汽輪機閥門流量特性優(yōu)化對其安全性

1、汽輪機閥門流量特性優(yōu)化對其安全性和經濟性的影響李勁柏劉復平 （湖南省電力公司試驗研究院湖南長沙市410007 ）摘 要：針對某國產300MW亞臨界機組存在的單閥方式下負荷自發(fā)擾動，順序閥方式下負荷突變等問題進行了閥門流量特性曲線優(yōu)化試驗，提高了機組負荷控制的穩(wěn)定性，同時也取得良好的節(jié)能效果，解決了機組原設計中閥門流量存在的問題，優(yōu)化的結果在同類型機組中具有較高的推廣應用價值。關鍵詞：閥門流量特性優(yōu)化安全經濟1 前言目前火力發(fā)電機組汽輪機大部分采用DEH 控制， DEH系統(tǒng)提供閥門管理和單閥/順序閥切換功能。在單閥方式下，高調門保持相同開度，汽輪機全周進汽，有利于汽輪機本體均勻受力受熱，但低負荷

2、時節(jié)流嚴重，經濟性差。在順序閥的方式下，高調門按照一定的順序開啟，通過減少調門開度過低造成的節(jié)流損失，提高機組的經濟效益。閥門流量特性曲線就是閥門開度與通過閥門的蒸汽流量的對應關系，DEH系統(tǒng)閥門流量特性曲線是如果與實際閥門流量相差較大，在機組變負荷和一次調頻時，可能出現(xiàn)負荷突變和調節(jié)緩慢的問題，造成機組控制困難，影響了機組的安全性和變負荷能力。在順序閥方式下，如果調節(jié)閥門重疊度設置不合理，也會影響機組投入順序閥的經濟性。通過對DEH系統(tǒng)閥門流量特性進行優(yōu)化，計算出切合機組實際情況的閥門流量特性曲線，使機組在單閥順序閥切換過程更平穩(wěn)，負荷擾動更小，主汽溫度、主汽壓力等參數(shù)更為穩(wěn)定，瓦溫、振動能

3、夠得到一定的改善，增強機組變負荷和一次調頻的能力，提高機組運行的經濟性和控制的穩(wěn)定性。2 某300MW機組的閥門流量特性優(yōu)化試驗2007年10月，我們對某電廠300MW機組進行了DEH系統(tǒng)閥門流量特性優(yōu)化試驗。該機組是東方電氣集團公司提供的300MW亞臨界機組，DEH采用ABB北京貝利公司與INFI-90分散控制系統(tǒng)軟硬件一體化的ETSI。該機組在投入運行后存在的主要問題是順序閥方式下變負荷和一次調頻時有比較大的負荷突變，突變值可達到30MW或更多，同時引起汽機軸系振動變化，負荷突變區(qū)在200MW左右，正是機組低負荷運行的主要工作區(qū)域，嚴重影響了機組的安全性和經濟性。在單閥方式下，當閥位開度指

4、令在90%時，機組負荷有自發(fā)的波動，功率回路和協(xié)調不能投入，機組控制困難。在這種情況下，決定進行閥門流量特性優(yōu)化試驗，使機組根據(jù)優(yōu)化整定后的閥門流量特性曲線進行單閥順序閥管理，提高機組運行的經濟性和控制的穩(wěn)定性。2.1 試驗過程閥門流量特性優(yōu)化試驗分順序閥和單閥兩種方式下進行。在順序閥方式下，DEH開環(huán)控制，機組開始負荷在190MW左右，控制主汽壓力在15.4MPa左右，CV3、CV4閥全關，此時閥門流量總指令值約68%。以0.32一級的速度增加閥門流量總指令（每增加一級后，穩(wěn)定12分鐘，以保持主汽壓的穩(wěn)定）直到CV3、CV4閥全開，流量指令為100的工況。然后進行單閥順序閥切換。切換后，在單

5、閥方式下，以0.32一級的速度減少閥門流量總指令（每減少一級后，穩(wěn)定12分鐘，以保持主汽壓的穩(wěn)定）直到機組負荷為180MW左右時結束試驗，試驗過程中保持主汽壓、主汽溫度、真空的相對穩(wěn)定。記錄機組第一級壓力、主汽壓力、CV14閥后壓力、發(fā)電機功率、CV14閥位、閥位指令、負荷指令等參數(shù)。2.2 順序閥方式下閥門流量特性的優(yōu)化計算將順序閥方式下閥門流量特性試驗數(shù)據(jù)經整理后如下表，其中流量差值指流量指令與計算流量的差值。從表中可以看出，當目前的流量指令在68左右、7075、8187這三個區(qū)段時，與計算得出的閥門計算流量之間差值較大，特別是流量指令從68變化到72.1時，計算流量的差值從9.3變化到-

