超臨界350MW空冷機組閥門管理綜合優化策略研究

黃寶成　任江濤　黨峰　陳苗　劉金龍

摘 要：針對國產超臨界350MW空冷機組四季背壓變化范圍大、汽耗率高的問題，利用高調門對應噴嘴組數目存在差異性的特點，設計了閥門管理綜合優化策略，通過控制不同負荷段所開啟的閥門噴嘴組總數目，來提升機組的整體運行效率。實際運行試驗證明：通過閥門管理綜合優化，在不同負荷段采用不同高調門的進汽方式，可以有效提高汽輪機的高壓缸效率，從而降低機組的發電煤耗。這對我國火力發電的節能降耗工作具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：超臨界 350MW 空冷機組 噴嘴組 閥門管理 進汽順序 高壓缸效率

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（b）-0178-03

當前，我國富煤缺水的北方運行著大量的300 MW級別空冷機組[1]，不僅有亞臨界機組甚至還開發研制出超臨界的供熱機組[2]；許多文獻資料顯示這個級別的機組在實際運行中會存在很多問題，如供電效率偏低煤耗偏高[3-5]、投運順序閥時出現軸系振動大瓦溫高等問題[7]。因此，超臨界350 MW級別空冷機組的運行優化及改造經驗都是非常寶貴的。

該文針對兩臺國產超臨界350 MW空冷機組閥門管理優化進行了相關試驗研究，利用高調門對應噴嘴組數目存在差異性的特點，設計了不同的閥門管理方案，通過控制不同負荷段所開啟的閥門噴嘴組總數目，來提升機組的整體運行效率，從而對有效解決機組四季背壓變化范圍大、汽耗率高的問題指出了一條途徑。實際運行試驗證明：通過閥門管理優化，可以有效提高汽輪機的高壓缸效率，從而降低機組的發電煤耗。這對我國目前國內供熱機組中占主流的350MW級別機組在順序閥運行方式下的運行穩定性、調節性和經濟性具有很大的參考價值。

1 國產典型超臨界350 MW機組噴嘴結構

目前，由于350 MW級超臨界機組的性能價格比優于同容量亞臨界機組，因此，國產超臨界350 MW機組在國內所占比例逐步提升。以東汽的D350 E型超臨界直接空冷機組為例，其高壓部分共有4個調節閥，對應于4組噴嘴，其中，1、2組25個汽道，3、4組24個汽道，噴嘴布置圖如圖1所示。高壓進汽既可采用節流配汽（全周進汽）又可以采用噴嘴配汽（部分進汽）；中壓部分為全周進汽，中壓聯合汽閥內主汽閥和調節閥共用1個閥座，由各自獨立的油動機分別控制。

2 空冷機組閥門管理綜合優化策略

在汽輪機組實際運行中發現，由于受機組負荷、真空嚴密性 、抽汽量、環境溫度等諸多因素的影響，機組背壓會發生很大變化，尤其是直接空冷機組，背壓變化范圍在8～33 kPa之間，如圖2所示。當實際背壓偏離設計值時，機組運行經濟性就會下降。通過配汽優化，選擇合理的閥門開啟順序的不同噴嘴組組合，使機組在不同工況下（不同季節下的被壓差異大和高低負荷的差異）的效率能夠達到最優，從而提高機組效率，降低供電煤耗。

3 試驗過程及結果分析

3.1 試驗過程

為了使順序閥優化后的機組在常運行負荷點的效率最優，試驗時需要大范圍變化機組的負荷，負荷變化范圍為230～350 MW。該試驗需要大范圍變化4個高壓調節閥門的開度，而對機組負荷和主汽壓力值沒有要求，因此，為了配合試驗的進行，主汽壓力設定改為手動模式調節，以便能夠根據需要手動調整主蒸汽壓力設定值；并且，4個高壓調節閥門控制改為手動模式調節，以便能夠手動單獨調整每1個高壓調節閥門的開度。然后，依次進行如下2種閥門開關試驗，特別注意的是在調整高壓調節閥門開度時，每一步高壓調節閥門開度的調整量要盡可能小，以保證試驗過程的平穩。

