探究300MW汽輪機(jī)通流優(yōu)化改造方案

國電泉州熱電有限公司 福建 泉州 362804

1 引言

300 MW級別的亞臨界汽輪機(jī)在數(shù)量上一直在發(fā)電廠汽輪機(jī)總數(shù)上占據(jù)絕對多數(shù),而根據(jù)此類型機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)此類型機(jī)組運(yùn)行普遍存在熱耗偏高的情況,因此開展汽輪機(jī)的通流優(yōu)化改進(jìn),可以有效改善汽輪機(jī)的熱能耗情況。目前的汽輪機(jī)通流改進(jìn)方案大部分是以制造廠的角度出發(fā)進(jìn)行的方案設(shè)計(jì),一般以滿負(fù)荷工況下的試驗(yàn)結(jié)果作為通流優(yōu)化的方案,然而在汽輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中,往往存在運(yùn)行負(fù)荷低的情況,因此通流優(yōu)化方案存在極大的不適應(yīng)性。本文主要以發(fā)電廠的角度對通流設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn),以滿負(fù)荷和部分負(fù)荷均進(jìn)行考察,以不同負(fù)荷下的加權(quán)均能耗作為試驗(yàn)性能考核指標(biāo),以保證通流設(shè)計(jì)方案的普遍適應(yīng)性,提升汽輪機(jī)的熱效率。

2 發(fā)電廠面臨的嚴(yán)峻形勢

2.1 運(yùn)行負(fù)荷普遍偏低 根據(jù)近五年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),華中地區(qū)的火電廠平均發(fā)電負(fù)荷率維持在70%-75%之間,負(fù)荷率偏低已成為全國電廠的常態(tài),因此如果電廠的汽輪機(jī)通流改造優(yōu)化的評價(jià)指標(biāo)還是以100%負(fù)荷或THA工況為依據(jù),則會(huì)造成與實(shí)際情況偏差較大異常,導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性差,不能起到實(shí)際的效果。

2.2 部分運(yùn)行負(fù)荷下的熱耗率高 結(jié)合某實(shí)際電廠汽輪機(jī)通流優(yōu)化改造的數(shù)據(jù),具體見表1?？梢?相較于100%負(fù)荷,75%和50%負(fù)荷下的熱耗率偏差更大,這就意味著此負(fù)荷下的節(jié)能潛力也更可觀。

表1 改造前后的性能測試結(jié)果

2.3 部分負(fù)荷下的一次調(diào)頻響應(yīng)慢 一般情況下,電液控制系統(tǒng)的信號傳輸時(shí)間越長,直接影響進(jìn)汽調(diào)閥的響應(yīng)速度。針對某實(shí)際電廠而言,該電廠外汽輪機(jī)通流改進(jìn)優(yōu)化后,部分負(fù)荷下高調(diào)閥保持兩閥全開滑壓運(yùn)行,閥門在大開度下的線性度較差,因此會(huì)導(dǎo)致閥門的變化難以實(shí)時(shí)滿足調(diào)頻信號對負(fù)荷的快速要求,這就直接導(dǎo)致一次調(diào)頻的響應(yīng)速度變慢,影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。目前,大部門電廠已將調(diào)頻響應(yīng)情況作為機(jī)組的硬性考核指標(biāo),因此解決電廠一次調(diào)頻響應(yīng)情況已迫在眉睫。

3 國產(chǎn)300 MW汽輪機(jī)方案設(shè)計(jì)原則

針對電廠300MW汽輪機(jī)存在運(yùn)行負(fù)荷偏低的實(shí)際情況,充分考慮汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行條件,利用不同負(fù)荷的加權(quán)分配方案作為最終的考核熱耗率,具體的熱耗計(jì)算方法見表2所示。

表2 熱耗率考核方案及計(jì)算方法

由表2可以看出熱耗率計(jì)算方法中,突出了低負(fù)荷運(yùn)行下的情況,尤其是突出75%THA負(fù)荷下熱耗率的比重,更能貼合汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境。