6、4.2。試驗時各流量指令下機組負荷占額定功率的比值，與計算得出的閥門計算流量比較接近，與目前的流量指令相差較大。這充分說明了目前的順序閥控制方式下閥門流量特性曲線與實際情況嚴重不吻合，存在優(yōu)化空間。流量指令(%)機組功率(MW)主汽壓力(MPa)調節(jié)級壓力(MPa)CV1、2指令(%)CV3指令(%)CV4指令(%)計算流量(%)流量差值(%)68.0184.415.4117.45039.20.1-0.258.79.368.2188.715.3547.67440.30.6-0.260.77.568.6199.615.5048.25242.81.8-0.264.6469.2214.815.617

7、8.85145.83.3-0.268.80.470.1225.315.6309.31151.06.0-0.272.3-2.271.1232.015.3799.47856.58.5-0.274.8-3.772.1237.015.4219.68662.111.0-0.276.3-4.273.1237.815.3799.76267.211.40.077.1-475.1241.915.2989.84678.712.10.078.1-377.1244.915.4549.99088.712.80.078.5-1.479.1247.315.54810.08098.013.70.078.70.481.1246

8、.415.56110.08498.015.60.078.72.483.1247.315.45410.15298.018.20.079.83.385.1250.815.29210.29298.020.50.081.73.487.1257.715.30410.63198.024.30.084.32.888.1275.315.46111.31998.032.69.988.9-0.888.5280.415.46111.55798.036.010.090.8-2.390.5283.015.39811.72098.056.311.092.4-1.992.5284.615.39211.76598.084.2

9、12.392.8-0.395.0285.815.41111.84498.098.016.193.31.797.0287.215.17311.92498.098.021.495.41.698.0288.715.06612.01698.098.025.996.81.299.0290.014.96012.13798.098.034.098.50.5100.0294.214.97212.33298.098.098.0100.00根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，經過合理簡化、投影計算及選取合適的重疊度，我們擬合出與實際情況較吻合的順序閥方式下優(yōu)化后閥門流量特性函數(shù)如下表，優(yōu)化前后閥門特性曲線圖對比如圖1所示。流量指令(%

10、)CV1、CV2指令(%)流量指令(%)CV3指令(%)流量指令(%)CV4指令(%)0.00.076.30.091.60.00.19.578.111.092.49.511.413.478.713.493.316.123.317.384.324.396.825.958.739.288.932.698.534.068.845.890.836.099.237.072.351.092.456.399.747.374.856.592.884.2100.0100.076.362.193.3100.078.178.7100.0100.078.7100.0100.0100.0圖1 順序閥方式下閥門流量原特性

11、曲線與新特性曲線對比圖2.3 單閥方式下閥門流量特性的優(yōu)化計算將單閥方式下閥門流量特性試驗數(shù)據(jù)經整理后如下表， 從表中可以看出，當目前的流量指令在6090之間時與計算得出的閥門計算流量之間差值較大，在60左右時甚至差值達到了26.8；特別是目前的流量指令從94變化到91時，其與計算流量的差值從7.7變化到20.5，嚴重影響了控制的穩(wěn)定性。而試驗時各流量指令下機組負荷占額定功率的比值，與計算得出的閥門計算流量也比較接近，與目前的流量指令相差較大。這充分說明了目前的單閥控制方式下閥門流量特性曲線與實際情況相差很大。流量指令(%)功率(MW)主汽壓力(MPa)調節(jié)級壓力(MPa)CV13指令(%)C

12、V4指令(%)計算流量(%)流量差值(%)100.0 296.1 15.066 12.404 100.5 99.5 100.0 0.0 98.0 286.8 15.129 11.984 47.0 44.0 96.2 1.8 97.0 283.6 15.248 11.828 42.9 39.8 94.2 2.8 96.0 273.8 15.091 11.405 40.2 35.6 91.8 4.2 95.0 265.1 15.016 11.011 37.6 33.6 89.1 5.9 94.0 260.1 15.335 10.891 35.8 32.2 86.3 7.7 93.0 248.9 1