式中下標“1”代表級組前參數，“2”代表級組后參數；帶“”為變工況參數，不帶“”為額定工況參數。并且，該公式的適用條件是：在同一工況下通過級組各級的流量應相等；在同一工況下級組的通流面積應相等；通過級組各級汽流應是一股均質流；且應用級數一般應多于5～6級[8]。所以，一般應用此公式進行相應的計算，結果如下圖4～圖8所示。

從4和圖5的對比中可以看出：兩種開啟方式的壓力變化基本相當；然而，從圖6和圖7的對比中可以看出：兩種開啟方式的蒸汽做功能力不同，主要體現在調節級和高排溫度的降低程度不同，即焓降不同。因此，這也驗證圖8的計算結果：機組內采用不同的閥門開啟方式時所對應的高壓缸效率平均是不同的，最大相差1%以上，折合煤耗大約為0.5g/kWh。因此，機組在這兩種開啟方式時，同一負荷點所對應的運行經濟性是不同的。其中，88%的流量處為經濟性的分界點。所以，對于此型空冷機組的閥門管理綜合優化策略為：在88%的流量以下時，可以采用#1+#4→#2→#3的開啟方式；而在88%的流量以上時，可以采用#2+#3→#4→#1的開啟方式。這樣，比單純只采用一種進汽方式，各負荷段要經濟得多，每年累計經濟效益還是很可觀的。

4 結語

該文針對兩臺國產超臨界350 MW空冷機組高調門對應噴嘴組數目存在差異性的特點，設計了閥門管理綜合優化策略方案：通過閥門開關試驗找到經濟性的分界流量，在經濟性流量分界點前后采用不同的閥門開啟順序，來提升機組的整體運行效率，從而對有效解決機組四季背壓變化范圍大、汽耗率高的問題指出了一條途徑。這對我國目前國內供熱機組中占主流的350 MW級別機組在順序閥運行方式下的運行穩定性、調節性和經濟性具有很大的參考價值。

參考文獻

[1] 謝大幸，趙永江，吳建紅，等.350 MW汽輪發電機組直接空冷凝汽器嚴密性試驗幾種計算方法分析與探討[J].科學時代，2011，21（11）：155-157.

[2] 任貴龍，孫佳南，梁秀珍. 高效節能330MW超臨界空冷供熱汽輪機組的研制[J].節能技術，2010，3（2）：122-125.

[3] 馮克蓬，孫翔.冬季空冷機組的真空優化運行[J].現代電力，2011，12（6）：60-63.

[4] 王鵬，王進仕，邵珺.330MW機組凝汽器改造及其經濟性分析[J].汽輪機技術，2010，2（52）：71-73.

[5] 張久鋒.300MW汽輪機擴容改造及經濟效益分析[J].節能技術，2010，1（1）：92-96.

[6] 歐一順.350MW超臨界機組給水系統的優化[J].重慶電力高等專科學校學報，2012，4（2）：82-84.

[7] 于達仁，劉占生，李強，等.汽輪機配汽設計的優化[J].動力工程，2007（2）：1-5.

[8] 王仲奇，秦仁.透平機械原理[M].機械工業出版社，1979.endprint

摘 要：針對國產超臨界350MW空冷機組四季背壓變化范圍大、汽耗率高的問題，利用高調門對應噴嘴組數目存在差異性的特點，設計了閥門管理綜合優化策略，通過控制不同負荷段所開啟的閥門噴嘴組總數目，來提升機組的整體運行效率。實際運行試驗證明：通過閥門管理綜合優化，在不同負荷段采用不同高調門的進汽方式，可以有效提高汽輪機的高壓缸效率，從而降低機組的發電煤耗。這對我國火力發電的節能降耗工作具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：超臨界 350MW 空冷機組 噴嘴組 閥門管理 進汽順序 高壓缸效率

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（b）-0178-03

當前，我國富煤缺水的北方運行著大量的300 MW級別空冷機組[1]，不僅有亞臨界機組甚至還開發研制出超臨界的供熱機組[2]；許多文獻資料顯示這個級別的機組在實際運行中會存在很多問題，如供電效率偏低煤耗偏高[3-5]、投運順序閥時出現軸系振動大瓦溫高等問題[7]。因此，超臨界350 MW級別空冷機組的運行優化及改造經驗都是非常寶貴的。

