330MW汽輪機(jī)閥門(mén)優(yōu)化控制節(jié)能技術(shù)研究

張巍

摘 要：某公司CCJK330-16.67/1.2/0.5/538/538型亞臨界雙抽汽自備汽輪發(fā)電機(jī)組，受供汽負(fù)荷和自備用電負(fù)荷影響，機(jī)組發(fā)電負(fù)荷率相對(duì)較低，通過(guò)對(duì)機(jī)組在不同負(fù)荷下的經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行分析，制定汽輪機(jī)組優(yōu)化控制方案，采取“噴嘴調(diào)節(jié)”和“變壓調(diào)節(jié)”相結(jié)合的優(yōu)化控制方式，達(dá)到了非常好的節(jié)能效果，實(shí)施后機(jī)組安全運(yùn)行可靠，節(jié)能效果明顯，對(duì)同類(lèi)電廠(chǎng)有推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);噴嘴調(diào)節(jié);變壓調(diào)節(jié);節(jié)能

1 概述

某公司CCJK330-16.67/1.2/0.5/538/538型汽輪機(jī)為亞臨界、單軸、一次中間再熱、三缸雙排汽、雙調(diào)整抽汽機(jī)組，采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽由2個(gè)高壓主汽閥和4個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽閥控制，中壓缸進(jìn)汽由2個(gè)中壓主汽閥和2個(gè)中壓調(diào)節(jié)汽閥控制，每個(gè)高、中壓主汽閥和高、中壓調(diào)節(jié)汽閥各由獨(dú)立的油動(dòng)機(jī)控制，根據(jù)調(diào)節(jié)需要可實(shí)現(xiàn)對(duì)其閥門(mén)調(diào)節(jié)控制，以及實(shí)現(xiàn)“噴嘴調(diào)節(jié)”和“節(jié)流調(diào)節(jié)”兩種不同進(jìn)汽控制方式的切換。機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，通常采用“噴嘴調(diào)節(jié)”模式，通過(guò)控制指令調(diào)節(jié)四個(gè)高壓缸蒸汽室進(jìn)汽閥門(mén)開(kāi)度，控制汽輪機(jī)進(jìn)汽做功，也可在調(diào)門(mén)開(kāi)度不變通過(guò)主蒸汽壓力變化控制汽輪機(jī)做功。在不同進(jìn)汽閥門(mén)開(kāi)度或?qū)?yīng)不同的主蒸汽壓力時(shí)，其高壓蒸汽流過(guò)進(jìn)汽閥門(mén)時(shí)產(chǎn)生的節(jié)流能量損失不同，進(jìn)入汽輪機(jī)后做功效率也不同。

