國(guó)產(chǎn)300 MW亞臨界機(jī)組滑壓優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)研究

殷　戈， 李廣偉

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院， 南京 210046)

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國(guó)產(chǎn)300 MW亞臨界機(jī)組滑壓優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)研究

殷戈， 李廣偉

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院， 南京 210046)

摘要：介紹了某國(guó)產(chǎn)亞臨界300 MW機(jī)組滑壓優(yōu)化運(yùn)行的試驗(yàn)研究方法。通過(guò)在各工況下進(jìn)行定滑壓運(yùn)行性能對(duì)比試驗(yàn),得到了機(jī)組優(yōu)化后的滑壓運(yùn)行曲線。新的滑壓運(yùn)行方式有效地降低了汽輪機(jī)熱耗率,提高了機(jī)組變負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：滑壓曲線; 優(yōu)化試驗(yàn); 拐點(diǎn); 表壓; 絕壓

隨著我國(guó)電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差的日益增大，要求機(jī)組調(diào)峰的時(shí)間越來(lái)越多。汽輪機(jī)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，熱經(jīng)濟(jì)性大大降低。在影響機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性的主要因素中，只有運(yùn)行方式可以人為調(diào)整，所以研究汽輪機(jī)在低負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)能降耗就具有十分重要的意義。滑壓運(yùn)行是目前機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行期間經(jīng)常采用的方式之一[1]。

通過(guò)變負(fù)荷滑壓運(yùn)行試驗(yàn)，可以掌握機(jī)組在變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的特性，確定在變負(fù)荷時(shí)的最優(yōu)運(yùn)行主汽壓力，使機(jī)組在運(yùn)行中保持最佳的運(yùn)行方式，從而進(jìn)一步挖掘機(jī)組節(jié)能潛力，降低機(jī)組供電煤耗。

1試驗(yàn)原理及方法

1.1 試驗(yàn)原理

在調(diào)節(jié)級(jí)、壓力級(jí)的共同作用下，機(jī)組熱效率與通流量之間存在如下關(guān)系[1]：

(1) 當(dāng)機(jī)組從最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)增大蒸汽流量時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)效率升高，同時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)做功能力降低，排汽損失加大。共同作用下，整機(jī)效率降低，熱耗率增加。

(2) 從最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)降低蒸汽流量時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)做功能力加大，效率變差，整機(jī)效率降低，機(jī)組熱耗率增加。

(3) 每組主蒸汽參數(shù)下都有類似運(yùn)行曲線。

由上述關(guān)系可以推斷出，在各個(gè)負(fù)荷段均存在最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行工況，偏離此運(yùn)行工況機(jī)組熱效率下降，經(jīng)濟(jì)性變差；因此，可以通過(guò)高精度的試驗(yàn)方法，確定各個(gè)負(fù)荷段的最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)而確定整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的滑壓曲線。

1.2 試驗(yàn)方法

機(jī)組滑壓優(yōu)化試驗(yàn)方法有試驗(yàn)比較法和耗差分析法[2]。

試驗(yàn)比較法是指在機(jī)組通常運(yùn)行范圍內(nèi)選取若干個(gè)典型負(fù)荷點(diǎn)，在每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)上采用主汽尋優(yōu)的方法，進(jìn)行機(jī)組熱耗率試驗(yàn)，以機(jī)組熱耗率最小為尋優(yōu)目標(biāo)，來(lái)選取機(jī)組各個(gè)工況下最佳滑壓運(yùn)行點(diǎn)，進(jìn)而確定機(jī)組最佳滑壓優(yōu)化曲線的方法。

耗差分析法是建立在機(jī)組耗差計(jì)算模型基礎(chǔ)上的一種滑壓運(yùn)行優(yōu)化方法，借助性能試驗(yàn)測(cè)試手段，結(jié)合局部能耗分析法，分別計(jì)算這些參數(shù)對(duì)機(jī)組熱耗率影響的分項(xiàng)耗差，匯總得出耗差總和，并以耗差總和最小作為機(jī)組不同滑壓運(yùn)行方式尋優(yōu)評(píng)判的依據(jù)，確定機(jī)組滑壓運(yùn)行曲線。

文獻(xiàn)[2]研究結(jié)果表明，上述兩種方法在實(shí)際應(yīng)用中分析結(jié)果是一致的，故根據(jù)試驗(yàn)條件，可以選用任意一種試驗(yàn)方式進(jìn)行機(jī)組滑壓優(yōu)化，筆者采用的是試驗(yàn)比較法。

試驗(yàn)主要步驟可以描述為：

(1) 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)熱力系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)隔離。