13、5.292 10.302 34.1 30.8 81.8 11.2 92.5 242.0 15.423 10.030 33.2 30.1 79.0 13.5 92.0 228.4 15.261 9.483 32.3 29.5 75.5 16.5 91.5 220.2 15.148 9.025 31.4 28.8 72.4 19.1 91.0 209.0 15.085 8.757 31.0 28.5 70.5 20.5 90.5 205.5 14.960 8.541 30.7 28.2 69.3 21.2 90.0 202.8 14.966 8.402 30.5 28.0 68.2 21.8 89

14、.0 198.5 15.035 8.168 30.0 27.6 66.0 23.0 88.0 192.0 15.167 7.948 29.5 27.1 63.6 24.4 87.0 186.0 15.295 7.714 29.0 26.7 61.3 25.7 86.0 182.5 15.523 7.562 28.5 26.3 59.2 26.8 以試驗中的計算流量作為流量指令，經過簡化及計算，保留原有的預啟開度，我們可以擬合出與實際情況較吻合的單閥方式下新閥門流量特性函數(shù)如下表所示，新閥門特性曲線圖與原閥門特性曲線圖的對比如圖2所示：流量指令(%)CV1CV3指令(%)流量指令(%)CV4指令

15、(%)0.0-3.00.0-3.00.19.530.19.57.42410.897.42410.73559.228.568.228.070.531.070.528.581.834.181.830.886.335.886.332.289.137.689.133.694.242.991.835.696.247.094.239.8100.0100.596.244.0100.0100.5圖2單閥方式下閥門流量原特性曲線與新特性曲線對比圖3 閥門流量特性優(yōu)化后安全性和經濟性質比較分析如果機組在210MW左右負荷，處于單閥控制方式下，在15.2MPa的主汽壓力下，此時機組的流量指令在91左右，在原特性曲線

16、的情況下，如果要求增加9MW負荷，也就是3的流量指令，在DEH開環(huán)控制下，流量指令將增加到94左右，此時機組負荷可能增加到260MW，增加值達到50MW，相差過大。由于在機組投入?yún)f(xié)調控制時， DEH類似開環(huán)控制，雖然汽機主控回路可以保持機組負荷一定的穩(wěn)定性，但也不可避免出現(xiàn)大的超調。如果機組在投入一次調頻后，更可能出現(xiàn)大的超調，影響機組控制的穩(wěn)定性和安全性。在順序閥控制方式下，如果機組在180MW左右負荷，在15.2MPa的主汽壓力下，此時機組的流量指令在68左右，在原特性曲線的情況下，如果要求增加9MW負荷，也就是3的流量指令，在DEH開環(huán)控制下，流量指令將增加到71左右，此時機組負荷可能增

17、加到232MW，增加值達到52MW，一樣不可避免出現(xiàn)大的超調。負荷的超調，同時將引起汽機軸系振動變化，影響了機組的安全經濟運行。對于一臺機組來說，如果部分區(qū)段可能發(fā)生負荷超調，那么在另一部分區(qū)段比實際曲線要平緩，該機組也有相當一部分區(qū)段在增加流量指令時基本上沒有負荷增加，這一樣會影響機組在投入AGC和一次調頻時的性能。該機組采用優(yōu)化后的閥門流量特性曲線后，控制的穩(wěn)定性明顯改善，負荷的穩(wěn)定也使鍋爐的燃燒更加穩(wěn)定，以前一直不能投入的一次調頻也能夠正常投入了，AGC負荷控制的跟隨性大幅度改善。由于機組只有在順序閥方式下才存在通過閥門流量特性曲線改變節(jié)能的情況，下面是順序閥控制方式下，機組在60-80

18、%負荷下的閥門開度情況：流量指令(%)機組功率(MW)主汽壓力(MPa)CV1、2指令(%)CV3指令(%)實際流量(%)修正的CV1-2指令(%)修正的CV3指令(%)68.0184.415.41139.20.158.739.2068.2188.715.35440.30.660.768.6199.615.50442.81.864.669.2214.815.61745.83.368.845.8070.1225.315.63051.06.072.351.0071.1232.015.37956.58.574.856.5072.1237.015.42162.111.076.362.1073.1237.815.37967.211.477.167.2575.1241.915.29878.712.178.178.71177.1244.915.45488.712.878.59813在原特性曲線的情況下，從180MW240MW區(qū)段都存在三個調門節(jié)流的情況，機組實際運行中，為了避開流量突變區(qū)，一般選擇在CV1、CV2開度62%，CV3開度11%的工況下變壓運行（在其它工況下，由于調門節(jié)流存在軸系振動不穩(wěn)定的情況）。在新的特性曲線的情況下，通過減少CV1、CV2和CV3的重疊度，一般只選擇在CV1、CV2開度比較