該文針對兩臺國產超臨界350 MW空冷機組閥門管理優化進行了相關試驗研究，利用高調門對應噴嘴組數目存在差異性的特點，設計了不同的閥門管理方案，通過控制不同負荷段所開啟的閥門噴嘴組總數目，來提升機組的整體運行效率，從而對有效解決機組四季背壓變化范圍大、汽耗率高的問題指出了一條途徑。實際運行試驗證明：通過閥門管理優化，可以有效提高汽輪機的高壓缸效率，從而降低機組的發電煤耗。這對我國目前國內供熱機組中占主流的350MW級別機組在順序閥運行方式下的運行穩定性、調節性和經濟性具有很大的參考價值。

1 國產典型超臨界350 MW機組噴嘴結構

目前，由于350 MW級超臨界機組的性能價格比優于同容量亞臨界機組，因此，國產超臨界350 MW機組在國內所占比例逐步提升。以東汽的D350 E型超臨界直接空冷機組為例，其高壓部分共有4個調節閥，對應于4組噴嘴，其中，1、2組25個汽道，3、4組24個汽道，噴嘴布置圖如圖1所示。高壓進汽既可采用節流配汽（全周進汽）又可以采用噴嘴配汽（部分進汽）；中壓部分為全周進汽，中壓聯合汽閥內主汽閥和調節閥共用1個閥座，由各自獨立的油動機分別控制。

2 空冷機組閥門管理綜合優化策略

在汽輪機組實際運行中發現，由于受機組負荷、真空嚴密性 、抽汽量、環境溫度等諸多因素的影響，機組背壓會發生很大變化，尤其是直接空冷機組，背壓變化范圍在8～33 kPa之間，如圖2所示。當實際背壓偏離設計值時，機組運行經濟性就會下降。通過配汽優化，選擇合理的閥門開啟順序的不同噴嘴組組合，使機組在不同工況下（不同季節下的被壓差異大和高低負荷的差異）的效率能夠達到最優，從而提高機組效率，降低供電煤耗。

3 試驗過程及結果分析

3.1 試驗過程

為了使順序閥優化后的機組在常運行負荷點的效率最優，試驗時需要大范圍變化機組的負荷，負荷變化范圍為230～350 MW。該試驗需要大范圍變化4個高壓調節閥門的開度，而對機組負荷和主汽壓力值沒有要求，因此，為了配合試驗的進行，主汽壓力設定改為手動模式調節，以便能夠根據需要手動調整主蒸汽壓力設定值；并且，4個高壓調節閥門控制改為手動模式調節，以便能夠手動單獨調整每1個高壓調節閥門的開度。然后，依次進行如下2種閥門開關試驗，特別注意的是在調整高壓調節閥門開度時，每一步高壓調節閥門開度的調整量要盡可能小，以保證試驗過程的平穩。

式中下標“1”代表級組前參數，“2”代表級組后參數；帶“”為變工況參數，不帶“”為額定工況參數。并且，該公式的適用條件是：在同一工況下通過級組各級的流量應相等；在同一工況下級組的通流面積應相等；通過級組各級汽流應是一股均質流；且應用級數一般應多于5～6級[8]。所以，一般應用此公式進行相應的計算，結果如下圖4～圖8所示。

從4和圖5的對比中可以看出：兩種開啟方式的壓力變化基本相當；然而，從圖6和圖7的對比中可以看出：兩種開啟方式的蒸汽做功能力不同，主要體現在調節級和高排溫度的降低程度不同，即焓降不同。因此，這也驗證圖8的計算結果：機組內采用不同的閥門開啟方式時所對應的高壓缸效率平均是不同的，最大相差1%以上，折合煤耗大約為0.5g/kWh。因此，機組在這兩種開啟方式時，同一負荷點所對應的運行經濟性是不同的。其中，88%的流量處為經濟性的分界點。所以，對于此型空冷機組的閥門管理綜合優化策略為：在88%的流量以下時，可以采用#1+#4→#2→#3的開啟方式；而在88%的流量以上時，可以采用#2+#3→#4→#1的開啟方式。這樣，比單純只采用一種進汽方式，各負荷段要經濟得多，每年累計經濟效益還是很可觀的。

4 結語

該文針對兩臺國產超臨界350 MW空冷機組高調門對應噴嘴組數目存在差異性的特點，設計了閥門管理綜合優化策略方案：通過閥門開關試驗找到經濟性的分界流量，在經濟性流量分界點前后采用不同的閥門開啟順序，來提升機組的整體運行效率，從而對有效解決機組四季背壓變化范圍大、汽耗率高的問題指出了一條途徑。這對我國目前國內供熱機組中占主流的350 MW級別機組在順序閥運行方式下的運行穩定性、調節性和經濟性具有很大的參考價值。

參考文獻

[1] 謝大幸，趙永江，吳建紅，等.350 MW汽輪發電機組直接空冷凝汽器嚴密性試驗幾種計算方法分析與探討[J].科學時代，2011，21（11）：155-157.