2 問(wèn)題的提出

汽輪機(jī)主蒸汽從鍋爐經(jīng)2根主蒸汽管分別到達(dá)汽輪機(jī)兩側(cè)，進(jìn)入由1個(gè)主汽閥和2個(gè)調(diào)節(jié)汽閥組成的單一聯(lián)合汽閥，再經(jīng)4根撓性導(dǎo)汽管進(jìn)入設(shè)置在高壓缸的蒸汽室。4根導(dǎo)汽管對(duì)稱(chēng)地接到高壓外缸上下半的4個(gè)進(jìn)汽管接口進(jìn)入蒸汽室和調(diào)節(jié)級(jí)，汽流從調(diào)節(jié)級(jí)出來(lái)后流經(jīng)高壓各級(jí)做功。汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽部分有四個(gè)蒸汽室，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽閥，如圖1所示。采用“噴嘴調(diào)節(jié)”（順序閥）控制模式時(shí)，四個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽閥按照設(shè)定好的動(dòng)作順序，依次開(kāi)大或關(guān)小控制汽輪機(jī)進(jìn)汽負(fù)荷變化，其設(shè)定的開(kāi)啟動(dòng)作順序是#1/4-3-2，在增加進(jìn)汽負(fù)荷變化過(guò)程中，#1、4高壓調(diào)節(jié)汽閥同步動(dòng)作先開(kāi)啟，在#1、4高壓調(diào)節(jié)汽閥接近全開(kāi)不能滿(mǎn)足進(jìn)汽負(fù)荷需要時(shí)，#3高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)始動(dòng)作開(kāi)啟，在#3高壓調(diào)節(jié)汽閥接近全開(kāi)仍然不能滿(mǎn)足進(jìn)汽負(fù)荷需要時(shí)，#2高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)始動(dòng)作開(kāi)啟，在減少進(jìn)汽負(fù)荷變化過(guò)程中，動(dòng)作順序相反。在“噴嘴調(diào)節(jié)”控制模式下，四個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度與汽輪機(jī)進(jìn)汽量有一定的對(duì)應(yīng)比例關(guān)系，也就是調(diào)閥特性曲線(xiàn)，要通過(guò)理論計(jì)算和試驗(yàn)整定來(lái)確定，使各調(diào)門(mén)特性達(dá)到最佳狀態(tài)。但在實(shí)際“噴嘴調(diào)節(jié)”控制應(yīng)用中，由于調(diào)門(mén)特性整定不精確、各調(diào)門(mén)動(dòng)作重疊度設(shè)置不合理、調(diào)閥結(jié)垢等因素影響，在汽輪機(jī)進(jìn)汽負(fù)荷變化過(guò)程中或在65%額定進(jìn)汽負(fù)荷以下時(shí)，#3高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度較小調(diào)節(jié)線(xiàn)性變差、節(jié)流損失增大，且各高壓調(diào)節(jié)汽閥容易發(fā)生大幅開(kāi)關(guān)振蕩，影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析比對(duì)，汽輪機(jī)在低負(fù)荷采用“噴嘴調(diào)節(jié)”調(diào)節(jié)控制模式時(shí)，在相同的發(fā)電、供汽負(fù)荷下，通過(guò)汽輪機(jī)主蒸汽進(jìn)汽壓力變化，控制#1/4高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度在38-40%、#2/3調(diào)閥全關(guān)所需要的主蒸汽量，要明顯低于#1/4調(diào)閥全開(kāi)、#2調(diào)閥全關(guān)、#3調(diào)閥4-6%開(kāi)度所需要的主蒸汽量，進(jìn)入汽輪機(jī)做功的蒸汽量和所需的燃料量有明顯不同，也就是汽輪機(jī)在做功不變的情況下，通過(guò)主蒸汽壓力變化“變壓調(diào)節(jié)”，間接控制各高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度在合理開(kāi)度，可以有效提高汽輪機(jī)做功經(jīng)濟(jì)性降低能耗。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)，機(jī)組采用“噴嘴調(diào)節(jié)”和“變壓調(diào)節(jié)”相結(jié)合的優(yōu)化控制模式時(shí)，在不同工況采取不同的控制模式，即在高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度不變的情況下，改變主蒸汽進(jìn)汽壓力來(lái)改變汽輪機(jī)進(jìn)氣量，或者在主蒸汽進(jìn)汽壓力不變的情況下，改變各高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度來(lái)改變汽輪機(jī)進(jìn)汽量合理控制各高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度和主蒸汽進(jìn)汽壓力，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)進(jìn)汽量控制，使各高壓調(diào)節(jié)汽閥調(diào)節(jié)性在最佳位置，降低各高壓調(diào)節(jié)汽閥節(jié)流損失，最大限度提高蒸汽做功能效。

3 解決辦法

①采用定--滑--定和噴嘴調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方式，即采用“噴嘴調(diào)節(jié)+變壓調(diào)節(jié)”模式，通過(guò)高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度配合主蒸汽壓力變化調(diào)整機(jī)組負(fù)荷;

②根據(jù)機(jī)組運(yùn)行工況，及時(shí)進(jìn)行機(jī)組控制方式、高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度和主蒸汽壓力控制調(diào)整，使機(jī)組在噴嘴調(diào)節(jié)控制方式下及時(shí)滿(mǎn)足負(fù)荷變化需要;

③機(jī)組在“噴嘴調(diào)節(jié)+變壓調(diào)節(jié)”模式下，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較低，主蒸汽流量低于48%額定流量時(shí)，采用定壓模式，使#2、3高壓調(diào)節(jié)汽閥全關(guān)，通過(guò)#1、4高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度變化適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化;

