電廠汽輪機運行優(yōu)化方法淺析

嚴(yán)少鋒

（中石化揚子石化分公司熱電廠，江蘇 南京 210048）

進入21 世紀(jì)以來，國民經(jīng)濟高速發(fā)展，電力行業(yè)作為支撐我國工業(yè)發(fā)展的動力源泉，對國民經(jīng)濟的健康快速發(fā)展具有重要作用。我國能源儲備豐富，但人均能源擁有量較低，其中一次能源產(chǎn)品主要是煤炭、天然氣和石油，煤炭在其中占有重要作用，因此，我國在今后相當(dāng)長時間段內(nèi)仍將以煤炭作為主要能源消耗品，以煤炭為主要生產(chǎn)原料的火力發(fā)電廠在電力領(lǐng)域中仍具有不可替代的作用。

改革開放以來，我國重工業(yè)不斷發(fā)展，在為人們帶來日新月異的改變的同時，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，國家越來越關(guān)注重工業(yè)的清潔、可持續(xù)發(fā)展，而對工業(yè)發(fā)展的驅(qū)動力——能源，近年來陸續(xù)出臺的環(huán)保法和政策對企業(yè)的排查和要求越來越高，尤其是對發(fā)電企業(yè)的約束。

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展形勢不斷變化，用電結(jié)構(gòu)也隨之改變，重工業(yè)用電量減少，特別是夜間用電量顯著降低。國內(nèi)經(jīng)濟形勢的不斷變化、用電結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和國家節(jié)能減排的不斷深入，對電力企業(yè)提出了更高的要求，也給在運以及將投運的大型火電機組帶來許多技術(shù)難題，亟需我們解決。目前，大多數(shù)機組運行工況與設(shè)計工況偏差較多，機組運行效率減低，因此必須著重考慮非設(shè)計工況下汽輪機組的安全穩(wěn)定運行。本文對抽凝式汽輪機組的運行方式歸納總結(jié)，討論分析了多種運行優(yōu)化方法。

1 電廠汽輪機運行方式分析

定壓運行方式分為定壓節(jié)流運行方式和定壓噴嘴運行方式兩種。在滿負(fù)荷工況下，定壓運行方式節(jié)流損失最小，效率最高，不需要調(diào)節(jié)級調(diào)節(jié)，避免了調(diào)節(jié)級強度低帶來的一些列問題。20 世紀(jì)70 年代，美國等發(fā)達國家在大型汽輪機組上普遍采用定壓運行方式，填充經(jīng)濟發(fā)展中出現(xiàn)的大量電力需求缺口。定壓節(jié)流調(diào)節(jié)運行方式主要運用于滿負(fù)荷及帶基本負(fù)荷的小型機組，在部分負(fù)荷工況下節(jié)流損失較大，效率較低。定壓噴嘴調(diào)節(jié)運行方式主要運用于300MW 以下的小型機組，該運行方式在部分符合下，熱經(jīng)濟性較低，且負(fù)荷變化引起調(diào)節(jié)級蒸汽溫度變化在所有運行方式中最大，使得調(diào)節(jié)級及轉(zhuǎn)子產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，損害設(shè)備壽命。

滑壓運行方式常運用于大型汽輪機組變負(fù)荷狀態(tài)下，現(xiàn)如今對滑壓運行方式的看法及結(jié)論還未統(tǒng)一。有研究表明，在低負(fù)荷運行工況下，滑壓運行方式在20 ～66 萬千瓦機組上能夠?qū)崿F(xiàn)良好的運行熱效率。滑壓運行在部分負(fù)荷工況下，高壓缸各級溫度偏差較小，熱應(yīng)力及熱變形較小，中壓缸的進汽溫度基本不變，這大大保證了汽輪機組調(diào)峰運行的安全性和靈活性。當(dāng)負(fù)荷改變時，采用滑壓運行方式時，需要同時提高主蒸汽的流量和壓力，而調(diào)整鍋爐燃燒側(cè)需要一定時間，存在時間延遲，使得滑壓運行方式難以滿足調(diào)峰的需要，另外，滑壓運行雖然一定程度上提高了機組的內(nèi)效率，降低了水泵能耗，但以此增加的經(jīng)濟性仍遠遠不夠補償機組循環(huán)熱效率降低所產(chǎn)生的損失。

為了兼顧電廠機組運行的熱經(jīng)濟性和安全性，近年來，超臨界及超超臨界凝氣式汽輪機組上普遍采用復(fù)合滑壓運行方式。復(fù)合滑壓運行方式即在高負(fù)荷區(qū)間采用定壓運行方式以得到較高運行效率，在中負(fù)荷區(qū)間采用滑壓運行方式，關(guān)閉部分閥門，在調(diào)峰階段通過控制調(diào)節(jié)汽閥的開關(guān)量進行緊急調(diào)節(jié)，在低負(fù)荷區(qū)間又轉(zhuǎn)為定壓運行方式，使得在整個負(fù)荷區(qū)間內(nèi)均有較高的熱經(jīng)濟性。