(2) 進(jìn)行機(jī)組流量平衡試驗(yàn)，確認(rèn)機(jī)組不明漏率滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

(3) 機(jī)組按照滑壓方式運(yùn)行。

(4) 負(fù)荷穩(wěn)定在100%THA負(fù)荷，溫度維持設(shè)計(jì)值，分別在設(shè)計(jì)主汽壓力、高于設(shè)計(jì)壓力、低于設(shè)計(jì)壓力三種工況進(jìn)行機(jī)組熱耗率試驗(yàn)。

(5) 按照步驟(4),分別進(jìn)行90%THA負(fù)荷、80%THA負(fù)荷、70%THA負(fù)荷、60%THA負(fù)荷、50%THA負(fù)荷機(jī)組熱耗率試驗(yàn)。

(6) 根據(jù)各負(fù)荷點(diǎn)的熱耗值與主汽壓力，按照主汽壓力尋優(yōu)方法，求出熱耗最低的工況點(diǎn)。

(7) 根據(jù)各工況點(diǎn)最優(yōu)運(yùn)行工況點(diǎn)，擬合出滑壓運(yùn)行曲線。

(8) 由滑壓曲線和額定壓力，確定上拐點(diǎn)(起滑點(diǎn))負(fù)荷點(diǎn)。

(9) 綜合考慮鍋爐燃燒情況、給水泵汽輪機(jī)安全運(yùn)行及機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，確定滑壓曲線下拐點(diǎn)。

2試驗(yàn)結(jié)果分析

按照試驗(yàn)比較法步驟，通過(guò)高精度性能試驗(yàn)，對(duì)某電廠國(guó)產(chǎn)300 MW亞臨界機(jī)組進(jìn)行了滑壓優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)在300 MW、270 MW、240 MW、210 MW、180 MW、150 MW 6個(gè)負(fù)荷段下進(jìn)行，每個(gè)負(fù)荷段選取3個(gè)不同初壓工況，共進(jìn)行18個(gè)工況點(diǎn)試驗(yàn)。通過(guò)分析各個(gè)工況點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果，得出機(jī)組的滑壓運(yùn)行曲線。

2.1 各工況試驗(yàn)結(jié)果分析

各工況下試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可以看出：在各個(gè)負(fù)荷段，隨著初壓變化，機(jī)組熱耗率也會(huì)發(fā)生變化。以240 MW負(fù)荷段數(shù)據(jù)為例，熱耗率和初壓關(guān)系見(jiàn)圖1。

由圖1可以看出：在初壓為16.4 MPa附近，存在一個(gè)最低的熱耗率工況點(diǎn)。通過(guò)熱耗率與初壓數(shù)據(jù)，可擬合出對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式：

QHR=67.887p2-2 256.8p+27 014

(1)

式中：QHR為熱耗率，kJ/(kW·h)；p為機(jī)組初壓，MPa。

對(duì)式(1)求極值，可以得出在240 MW負(fù)荷段，機(jī)組的最優(yōu)初壓為16.62 MPa，對(duì)應(yīng)熱耗率為8 258.03 kJ/(kW·h)，負(fù)荷為243.12 MW。

其他負(fù)荷段也做同樣優(yōu)化，可以得到各個(gè)負(fù)荷段的最優(yōu)初壓值，見(jiàn)表2。

表2　各負(fù)荷段機(jī)組最優(yōu)初壓及熱耗率

270 MW和300 MW負(fù)荷段，僅從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，初壓越高，熱耗率越低，但綜合機(jī)組運(yùn)行安全性因素考慮，機(jī)組不能長(zhǎng)時(shí)間處于超壓狀態(tài)運(yùn)行，故仍采用設(shè)計(jì)初壓。

2.2 滑壓拐點(diǎn)的確定

理論上，機(jī)組滑壓的上拐點(diǎn)可以用試驗(yàn)方法得到，即按照設(shè)計(jì)值和同類型機(jī)組的滑壓曲線，預(yù)先估算出可能的上拐點(diǎn)區(qū)間，在此區(qū)間進(jìn)行高密度的性能試驗(yàn)，取熱耗值最小的工況點(diǎn)為上拐點(diǎn)。這樣測(cè)得機(jī)組上拐點(diǎn)較精確，但是操作過(guò)程中存在試驗(yàn)工作量大、費(fèi)用高等缺點(diǎn)。因此，可以根據(jù)各負(fù)荷段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用推算的方法得出機(jī)組滑壓上拐點(diǎn)，即利用其他各負(fù)荷段最優(yōu)的滑壓工況點(diǎn)，擬合出滑壓部分機(jī)組負(fù)荷與初壓關(guān)系式，代入設(shè)計(jì)初壓，計(jì)算出對(duì)應(yīng)負(fù)荷，從而確定機(jī)組上拐點(diǎn)。