④機(jī)組在“噴嘴調(diào)節(jié)+變壓調(diào)節(jié)”模式下，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增加，主蒸汽流量在48-62%額定流量時(shí)，使#2、3高壓調(diào)節(jié)汽閥全關(guān)，控制#1、4高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度在38-42%之間，采用滑壓模式，通過(guò)主蒸汽壓力變化來(lái)適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化;

⑤機(jī)組在“噴嘴調(diào)節(jié)+變壓調(diào)節(jié)”模式下，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷繼續(xù)增加，主蒸汽流量在62-82%額定流量時(shí)，使#1、4高壓調(diào)節(jié)汽閥全開(kāi)，#2高壓調(diào)節(jié)汽閥全關(guān)，控制#3高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度在3.8-6.0%之間，繼續(xù)采用滑壓模式，通過(guò)主蒸汽壓力變化來(lái)適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化;

⑥機(jī)組在“噴嘴調(diào)節(jié)+變壓調(diào)節(jié)”模式下，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷繼續(xù)增加，在主蒸汽流量大于82%額定流量，且主蒸汽壓力接近額定壓力時(shí)（16.7MPa），采用定壓模式，保持主蒸汽壓力額定，使#1、4高壓調(diào)節(jié)汽閥全開(kāi)，#2高壓調(diào)節(jié)汽閥全關(guān)，通過(guò)#3高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度變化來(lái)適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化;

⑦機(jī)組在“噴嘴調(diào)節(jié)+變壓調(diào)節(jié)”模式下，為最大限度降低節(jié)流損失，在保持各高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度不變，采用滑壓調(diào)節(jié)增、減機(jī)組負(fù)荷時(shí)，及時(shí)通過(guò)改變主蒸汽壓力目標(biāo)值、升壓速率、變負(fù)荷速率、煤量及風(fēng)量調(diào)整偏差等控制，使主蒸汽壓力變化及時(shí)滿(mǎn)足負(fù)荷變化需要，盡量避免各高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度落入振蕩區(qū);

⑧采用合理的機(jī)組熱負(fù)荷調(diào)度方式。機(jī)組在“噴嘴調(diào)節(jié)+變壓調(diào)節(jié)”模式下，汽輪機(jī)抽汽對(duì)外供汽選擇高負(fù)荷機(jī)組供汽，在機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，控制汽輪機(jī)中壓缸旋轉(zhuǎn)隔板和中、低壓缸連通閥節(jié)流開(kāi)度不易過(guò)小，盡量減少節(jié)流損失。

4 應(yīng)用效果與分析

按照上述方案編制了《熱電機(jī)組閥門(mén)優(yōu)化控制節(jié)能技術(shù)措施》并在現(xiàn)場(chǎng)組織實(shí)施，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，兩臺(tái)CCJK330-16.67/1.2/0.5/538/538型汽輪機(jī)運(yùn)行安全平穩(wěn)，對(duì)不同工況和控制模式下的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，主要解決了以下幾個(gè)問(wèn)題：

①機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)且能夠及時(shí)滿(mǎn)足變負(fù)荷工況需要，對(duì)電網(wǎng)及抽汽供熱系統(tǒng)無(wú)安全影響;

②在進(jìn)汽負(fù)荷率較低下，降低#3調(diào)閥節(jié)流損失;

③縮短各調(diào)閥在重疊區(qū)域停留時(shí)間，有效避免了閥門(mén)振蕩;

④機(jī)組在“噴嘴調(diào)節(jié)+變壓調(diào)節(jié)”模式下，通過(guò)改變主蒸汽壓力和高壓調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度控制，節(jié)能效果明顯，機(jī)組能耗明顯下降;

⑤機(jī)組發(fā)電負(fù)荷不變，汽輪機(jī)主蒸汽進(jìn)汽壓力升高的同時(shí)，鍋爐燃煤量相對(duì)減少，實(shí)現(xiàn)發(fā)電標(biāo)煤耗降低約3-6g/kWh，能耗明顯降低;

⑥機(jī)組發(fā)電負(fù)荷不變，汽輪機(jī)主蒸汽經(jīng)過(guò)速度級(jí)做功焓降差相對(duì)增加，主蒸汽流量減少，做功能力增強(qiáng)汽耗率降低。