600MW 亞臨界汽輪機(jī)高壓調(diào)速汽門重疊度試驗研究

劉中華

（天津藍(lán)巢電力檢修有限公司，天津 300380）

在國家節(jié)能減排要求后，集團(tuán)公司為了提高競爭力，加大了節(jié)能降耗工作力度，定期對所屬各廠經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)性評價工作，由系統(tǒng)內(nèi)專家對所屬分子公司各發(fā)電廠生產(chǎn)情況進(jìn)行設(shè)備評估，查找問題，2013 年，經(jīng)評提出高調(diào)門流量特性重疊度偏低，提出3 號機(jī)組2、3 號高調(diào)門開度在40%時，4 號調(diào)門即開始開啟，4 號調(diào)門開度40%時，1 號調(diào)門開啟。估算閥門重疊度在40%左右。為了減少調(diào)門節(jié)流損失，對兩臺機(jī)組高調(diào)門進(jìn)行了流量特性試驗。

對采用噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)來說，一般都安裝幾只調(diào)速汽門，并規(guī)定了調(diào)速汽門一定的開啟順序，且讓前一只調(diào)速汽門尚未全開時，后一只調(diào)速汽門就提前開啟，這一提前開啟量，就稱為調(diào)速汽門的重疊度。速汽門重疊度的大小直接影響著配汽機(jī)構(gòu)的靜態(tài)特性，調(diào)速汽門重疊度選擇不當(dāng)，將會造成靜態(tài)特性曲線局部不合理。如重疊度太小，使配汽機(jī)構(gòu)特性曲線過于曲不是光滑和連續(xù)的，造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)整負(fù)荷時，負(fù)荷變化不均勻，使油動機(jī)升程變大，調(diào)速系統(tǒng)速度變動率增加，它將引起過分的動態(tài)超速。

如調(diào)速汽門重疊度太大不但會使節(jié)流損失增加，而且會使局部速度變動率變小，使靜態(tài)特性曲線斜率變小，或出現(xiàn)水平段，造成負(fù)荷擺動或滑坡，這是不允許的。

汽輪機(jī)采用DEH 控制，DEH 系統(tǒng)提供閥門管理，閥門分為單閥/順序閥兩種運行方式。在單閥方式下，高調(diào)門保持相同開度，汽輪機(jī)全周進(jìn)汽，有利于汽輪機(jī)本體均勻受力受熱，但低負(fù)荷時節(jié)流嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)性差。

在順序閥的方式下，高調(diào)門按照一定的順序開啟，如果調(diào)節(jié)閥門重疊度設(shè)置不合理，可能出現(xiàn)負(fù)荷突變和調(diào)節(jié)緩慢的問題，造成機(jī)組控制困難，影響了機(jī)組的安全性和變負(fù)荷能力，因此，機(jī)組的閥門流量特性合理優(yōu)化對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性有很大影響，需要試驗確定調(diào)門重疊度是否合適。

1 試驗方案

（1）測取單/多閥控制方式下，高調(diào)門行程和流量之間的特性曲線。

（2）根據(jù)測取的特性曲線參數(shù)，進(jìn)行閥門流量特性計算。

2 試驗參考標(biāo)準(zhǔn)

（1）《汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗導(dǎo)則》。

（2）《新華控制工程有限公司相關(guān)資料》。

3 試驗數(shù)據(jù)獲取

（1）讀取XDPS 系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)。

（2）采集精度：≤1 秒/1 點。

4 系統(tǒng)配汽說明

機(jī)組單閥開啟：1#+2#+3#+4#。

機(jī)組順序閥開啟：2#+3#-＞4#-＞1#。

5 試驗條件

（1）機(jī)組必須維持額定主汽壓力。考慮到現(xiàn)場實際工況，在額定主汽壓力下會發(fā)生負(fù)荷超發(fā)現(xiàn)象，因此，根據(jù)現(xiàn)場工況，可以適當(dāng)降低主汽壓力定值。