2 汽輪機變負(fù)荷運行優(yōu)化方法分析

（1）優(yōu)化運行初壓參數(shù)。在眾多運行控制參數(shù)中，機組運行初壓直接汽輪機熱耗率相關(guān)，是汽輪機中最重要的運行參數(shù)之一，因此，汽輪機組運行初壓參數(shù)優(yōu)化是汽輪機運行優(yōu)化的重要內(nèi)容。一方面，現(xiàn)階段對運行初壓的研究大多僅以機組熱耗率作為評價機組運行工況的標(biāo)準(zhǔn)，而在實際電廠運行中，機組熱經(jīng)濟性與汽機熱效率、鍋爐效率和廠用電率都有關(guān)，因此，在進行運行初壓優(yōu)化時，必須考慮輔機泵耗功及各調(diào)節(jié)級閥門的蒸汽分配，確定閥門開度從而得到最優(yōu)運行初壓參數(shù)；另一方面，由于環(huán)境、負(fù)荷以及設(shè)備運行狀態(tài)的原因，汽輪機初始參數(shù)往往不是定值，而是在某一范圍內(nèi)波動，這雖然不影響機組安全運行，但會對機組經(jīng)濟性產(chǎn)生不利影響，通過試驗及計算確定機組最優(yōu)初壓參數(shù)將大大提高機組熱經(jīng)濟性。余興剛等研究了某600MW 亞臨界機組初終參數(shù)耗差，設(shè)計了一種熱力系統(tǒng)變工況計算模型，得到汽輪機初始壓力與背壓的關(guān)系，該計算模型可用于核算汽輪機廠方修正曲線，得到機組運行最優(yōu)初始壓力，降低機組煤耗率。

（2）優(yōu)化配汽方式。汽輪機閥門流量特性曲線表征了汽輪機理論流量特性，實際運行中汽輪機閥門特性流量曲線與實際流量特性不一致時將出現(xiàn)一次調(diào)頻能力差，機組切換配汽方式時負(fù)荷波動較大以及調(diào)節(jié)閥晃動等情況，嚴(yán)重影響機組穩(wěn)定運行。優(yōu)化配汽方式即通過改變原先的配汽方式或調(diào)整閥門重疊度使得汽輪機特性流量曲線能夠準(zhǔn)確表征實際流量特性，提高汽輪機組經(jīng)濟性，提升機組一次調(diào)頻品質(zhì)。李金印研究了汽輪機組運行優(yōu)化措施，研究表明，在低負(fù)荷運行工況下采用復(fù)合配汽方式將造成大量浪費，復(fù)合配汽方式只在高負(fù)荷工況下表現(xiàn)出高運行效率。張榮欣等進一步針對東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的超超臨界凝氣式汽輪機組展開運行優(yōu)化研究，研究表明，多種配汽方式能更有效的調(diào)節(jié)汽輪機流量特性，當(dāng)機組負(fù)荷達到50%以上時，采用順閥配汽方式，其余采用單閥配汽方式，同時合理設(shè)置各調(diào)門重疊度，使運行方式切換時能夠平穩(wěn)過度，配汽方式優(yōu)化后，機組調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)得到進一步提高。

（3）降低汽輪機能耗。汽輪機能耗較大使得機組經(jīng)濟性降低，必須根據(jù)汽輪機組運行特點和能耗特征，針對性地采取有效的措施，不斷優(yōu)化汽輪機組運行，保證汽輪機穩(wěn)定經(jīng)濟運行。一方面，降低機組啟停能耗，在啟機過程中通過手動操作，控制真空壓力處于65 ～70kPa 范圍內(nèi)，縮短啟機時間，降低機組能耗。另一方面，保持高壓加熱器投入率，控制給水溫度，穩(wěn)定水量水位，在機組啟停時，及時投入高壓加熱器。另外，長期運行的凝汽式汽輪機組凝汽器冷卻面將出現(xiàn)大量污垢，及時采用高壓水射流對冷卻面進行清洗，有效地保證凝汽器安全正常運行。

3 結(jié)語

汽輪機是整個電力行業(yè)的硬件基礎(chǔ)，本文闡述了額定功率60MW 抽凝式汽輪機運行過程中存在的問題，分析了不同運行方式的優(yōu)點和不足，介紹了優(yōu)化運行初壓、優(yōu)化配汽方式及節(jié)能降耗三個運行優(yōu)化方法，爭取為汽輪機運行優(yōu)化方面提供經(jīng)驗借鑒，促進汽輪機運行優(yōu)化技術(shù)發(fā)展。