[2] 任貴龍，孫佳南，梁秀珍. 高效節能330MW超臨界空冷供熱汽輪機組的研制[J].節能技術，2010，3（2）：122-125.

[3] 馮克蓬，孫翔.冬季空冷機組的真空優化運行[J].現代電力，2011，12（6）：60-63.

[4] 王鵬，王進仕，邵珺.330MW機組凝汽器改造及其經濟性分析[J].汽輪機技術，2010，2（52）：71-73.

[5] 張久鋒.300MW汽輪機擴容改造及經濟效益分析[J].節能技術，2010，1（1）：92-96.

[6] 歐一順.350MW超臨界機組給水系統的優化[J].重慶電力高等專科學校學報，2012，4（2）：82-84.

[7] 于達仁，劉占生，李強，等.汽輪機配汽設計的優化[J].動力工程，2007（2）：1-5.

[8] 王仲奇，秦仁.透平機械原理[M].機械工業出版社，1979.endprint

摘 要：針對國產超臨界350MW空冷機組四季背壓變化范圍大、汽耗率高的問題，利用高調門對應噴嘴組數目存在差異性的特點，設計了閥門管理綜合優化策略，通過控制不同負荷段所開啟的閥門噴嘴組總數目，來提升機組的整體運行效率。實際運行試驗證明：通過閥門管理綜合優化，在不同負荷段采用不同高調門的進汽方式，可以有效提高汽輪機的高壓缸效率，從而降低機組的發電煤耗。這對我國火力發電的節能降耗工作具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：超臨界 350MW 空冷機組 噴嘴組 閥門管理 進汽順序 高壓缸效率

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（b）-0178-03

當前，我國富煤缺水的北方運行著大量的300 MW級別空冷機組[1]，不僅有亞臨界機組甚至還開發研制出超臨界的供熱機組[2]；許多文獻資料顯示這個級別的機組在實際運行中會存在很多問題，如供電效率偏低煤耗偏高[3-5]、投運順序閥時出現軸系振動大瓦溫高等問題[7]。因此，超臨界350 MW級別空冷機組的運行優化及改造經驗都是非常寶貴的。

該文針對兩臺國產超臨界350 MW空冷機組閥門管理優化進行了相關試驗研究，利用高調門對應噴嘴組數目存在差異性的特點，設計了不同的閥門管理方案，通過控制不同負荷段所開啟的閥門噴嘴組總數目，來提升機組的整體運行效率，從而對有效解決機組四季背壓變化范圍大、汽耗率高的問題指出了一條途徑。實際運行試驗證明：通過閥門管理優化，可以有效提高汽輪機的高壓缸效率，從而降低機組的發電煤耗。這對我國目前國內供熱機組中占主流的350MW級別機組在順序閥運行方式下的運行穩定性、調節性和經濟性具有很大的參考價值。

1 國產典型超臨界350 MW機組噴嘴結構

目前，由于350 MW級超臨界機組的性能價格比優于同容量亞臨界機組，因此，國產超臨界350 MW機組在國內所占比例逐步提升。以東汽的D350 E型超臨界直接空冷機組為例，其高壓部分共有4個調節閥，對應于4組噴嘴，其中，1、2組25個汽道，3、4組24個汽道，噴嘴布置圖如圖1所示。高壓進汽既可采用節流配汽（全周進汽）又可以采用噴嘴配汽（部分進汽）；中壓部分為全周進汽，中壓聯合汽閥內主汽閥和調節閥共用1個閥座，由各自獨立的油動機分別控制。

