國產(chǎn)機組汽輪機調(diào)門控制優(yōu)化

何華靖，何 春

（國家電投貴州金元集團鴨溪發(fā)電有限公司，貴州 遵義 563108）

鴨溪電廠#1機300MW機組是由東方汽輪機廠引進日立技術(shù)生產(chǎn)的N300-16.7/537/537/-8型亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機。汽輪機DEH系統(tǒng)采用東方汽輪機有限公司提供的邏輯和畫面組態(tài)，并在DCS中采用一體化控制[1]。該系列機組采用四閥結(jié)構(gòu)、三閥方式全電調(diào)控制的復(fù)合滑壓配汽方式。汽輪機配汽方式、控制方式、運行方式，及設(shè)備性能直接影響機組的調(diào)節(jié)特性、運行特性和經(jīng)濟性，以及安全穩(wěn)定運行水平。

1 機組運行狀況

#1機組在滑壓運行時，高壓調(diào)門節(jié)流比較嚴重，機組流量特性線性度不高，對機組的經(jīng)濟性和安全性都存在一定的影響。通過全面的試驗研究工作，合理設(shè)置各高壓調(diào)門之間的重疊度，通過改進閥門升程特性，并在此基礎(chǔ)上采用合理的定—滑—定運行控制方式，以進一步提高機組運行的經(jīng)濟性。

為全面掌握機組的運行現(xiàn)狀，分析機組存在的問題，并為確定機組合理的優(yōu)化方案提供依據(jù)，調(diào)整優(yōu)化前進行了相關(guān)試驗，全面掌握機組配汽特性對運行經(jīng)濟性的影響。對機組設(shè)計及實際運行特性的分析，經(jīng)過配汽特性計算，確定合理的調(diào)整優(yōu)化方案。調(diào)門試驗在配汽特性調(diào)整的基礎(chǔ)上，確定機組合理的定—滑—定運行方式，并進行定—滑—定運行方式的調(diào)整和改進。

1.1 優(yōu)化前機組運行及效率摸底試驗

為了考察機組的運行狀況，以及不同班組習慣運行時機組的經(jīng)濟性，在機組優(yōu)化前特別對不同班組在高、中、低負荷段進行了摸底試驗，試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 摸底試驗數(shù)據(jù)匯總Table 1 Summary of bottom test data

表1是由不同運行班組根據(jù)自己的運行習慣綜合起來的數(shù)據(jù)。將表1中的高壓缸效率與負荷的對應(yīng)關(guān)系整理如圖1。從圖1可以看出，在同一負荷點，高壓缸的效率相差達5.5%左右。同一負荷點高壓缸效率的降低，主要由調(diào)門節(jié)流損失引起的。從表1數(shù)據(jù)分析繪制了主汽流量隨負荷的變化關(guān)系（見圖2）。

圖1 高壓缸效率隨負荷變化關(guān)系Fig.1 Relation between efficiency of high pressure cylinder and load

圖2 主汽流量隨負荷的變化關(guān)系Fig.2 Relation between main steam flow and load

1.2 優(yōu)化前的機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶負荷試驗

在機組調(diào)峰運行負荷范圍內(nèi)按照機組正常運行方式，從300MW負荷開始，負荷每變化10MW穩(wěn)定運行后，進行一次試驗記錄，直至機組滿負荷。帶負荷試驗高壓缸效率與運行負荷/修正后負荷的關(guān)系如圖3。由于機組本身并沒有按照特定的滑壓曲線進行運行，導(dǎo)致機組在滑壓區(qū)域運行熱耗，隨著負荷的降低逐級升高?；瑝簠^(qū)熱耗相差竟達400kJ/kW·h。通過對調(diào)門進行優(yōu)化，調(diào)整滑壓區(qū)的運行方式，可使滑壓區(qū)熱耗隨負荷降低的升高幅度減小，熱耗偏差控制在200kJ/kW·h以內(nèi)。

圖3 修正熱耗與運行負荷/修正后負荷的關(guān)系Fig.3 Relationship between corrected heat rate and operating load/corrected load

2 機組配汽特性的調(diào)整優(yōu)化

2.1 機組配汽設(shè)計特性的分析

通過配汽試驗證實，機組的配汽特性曲線不僅影響機組在中高負荷區(qū)的經(jīng)濟運行，同時對機組的調(diào)節(jié)特性也有一定的影響。圖4是機組在原設(shè)計狀況下的流量特性曲線。從圖4可以分析，雖然原設(shè)計在機組流量特性曲線拐角處進行了一定程度的修正和處理，但仍然無法改變機組流量曲線的非線性。尤其是在70%～75%左右，機組運行處于滑壓和定壓運行拐角的時候，流量特性存在嚴重的非線性[2]。

圖4 機組設(shè)計的配汽機構(gòu)流量特性曲線Fig.4 Flow characteristic curve of steam distribution mechanism designed for the unit