按照上述方法，機(jī)組的負(fù)荷與初壓關(guān)系式為：

W=15.221p-10.528

(2)

式中：W為機(jī)組功率，MW；p為機(jī)組初壓，MPa。

代入設(shè)計(jì)初壓16.67 MPa，可得出對(duì)應(yīng)的功率為243.20 MW，從而確定機(jī)組滑壓曲線的上拐點(diǎn)為(243.20 MW，16.67 MPa)。

下拐點(diǎn)的確定主要考慮鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和給水泵汽輪機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性運(yùn)行條件，綜合上述兩方面因素，滑壓曲線的下拐點(diǎn)確定為(155.48 MW，10.87 MPa)。

2.3 滑壓曲線的確定

由前述工作可以確定機(jī)組優(yōu)化的滑壓曲線：

p=0.065 7W+0.691 7

(3)

式中：p為機(jī)組初壓，MPa；W為機(jī)組功率，MW。

優(yōu)化前后的機(jī)組滑壓曲線見(jiàn)圖2。

3優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用分析

3.1 優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用

(4)

由式(3)可以看出：電廠設(shè)備測(cè)量主汽壓力值與計(jì)算所用壓力值，除了大氣壓、高差修正外，還有不同變送器之間的測(cè)量修正量差值。綜合考慮這些因素后，機(jī)組滑壓曲線為：

pg=0.066 8W-0.415 1

(5)

式中：pg為機(jī)組初壓，MPa；W為機(jī)組功率，MW。

3.2 優(yōu)化結(jié)果分析

優(yōu)化后，機(jī)組負(fù)荷在243.20～300 MW時(shí)，調(diào)整前后均為定壓運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)性能不變；負(fù)荷在210～243.20 MW時(shí)，優(yōu)化后機(jī)組熱耗率可降低約5.48 kJ/(kW·h)，折合供電煤耗約0.20 g/(kW·h)；在155.48～210 MW中低負(fù)荷區(qū)域時(shí)，機(jī)組熱耗率受主汽壓力變化影響幅度較大，機(jī)組熱耗率整體降低約17.74 kJ/(kW·h)，折合供電煤耗約0.66 g/(kW·h)。優(yōu)化前后的機(jī)組熱耗隨負(fù)荷變化的趨勢(shì)見(jiàn)圖3。

4結(jié)語(yǔ)

(1) 國(guó)產(chǎn)300 MW容量機(jī)組，由于設(shè)計(jì)及運(yùn)行條件改變，導(dǎo)致機(jī)組偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，存在優(yōu)化空間。

(2) 通過(guò)試驗(yàn)比較法，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組滑壓曲線優(yōu)化。

(3) 滑壓優(yōu)化后，機(jī)組在中、低負(fù)荷段節(jié)能效果較明顯。

(4) 優(yōu)化后滑壓曲線在應(yīng)用到機(jī)組控制中時(shí)，應(yīng)進(jìn)行絕壓向表壓逆向修正。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉雙白. 汽輪機(jī)定滑壓運(yùn)行曲線測(cè)試方法研究[J]. 華北電力技術(shù)， 2007,37(12)：12-15.

[2] 童小忠，孫永平，樊印龍. 汽輪發(fā)電機(jī)組滑壓運(yùn)行尋優(yōu)方法的試驗(yàn)研究[J]. 浙江電力， 2008,21(5)：25-27.

[3] ASME. ANSI/ASME PTC 6—2004 Steam turbines performance test codes[S]. Newyork: ASME, 2006.

Experimental Study on Sliding Pressure Operation Optimization of a Domestic 300 MW Subcritical Unit

Yin Ge, Li Guangwei

(Guodian Science and Technology Research Institute, Nanjing 210046, China)

Abstract：Experimental studies were conducted to optimize the sliding pressure operation of a domestic 300 MW subcritical unit. Through comparative tests on performance of the unit between constant and sliding pressure operation respectively, an optimal sliding pressure operation curve was obtained. The new sliding pressure operation mode has helped to effectively reduce the heat rate of steam turbine, thus improving the operation economy of the unit under variable load conditions.

Keywords：sliding pressure curve; optimization test; knee; gauge pressure; absolute pressure

中圖分類號(hào)：TK267

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-086X(2016)02-0081-04

作者簡(jiǎn)介：殷戈(1983—)，男，工程師，從事火電機(jī)組性能試驗(yàn)、節(jié)能分析及調(diào)試技術(shù)研究。E-mail: inger123@163.com

收稿日期：2015-07-02