2 空冷機組閥門管理綜合優化策略

在汽輪機組實際運行中發現，由于受機組負荷、真空嚴密性 、抽汽量、環境溫度等諸多因素的影響，機組背壓會發生很大變化，尤其是直接空冷機組，背壓變化范圍在8～33 kPa之間，如圖2所示。當實際背壓偏離設計值時，機組運行經濟性就會下降。通過配汽優化，選擇合理的閥門開啟順序的不同噴嘴組組合，使機組在不同工況下（不同季節下的被壓差異大和高低負荷的差異）的效率能夠達到最優，從而提高機組效率，降低供電煤耗。

3 試驗過程及結果分析

3.1 試驗過程

為了使順序閥優化后的機組在常運行負荷點的效率最優，試驗時需要大范圍變化機組的負荷，負荷變化范圍為230～350 MW。該試驗需要大范圍變化4個高壓調節閥門的開度，而對機組負荷和主汽壓力值沒有要求，因此，為了配合試驗的進行，主汽壓力設定改為手動模式調節，以便能夠根據需要手動調整主蒸汽壓力設定值；并且，4個高壓調節閥門控制改為手動模式調節，以便能夠手動單獨調整每1個高壓調節閥門的開度。然后，依次進行如下2種閥門開關試驗，特別注意的是在調整高壓調節閥門開度時，每一步高壓調節閥門開度的調整量要盡可能小，以保證試驗過程的平穩。

式中下標“1”代表級組前參數，“2”代表級組后參數；帶“”為變工況參數，不帶“”為額定工況參數。并且，該公式的適用條件是：在同一工況下通過級組各級的流量應相等；在同一工況下級組的通流面積應相等；通過級組各級汽流應是一股均質流；且應用級數一般應多于5～6級[8]。所以，一般應用此公式進行相應的計算，結果如下圖4～圖8所示。

從4和圖5的對比中可以看出：兩種開啟方式的壓力變化基本相當；然而，從圖6和圖7的對比中可以看出：兩種開啟方式的蒸汽做功能力不同，主要體現在調節級和高排溫度的降低程度不同，即焓降不同。因此，這也驗證圖8的計算結果：機組內采用不同的閥門開啟方式時所對應的高壓缸效率平均是不同的，最大相差1%以上，折合煤耗大約為0.5g/kWh。因此，機組在這兩種開啟方式時，同一負荷點所對應的運行經濟性是不同的。其中，88%的流量處為經濟性的分界點。所以，對于此型空冷機組的閥門管理綜合優化策略為：在88%的流量以下時，可以采用#1+#4→#2→#3的開啟方式；而在88%的流量以上時，可以采用#2+#3→#4→#1的開啟方式。這樣，比單純只采用一種進汽方式，各負荷段要經濟得多，每年累計經濟效益還是很可觀的。

4 結語

該文針對兩臺國產超臨界350 MW空冷機組高調門對應噴嘴組數目存在差異性的特點，設計了閥門管理綜合優化策略方案：通過閥門開關試驗找到經濟性的分界流量，在經濟性流量分界點前后采用不同的閥門開啟順序，來提升機組的整體運行效率，從而對有效解決機組四季背壓變化范圍大、汽耗率高的問題指出了一條途徑。這對我國目前國內供熱機組中占主流的350 MW級別機組在順序閥運行方式下的運行穩定性、調節性和經濟性具有很大的參考價值。

參考文獻

[1] 謝大幸，趙永江，吳建紅，等.350 MW汽輪發電機組直接空冷凝汽器嚴密性試驗幾種計算方法分析與探討[J].科學時代，2011，21（11）：155-157.

[2] 任貴龍，孫佳南，梁秀珍. 高效節能330MW超臨界空冷供熱汽輪機組的研制[J].節能技術，2010，3（2）：122-125.

[3] 馮克蓬，孫翔.冬季空冷機組的真空優化運行[J].現代電力，2011，12（6）：60-63.

[4] 王鵬，王進仕，邵珺.330MW機組凝汽器改造及其經濟性分析[J].汽輪機技術，2010，2（52）：71-73.

[5] 張久鋒.300MW汽輪機擴容改造及經濟效益分析[J].節能技術，2010，1（1）：92-96.

[6] 歐一順.350MW超臨界機組給水系統的優化[J].重慶電力高等專科學校學報，2012，4（2）：82-84.

[7] 于達仁，劉占生，李強，等.汽輪機配汽設計的優化[J].動力工程，2007（2）：1-5.

[8] 王仲奇，秦仁.透平機械原理[M].機械工業出版社，1979.endprint