改變汽輪機主汽調門運行方式對機組控制的影響分析

劉艷琴

（山西西山熱電有限公司， 山西 太原 030021）

1 汽輪機主汽調門運行方式

華能玉環電廠具有一臺100 MW的超臨界汽輪發電機組，此汽輪機組主要由上海汽輪機公司引進德國西門子技術產生的，擁有大約八級回熱抽汽。汽輪機由一個高壓缸、一個中壓缸、兩個低壓缸、兩個主汽調門以及兩個中亞調門等組成，使用了傳統的節流配汽方式，相較噴嘴配汽方式，此汽輪機結構更為簡單，且機組運行時各級別溫度變化范圍較小，可以有效適應負荷變化。但此機組在定壓運行時會出現較大的節流損失，降低了整個機組的運行效率，對此，本機組采用了補氣閥技術，改變了機組汽輪機的調頻能力，提升了其運行的安全性與可靠性。機組在運行初期，一般會根據中壓調門進行全開位置處置，主汽調門在30%～35%范圍內進行開度區域工作[1]。

在對機組進行優化實驗時應確定機組的經濟運行方式，找到最佳的機組工作負荷，確定負荷—主汽壓力曲線，之后確定最佳的優化控制系統，進行機組經濟運行實驗，并在機組保持經濟運行效益的情況下調整機組性能。

2 調門優化試驗

華能玉環電廠汽輪機組采用“定—滑—定”的調節方式，根據德國西門子的設計理念可知，汽輪機組在較大負荷范圍內應保持全開模式，但實際運行過程中，汽輪調門經常無法保持全開模式，導致了節流損失問題。對此優化試驗的第一步則是通過試驗確定經濟的運行方式，找到最佳的負荷—主汽壓力曲線，之后第二步則需要優化控制系統，在滿足電網運行需求的基礎上實現經濟運行。在此期間不但需要考慮機組運行的經濟性，還需要滿足機組調節性能，比如機組一次調頻效果等，這樣才可以確定經濟且實際應用性較強的運行參數。

3 汽輪經濟尋優

華能玉環電廠百萬千瓦機組要求保持500～1 000 MW的負荷變化范圍，在此負荷段下，汽機調門基本處于節流運行模式，造成了嚴重的經濟損失，對此應將其作為汽機運行節能的可控項目。在綜合考慮百萬千瓦機組運行安全性與穩定性要求的基礎上，將經濟尋優試驗分為兩個步驟，一是各個負荷段應將調門保持在50%開度，觀察機組運行情況，記錄相關數據信息，之后在50%開度試驗的基礎上進行調門全開的試驗[2]。

具體試驗方法是在機組保持穩定運行狀態時撤出一次調頻，確保機組運行鍋爐處于手動模式下，并逐步降低壓力定值，直至汽機調門處于50%開度。通過試驗可以得出汽輪機在50%開度下的熱耗率，之后綜合評價比較機組運行的經濟性與安全性，為修正控制參數提供參考依據。

汽輪機調門優化試驗在2號機組上運行，持續了將近一個月時間，完成了500 MW、600 MW、700 MW以及800 MW幾個負荷點下的經濟尋優試驗，具體結果如表1所示。

表1 2號機組汽機調門優化試驗

分析表1數據可知，在機組500 MW及以上的各個負荷點，隨著高壓調門開度的增大，機組經濟水平也相應提升，且調門保持100%開度時，機組處于最佳的經濟性，煤耗降低范圍在0.9～1.5 g/kWh，而若調門保持50%開度時，則煤耗降低范圍在0.5～0.9 g/kWh。試驗結果還表明，各個負荷點在調門開度不同時，機組運行穩定，這說明增大調門開度后機組會安全運行。電廠4臺機組年發電量為200億kWh時，每年可以節省9 500～28 500 t煤，為企業節省了大量的運行成本，這表明調門優化試驗可以幫助玉環電廠實現節能減排的目標，意義重大。