2.2 機組配汽特性的優(yōu)化

為減小調(diào)整改進工作的范圍，保留了機組原設(shè)計的啟動、運行控制方式，配汽特性的改進主要是對調(diào)門的組態(tài)關(guān)系進行優(yōu)化。改進后的調(diào)門特性，一定程度上減小了調(diào)門之間的重疊度，降低了中高負荷區(qū)的節(jié)流損失；另一方面，改進后的特性曲線優(yōu)化了調(diào)門的流量特性（見圖5）。優(yōu)化后的特性曲線既保證了高負荷區(qū)調(diào)節(jié)的響應(yīng)能力，同時又將流量曲線的拐點移到低負荷區(qū)，即滑壓運行區(qū)域之外。這樣就可以保證在長期運行的滑壓運行區(qū)域不受拐點的影響，減少節(jié)流損失，提高機組經(jīng)濟效益[5]。

圖5 改進后的高壓調(diào)門流量特性曲線Fig.5 Flow characteristic curve of improved high-pressure control valve

2.3 機組定—滑—定運行方式的優(yōu)化

優(yōu)化原則：調(diào)整機組的配汽機構(gòu)的流量非線性補償特性，使機組汽門的重疊度和重疊范圍合理，保證在滑壓運行的閥位點附近運行調(diào)節(jié)特性良好。調(diào)整機組的配汽機構(gòu)使機組在閥位附近有明顯的高效運行區(qū)，保證機組滑參數(shù)運行的經(jīng)濟性[4]。

2.3.1 額定負荷區(qū)域主汽壓力的確定

圖6是300MW工況下機組熱耗隨主汽壓力變化的關(guān)系。從圖6中可以看出，機組在設(shè)計壓力16.67MPa下并不是最經(jīng)濟的情況。機組熱耗隨主汽壓力的升高逐級降低，但當主汽壓力升高到16.83MPa左右時，熱耗下降趨勢逐級減緩。當主汽壓力達到17.0MPa時，基本上達到機組熱耗的最低點。因此，建議在高負荷區(qū)域，主汽壓力應(yīng)維持在16.9MPa～17.1MPa之間運行。

圖6 額定負荷下機組熱耗與主汽壓力的關(guān)系Fig.6 Relation between unit heat consumption and main steam pressure under rated load

2.3.2 機組起始滑參數(shù)運行閥位的確定

試驗研究表明，以兩閥點作為機組滑參數(shù)運行的起點，具有最好的運行經(jīng)濟性，而考慮到機組調(diào)節(jié)特性的要求，第3個調(diào)門與第1個、第2個調(diào)門必須有一定的重疊度。因此，在配汽特性優(yōu)化的基礎(chǔ)上，合理確定最佳的運行閥位是機組定—滑—定運行方式優(yōu)化的關(guān)鍵[3]。

通過閥門優(yōu)化試驗，在保證CV1、CV2接近全開的情況下調(diào)整CV3，通過機組的相對熱耗，考核機組的經(jīng)濟性，試驗結(jié)果如圖7。試驗表明，在CV3開度較小時，保證CV1、CV2在67%左右，可使機組的熱耗最低。以此作為滑壓運行區(qū)域的運行閥位，可使機組有較好的經(jīng)濟性。

圖7 機組相對熱耗與CV3的關(guān)系Fig.7 Relation between unit relative heat consumption and CV3

2.3.3 基本的定—滑—定運行參數(shù)的確定

根據(jù)機組的設(shè)計情況，機組滑參數(shù)運行的負荷范圍在90MW至起始負荷之間，小于90MW負荷轉(zhuǎn)為定壓運行。通過試驗，建議在主汽壓力低于12MP～12.5MPa后，轉(zhuǎn)為定壓運行（見圖8），此時負荷在180MW～190MW左右。

圖8 下滑點位置機組熱耗與主汽壓力之間的關(guān)系Fig.8 Relationship between unit heat consumption and main steam pressure at the sliding point

根據(jù)上述原則確定的機組定—滑—定運行控制方式的組態(tài)回路如圖9。

機組有效運行背壓范圍，根據(jù)機組年實際平均背壓運行范圍確定為2.5kPa～11.0kPa。因此，組態(tài)回路的背壓限制的變化范圍為-3 kPa～5.5kPa，在機組滑參數(shù)運行范圍內(nèi)背壓變化1kPa，平均影響負荷1500kW，同時對修正功率也加以限制，限制其變化范圍為-4.5MW～8.25MW，以進一步避免因背壓測量回路不正常對主汽壓力正?？刂频挠绊憽D9中：模塊1的組態(tài)關(guān)系由試驗確定的負荷與主汽壓力關(guān)系見表2、模塊2的組態(tài)關(guān)系見表3、模塊3的組態(tài)關(guān)系見表4。

表2 定—滑—定運行負荷與主汽壓力的關(guān)系Table 2 Relation between constant - sliding - constant operating load and main steam pressure