4 300MW汽輪機(jī)通流優(yōu)化改造策略

4.1 常規(guī)通流部位改造 結(jié)合此電廠的實(shí)際情況,保留原有高中壓外缸,對噴嘴室、各級動(dòng)葉和隔板進(jìn)行升級改造,取消原有的鉚接圍帶,采取冠結(jié)構(gòu)動(dòng)葉,同時(shí)布設(shè)導(dǎo)流密封梳齒,減少漏氣導(dǎo)致的主流擾動(dòng),提升系統(tǒng)的級效率。動(dòng)靜葉片更換為高效葉型,提升密封性和效率。另外,低壓外缸體保持不變,對中低壓的連通管、內(nèi)缸、汽封等進(jìn)行優(yōu)化升級,動(dòng)靜葉片采取全三維CFD設(shè)計(jì)優(yōu)化的高效葉型,末級葉片采取優(yōu)化的909mm葉片。

4.2 部分負(fù)荷下的滑壓運(yùn)行 此電廠汽輪機(jī)為噴嘴配汽汽輪機(jī),部分負(fù)荷下的汽輪機(jī)運(yùn)行方式對機(jī)組的熱耗產(chǎn)生一定影響,以往的運(yùn)行方式是根據(jù)定滑壓曲線順序閥運(yùn)行,通過對比部分負(fù)荷下的三閥全開滑壓、兩閥全開滑壓及定滑壓曲線順序閥運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)下,發(fā)現(xiàn)運(yùn)行負(fù)荷低于75%時(shí),采取兩閥門全開滑壓運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性最佳,結(jié)合此情況優(yōu)化低負(fù)荷下的汽輪機(jī)運(yùn)行方式。

4.3 部分負(fù)荷下增加高加小旁路 根據(jù)前面分析,汽輪機(jī)運(yùn)行負(fù)荷在50%-70%負(fù)荷下運(yùn)行方式為兩閥門全開滑壓運(yùn)行,此時(shí)的高調(diào)閥線性度較差,容易引起一次調(diào)頻的響應(yīng)速度受到影響,因此在分析汽輪機(jī)的實(shí)際熱力系統(tǒng)情況,在高加水側(cè)增設(shè)高加小旁路,此時(shí)一次調(diào)頻指令提升負(fù)荷時(shí),可以提升高加小旁路的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度,減少高加給水流量,進(jìn)而導(dǎo)致通流部分的蒸汽流量增加,從而快速提升汽輪機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷。相反如果調(diào)低運(yùn)行負(fù)荷,可以降低高加小旁路的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度,增加高加給水流量,進(jìn)而導(dǎo)致通流部分的蒸汽流量降低,從而快速調(diào)低汽輪機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷。

利用上述的改進(jìn)措施,汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行中。THA運(yùn)行工況下,高中低壓缸效率分別提升3.7%、0.9%、5.2%,以此可以看出熱耗率得到較好的改善,采取的常規(guī)通流改造效果明顯。利用加權(quán)分配參數(shù)作為熱耗考評指標(biāo),優(yōu)化后的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)如下:100%THA工況下,熱耗率較設(shè)計(jì)值下降15KJ/kW.h;75%THA工況下,熱耗率較設(shè)計(jì)值下降30KJ/kW.h;50%THA工況下,熱耗率較設(shè)計(jì)值上升19KJ/kW.h。通過數(shù)據(jù)可見,此次升級改造對于75%THA工況下的熱耗能改善效果最佳,這也符合機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行條件,更貼合電廠實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷。布設(shè)高加小旁路的方式有效提升了一次調(diào)頻響應(yīng)速度,隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展,逐漸可以通過數(shù)字伺服控制模塊來實(shí)現(xiàn)控制,采用可編程列陣來管理轉(zhuǎn)換器,通過轉(zhuǎn)換器,傳輸信號功率被放大后傳輸?shù)剿欧?達(dá)到控制目的。此方法具有響應(yīng)速度快、控制精度高等特點(diǎn)。

5 結(jié)語

汽輪機(jī)的通流設(shè)計(jì)改進(jìn)能夠提升汽輪機(jī)的熱效率,降低熱耗能,保證機(jī)組運(yùn)行的高效和經(jīng)濟(jì)性。通過對機(jī)組實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷的分析,以不同負(fù)荷條件下的加權(quán)參數(shù)作為優(yōu)化指標(biāo),保證機(jī)組不同負(fù)荷下的高效性。利用低負(fù)荷下的兩閥門全開滑壓運(yùn)行提升機(jī)組在低負(fù)荷下的經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)增設(shè)高加小旁路改進(jìn)一次調(diào)頻的響應(yīng)速度,通過一系列的改進(jìn)方案,根據(jù)最終的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出,此改進(jìn)優(yōu)化方案能夠顯著改善汽輪機(jī)機(jī)組的熱耗能情況。