4 優化機組協調控制

在完成各個負荷點的經濟尋優工作后，還應修改負荷—主汽壓力的設定曲線，作為尋優后的曲線。之后還應利用負荷變動試驗評估機組的負荷響應能力。修改曲線后，機組運行方式發生了較大改變，對此還應重新調試整個控制系統，確定運行方式是否符合電廠需求。

4.1 汽機調門在50%開度下的負荷調整

機組負荷穩定在700 MW時撤出機組自動與一次性調頻自動，確保汽機處于初壓運行模式，之后將調門保持在50%開度，得到負荷—壓力曲線，如圖1所示。之后工作人員手動改變壓力定值，待機組平穩運行后重新投入協調控制自動系統[3]。

圖1 調門50%開度下負荷-壓力曲線

為了掌握新曲線下原協調自動的控制性能，進行了700 MW→650 MW以及600 MW→700 MW兩種工況試驗。試驗發現，在原來參數下，壓力、汽溫以及負荷的變動較大，之后便進行調門50%開度下的系統優化設計。首先，原設計鍋爐側煤以及水的動態增量面積近似長方形控制，隨著負荷率變化，煤、水、風等會進行等幅度調節，如圖2所示。但調試發現，前期負荷變化力度較小，不適應華東電網的機組要求，對此重新調整動態前饋曲線，如圖3所示。其次試驗中應不斷對曲線進行微小修正，確保負荷穩定時，調門開度保持在45%～55%之間，達到節能效果。再次分析討論補氣閥開啟導致的機軸振動問題，調整補氣閥開度為25%。最后在機組停機時離線修改補氣閥的邏輯回路。

圖2 原設計負荷變化前饋量變化曲線

圖3 調整后負荷變化時各前饋變化曲線

4.2 汽機調門在100%開度下的負荷優化

完成50%開度的調門優化調整工作后，進行開度100%時調門的優化控制工作，利用補氣閥進行調頻。當調門處于100%開度時，以下幾個問題無法自動調節。首先是調門保持全開時，需要完全依靠補氣閥增加通氣量，若負荷變化量不在設計范圍內時，將需要利用鍋爐燃燒調整負荷，此時負荷動態與靜態偏差較大，甚至還會因微調燃水比導致中間點溫度過高。其次是降負荷過程中，調門開度在67%～100%之間時，其屬于空行程，會延長負荷的滯后時間。最后是在達到負荷目標后，補氣閥長時間內不能全關。主要因為此階段補氣閥對壓力較為敏感，機組設計壓力與實際壓力之間的偏差會導致補氣閥無法關閉，對負荷產生了較大影響[4]。

對于上述問題應進行多次負荷擾動試驗優化調整，以達到預期的調節效果。

5 優化初步結論

1）高調門處于50%開度時，負荷具備優良的響應能力，可以滿足機組的運行需求。

2）高調門處于100%開度時，負荷響應能力較差。

3）2號機組調門應保持50%開度，采用此開度下的負荷-主汽壓力曲線，在實際運行中檢驗機組調節能力，并進行完善與優化。

4）盡快解決補氣閥開度增大導致機組軸振動變大問題，將補氣閥開度設定為25%，削弱補氣閥帶負荷能力。

5）機組在調門全開的模式下，需要完全依靠補氣閥對汽機進行負荷調節，此時若需調節負荷大于最大連續運行負荷的10%，則會減弱機組的負荷調節相應力。

6）調門保持全開模式后，受主汽壓力的影響依然存在輕微波動問題，補氣閥長時間內會出現時開時關問題，以致影響了汽輪機的運行壽命及經濟性。對此，電廠還應設定相關試驗以有效解決此問題，以有效延長汽輪機的使用壽命。

6 結語

在電廠運營與發展過程中，汽機組的控制工作占據十分重要的位置，合理控制機組可以有效提高電廠的工作效率。通過實際案例證明了改變汽機運行方法可以對發電機組產生積極影響，不但優化了機組的運行模式，且提高了機組的經濟效益。