表3 背壓組態(tài)關(guān)系（運行測量背壓為兩臺凝結(jié)器的平均背壓）Table 3 Backpressure configuration relationship (backpressure measured during operation is the average backpressure of two condensers)

表4 背壓與功率修正關(guān)系Table 4 Correction relationship between back pressure and power

圖9 考慮背壓變化的負荷—主汽壓力控制方式Fig.9 Load-main steam pressure control mode considering back pressure change

3 優(yōu)化試驗結(jié)果分析

3.1 優(yōu)化前后高壓缸效率的比較

通過調(diào)門特性的改進，機組在滑壓運行的拐點附近高壓缸效率明顯提高，在240MW附近高壓缸效率提高達2.3%左右?？梢?，CV1&CV2和CV3之間重疊度的減小，對減小節(jié)流損失，提高高壓缸的效率具有非常明顯的效果。

3.2 優(yōu)化前后機組熱耗的比較

將優(yōu)化后的熱耗與優(yōu)化前的熱耗在幾個負荷點上進行對比，機組通過配汽特性和參數(shù)優(yōu)化，可以將中高負荷區(qū)域的熱耗水平降低70 kJ/kW·h～107kJ/kW·h。其中，由于改進后運行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整使熱耗減小40kJ/kW·h～60kJ/kW·h左右，通過調(diào)門特性改進，優(yōu)化了調(diào)門在中高負荷區(qū)的配置方案，在保證優(yōu)化參數(shù)的前提下盡可能減小節(jié)流損失，也使機組熱耗相應(yīng)降低達40kJ/kW·h～50kJ/kW·h左右。

3.3 優(yōu)化前后機組煤耗水平的比較

圖10是機組優(yōu)化前后機組在中高負荷區(qū)域煤耗下降的情況，從圖10可以看出優(yōu)化調(diào)整后機組煤耗下降幅度與負荷的關(guān)系?；瑝哼\行區(qū)內(nèi)煤耗降低的水平非常明顯，平均的煤耗下降幅度達到4g/kW·h。到定壓運行區(qū)域，由于改進前后都存在一定程度的節(jié)流，閥門特性對熱耗的影響隨著負荷的升高越來越不明顯，因而熱耗的降低有所減小。

圖10 優(yōu)化調(diào)整后機組煤耗下降幅度與負荷的關(guān)系Fig.10 Relation between coal consumption reduction and load of unit after optimization and adjustment

機組全年的運行經(jīng)濟性的提高與機組運行負荷率的分布有很大的關(guān)系，以機組年平均負荷率75%，不同負荷率隨時間均勻分布計算，機組平均煤耗下降幅度達到3.5g/kW·h左右。極端情況負荷率以最高、最低分布時機組平均煤耗下降為2.5g/kW·h；全工況保持75%時，機組平均煤耗下降為4g/kW·h。在正常的隨機負荷分布下，機組平均煤耗下降幅度應(yīng)在3.2g/kW·h以上。

3.4 最佳滑壓運行曲線

#1機組配汽特性調(diào)整改進后，在實現(xiàn)了提高高壓缸運行效率的同時，可保證機組的安全、穩(wěn)定運行，為電廠其他機組的調(diào)整改進工作積累了詳實、可靠的經(jīng)驗。通過以上試驗數(shù)據(jù)，得出了最佳滑壓曲線的上下拐點，將兩個拐點相連，即為最佳滑壓曲線（見圖11）。

圖11 最佳滑壓運行曲線Fig.11 Optimal sliding pressure operation curve

4 結(jié)語

機組經(jīng)配汽特性調(diào)整后，整體高壓缸效率顯著提高，兩閥點高效區(qū)明顯，為實際機組運行方式的優(yōu)化創(chuàng)造了條件。采用背壓修正的定—滑—定控制方式，可保證滑壓運行在最佳閥位下運行，提高了機組滑參數(shù)運行的經(jīng)濟性。

建議在高負荷定壓運行區(qū)域，主汽壓力選擇在16.9MPa～17.1MPa之間運行；建議在高負荷定壓運行下行的總閥位指令降低到62%時，采取滑壓運行方式，維持閥門開度基本不變，此時機組的修正負荷在260MW左右，調(diào)節(jié)級壓力在10.35MPa左右。在滑壓運行下行時，主汽壓力達到12.0MPa～12.5MPa之間，采取定壓運行方式，維持壓力不低于12.0MPa。對運行班組人員進行系統(tǒng)培訓(xùn)，保證機組運行參數(shù)在最近運行工況范圍內(nèi)。

通過配汽特性調(diào)整及運行方式優(yōu)化，機組的整體運行經(jīng)濟性明顯提高，使機組平均的煤耗水平下降3.5g/kW·h，達到了預(yù)期的調(diào)整改進目標，并取得了一定的經(jīng)濟效益。