（2）機(jī)組負(fù)荷能在閥門全開負(fù)荷到45%左右負(fù)荷范圍之間變化。否則，只能做一段曲線不完整。

（3）主要測點變送器、測量通道合格。

（4）試驗程序、調(diào)試安裝符合試驗要求（能去除閥門重疊度）。

6 試驗方法

（1）蒸汽工況調(diào)整由鍋爐控制系統(tǒng)完成。

（2）閥門運行工況由DEH 試驗程序完成。DEH 在閥位控制方式下（退出遙控、MW、IMP 回路切除），改變給定值（即閥位指令），達(dá)到各試驗工況的變化。

（3）壓力、溫度、給定值、流量、閥位、功率等參數(shù)采集，由DEH 完成。DEH 沒有的點，如高壓調(diào)門后壓力、高排溫度，由DCS 采集記錄。一般情況下，DEH 收集的數(shù)據(jù)能夠滿足要求。

（4）試驗用的管理曲線采用無重疊度（試驗開始前在單閥狀態(tài)下或閥門全開時關(guān)閉組態(tài)中第52 頁的BLOCK 25：輸出置為T。原曲線自動變?yōu)闊o重疊度）。

（5）DEH 逐點設(shè)定給定值，爐控調(diào)整汽壓穩(wěn)定后，DEH采集數(shù)據(jù)。

（6）為了防止閥門全開時超過機(jī)組允許負(fù)荷，主汽壓可適當(dāng)小于額定壓力，但整個過程應(yīng)保持基本不變，設(shè)定在15 ～16MPA。

7 試驗過程

（1）試驗準(zhǔn)備：DEH 置閥位控制方式（切除遙控和MW、IMP 回路）；升負(fù)荷至4 個高調(diào)全開后，切至多閥（如原來就在多閥不用切），期間，在負(fù)荷不超發(fā)的前提下將汽壓控制在高位（例如，16MPa）；檢查DEH、DCS 歷史數(shù)據(jù)采集正常，關(guān)閉組態(tài)中第52 頁的BLOCK 25，輸出置為T。

（2）多閥流量特性試驗：整個試驗期間，盡可能保持主汽壓穩(wěn)定；由閥門全開工況開始，目標(biāo)值每次減5MW，減負(fù)荷速率為2MW/min，逐次減負(fù)荷到45%左右（如現(xiàn)場無法降到該點也可，但應(yīng)做到盡量低的負(fù)荷即可），在每個試驗點停留約半分鐘；減到最低負(fù)荷后再回到閥門全開工況（中間不停留）。

（3）單閥流量特性試驗：閥門全開后切至單閥，將組態(tài)中第52 頁BLOCK 25 的輸出置為F，然后，開放該功能塊；由閥門全開工況開始，目標(biāo)值每次減5MW，減負(fù)荷速率為2MW/min，逐次減負(fù)荷到最低點，在每個試驗點停留約半分鐘；

弗留格爾公式求取（用于在線計算）：把調(diào)節(jié)級后的高壓缸所有級看成一個級組，利用弗留格爾公式，調(diào)節(jié)級壓力、調(diào)節(jié)級溫度，高壓缸排氣壓力，主流流量之間的關(guān)系式

圖1

圖2

圖4

式中，G1、G0代表變化后、前的主蒸汽流量；P01、P0代表變化后、前的調(diào)節(jié)級壓力；Pg、Pg1代表變化后、前的高壓缸排汽壓力；T01、T0代表變化后、前的調(diào)節(jié)級溫度。

（4）試驗結(jié)束，恢復(fù)正常控制。

表2

8 整定計算及結(jié)果

8.1 修改單閥函數(shù)（表1）

表1

8.2 修改修正函數(shù)（表2）

8.3 試驗及計算圖形（圖1、圖2、圖3、圖4）

9 結(jié)語

通過單閥流量特性試驗，閥門開度在30%，流量的通流能力達(dá)到90%，閥門開度在40%，閥門的流量通流能力到95%以上，基本上對閥門的流量影響比較微弱。通過閥門試驗曲線看，4 號調(diào)門與1 號調(diào)門開度從40%到100%基本不到一秒的響應(yīng)時間，對節(jié)流損失影響甚微。為了對機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力提高，綜合考慮了閥門管理方式，校正了流量曲線，對流量特性進(jìn)行了調(diào)整，對機(jī)組閥門的響應(yīng)速度得以提高，另外，曲線調(diào)整后，閥門負(fù)荷響應(yīng)平滑，降低了擺動頻率，對機(jī)組的安全性有了較大的提高。