順序閥方式下的配汽曲線如圖3、如圖4所示。

表2 2號機組閥門關閉試驗結果

圖3 1號機配汽曲線（CV2和CV4-CV1-CV3）

5 順序閥方式的投運

5.1 配汽方式的切換試驗

為了檢查機組在不同配汽方式切換過程中運行是否平穩，在300～550 MW范圍內，每隔50 MW負荷點進行原混合配汽方式（簡稱“舊閥”）與順序閥配汽方式（簡稱“新閥”）切換試驗。切換時機組協調方式投入，切換過程時間設置為10 min，2臺機組配汽方式切換時的主要參數變化如圖5、圖6所示。可以看出，在協調投入的情況下，機組配汽方式切換過程平穩，功率波動基本在±10 MW以內，切換過程對機組擾動較小。

5.2 順序閥方式下的負荷變動試驗

圖4 2號機配汽曲線（CV1和CV3-CV2-CV4）

圖5 1號機組480 MW負荷時配汽方式切換過程曲線

圖6 2號機組460 MW負荷時配汽方式切換過程曲線

為了驗證機組在順序閥方式下的協調響應情況，進行了順序閥方式下的負荷變動試驗。試驗時機組運行方式為：AGC撤出、協調投入，機組滑壓控制回路投入，其它主要自動回路投入。按正常的負荷變化速率，主要觀察機組在新的順序閥配汽曲線下協調運行情況以及閥點處汽門晃動情況。其中1號機組550～380 MW的降負荷過程曲線如圖7所示，2號機組從370～550 MW的升負荷過程曲線如圖8所示。

試驗結果表明，在順序閥方式下，2臺機組在負荷變動過程中協調運行正常，主蒸汽參數無明顯異常波動，閥點處調節閥均無明顯晃動。

6 順序閥方式下滑壓曲線的優化

圖7 1號機組順序閥方式下負荷變動試驗曲線

圖8 2號機組順序閥方式下負荷變動試驗曲線

汽輪機在順序閥方式下運行的節能效益發揮程度與其滑壓曲線密切相關，1—2號機組配汽曲線不同，其對應的最佳滑壓曲線也會有所不同。為了提高機組在順序閥方式下運行的經濟性，分別對2臺機組進行了滑壓曲線優化試驗。

試驗期間機組設備按設計要求投入運行，汽水化學取樣、熱井補水照常進行，停止鍋爐吹灰和供熱，撤出AGC遠方控制，固定負荷運行，試驗工況涵蓋300～550 MW負荷段，包括改造前混合配汽方式的幾個試驗工況（采用原設置的滑壓曲線）和改造后順序閥配汽方式的幾個試驗工況。根據試驗結果，得到1號機組順序閥方式改造前后的最優滑壓曲線如圖9所示，2號機組順序閥方式改造前后的最優滑壓曲線如圖10所示。

7 配汽方式改造的經濟效益分析

對各負荷段配汽方式切換前后的試驗數據進行計算，獲得各試驗工況下不同高壓調門開度帶來的高壓缸效率變化，以及相應主汽壓力、給水泵汽輪機進汽流量等參數變化引起的循環效率變化，考慮缸效與循環效率變化帶來的綜合影響，參考歷史試驗數據并利用機組變工況計算模型計算熱耗率的變化，從而獲得不同負荷、不同高壓調門開度下的機組運行熱耗率，計算結果如表3、表4所示。

圖9 1號機組順序閥改造前后滑壓曲線對比

圖10 2號機組順序閥改造前后滑壓曲線對比

表3 1號機組順序閥改造的經濟效益

表4 2號機組順序閥改造的經濟效益

機組配汽方式優化所取得的經濟效益包括2個方面，一是由于順序閥方式投運、機組供電煤耗的降低而產生的經濟效益；二是由于機組協調控制水平的提高而減少的電網2個細則考核的費用，保守估計每年約30萬元。配汽方式改造后，機組運行主蒸汽壓力也有提高，在保證了AGC和一次調頻響應速率的同時，又降低了熱耗率。

8 經濟效益比較

由于1號機和2號機采用了不同的順序閥閥序，在多數運行負荷段，1號機組采用CV1主調，2號機組采用CV2主調，由于兩者對應的噴嘴數量差異顯著，順序閥方式運行的經濟性也會有所不同。圖11是2臺機組分別按圖9、圖10滑壓曲線運行時所取得的煤耗下降的差異比較。可見，在大部分負荷段，采用CV2主調時順序閥運行的經濟性更好，即對該機型而言，順序閥方式下，第三只開啟的調節閥對應的閥后噴嘴數量較少時，順序閥運行經濟性更佳。

圖11 采用不同閥序時經濟性對比

9 結語

2臺機組配汽方式改造后，在順序閥方式下，汽輪機轉子振動、軸承金屬溫度、軸向位移、主蒸汽壓力等主要參數變化均在允許范圍內，一次調頻功能正常，整臺機組協調運行良好。這一結果表明，采用順序閥配汽方式對東汽600 MW超臨界汽輪機進行改造，可提高機組運行的主蒸汽壓力，減少調節閥的節流損失，降低機組的供電煤耗，增強機組的負荷動態響應能力，增加機組運行方式的靈活性。

針對東汽600 MW超臨界汽輪機，采用不同的順序閥閥序，機組的最優滑壓曲線有所不同，順序閥方式運行時所取得的經濟效益也有所差異，第三只開啟的調節閥對應的閥后噴嘴數量較少時，順序閥運行經濟性更佳。

[1]譚銳，劉曉燕，陳顯輝，等.超臨界600 MW汽輪機運行優化研究[J].東方汽輪機，2011（4）∶11-14

[2]李明，周志平，付晨鵬.超臨界600 MW汽輪機高壓調節汽門優化及經濟性分析[J].汽輪機技術，2010，52（2）∶144-146

[3]張寶，樊印龍，顧正皓，等.大型汽輪機流量特性試驗[J].發電設備，2012，26（2）∶73-76

（本文編輯：龔皓）

Steam Distribution Mode Retrofit of 600 MW Supercritical Steam Turbine

SHAO Zhi yao
（Zhejiang Energy Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China）

There exist poor economical efficiency of operation and frequency regulation in former design of two 600 MW supercritical steam turbines made by Dongfang Turbine Co.，Ltd.On the basis of a series of tests，the sequence valve mode of two steam turbines is retrofitted by adopting different valve sequences and a new sliding pressure curve is determined.The test comparing the situation before and after the retrofit shows that the steam distribution adopting sequence valve can significantly reduce coal consumption of units and enhance response ability of load dynamic of units；in case valve-behind nozzles opposite to the third opening regulating valve are reduced，the economical efficiency of sequence valve operation is better.

600 MW steam turbine；sequence valve operation mode；steam distribution mode；nozzle group

TK267

：B

：1007-1881（2013）10-0027-05

2013-09-10

邵志躍（1956-），男，浙江金華人，工程師，從事發電廠技術管理工作。