超臨界600MW機組配汽研究

1、.;超臨界600MW 機組配汽研究于德超 何 輝 匡國強（湖南華電長沙發(fā)電有限公司）【摘 要】通過試驗方法尋找出汽輪機組的最佳閥門特性。本文結(jié)合長沙電廠#1 機組的配汽優(yōu)化試驗結(jié)果，對兩種配汽方式對機組經(jīng)濟(jì)性的影響進(jìn)行了比較分析，該分析對于復(fù)合配汽方式運行機組的優(yōu)化運行具有指導(dǎo)意義?！娟P(guān)鍵詞】試驗 閥門 特性 配汽優(yōu)化 經(jīng)濟(jì)性0 前言湖南華電長沙發(fā)電有限公司2X600MW 汽輪機機組系東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機。其機組的配汽方式為全電調(diào)控制的復(fù)合配汽方式，調(diào)節(jié)閥采用多閥系統(tǒng)，各閥嚴(yán)格按照預(yù)定的程序執(zhí)行啟閉、升程關(guān)系固定。在啟動和較低負(fù)荷時，汽輪

2、機采用節(jié)流調(diào)節(jié)，此時四個調(diào)節(jié)閥同時開啟，帶一定負(fù)荷后，關(guān)小或關(guān)閉部分閥門，轉(zhuǎn)為噴嘴調(diào)節(jié)。這種配汽方式的最佳負(fù)荷點在90%100%額定負(fù)荷范圍之內(nèi)，但仍然兼顧了部分負(fù)荷的運行經(jīng)濟(jì)性。為減少節(jié)流損失，部分負(fù)荷采用滑參數(shù)配汽，即保持閥門開度不變，靠改變進(jìn)汽壓力來調(diào)整負(fù)荷。為了達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，就有必要對其配汽方式進(jìn)行優(yōu)化。1 超臨界600MW 機組原設(shè)計情況1.1 超臨界600MW 機組原設(shè)計配汽曲線超臨界600MW 機組原設(shè)計配汽曲線如圖1 所示。01020304050600 20 40 60 80 100 120閥桿行程 mm負(fù)荷指令 %HPGV1 HPGV2&3HPGV4圖1 超臨界600M

3、W 機組設(shè)計配汽曲線全國火電600MW 級機組能效對標(biāo)及競賽第十五屆年會論文集 汽機231.2 超臨界600MW 機組的調(diào)節(jié)級噴嘴組布置情況圖2 超臨界600MW 機組調(diào)節(jié)級噴嘴組布置示意圖1.3 超臨界600MW 機組的運行情況機組采用定壓或定滑定運行方式，在低負(fù)荷時采用第二種運行方式較為經(jīng)濟(jì)。定滑定運行方式的滑壓運行范圍為3090額定負(fù)荷。機組滑壓運行時各個調(diào)節(jié)閥的閥門開度如表1 所示。由表中各個調(diào)節(jié)閥的閥門開度可見，在機組部分負(fù)荷運行時，各個調(diào)門的節(jié)流損失較大。表1 滑壓運行時各高壓調(diào)節(jié)閥的閥門開度項目 1 號調(diào)門 2 號調(diào)門 3 號調(diào)門 4 號調(diào)門調(diào)門開度（） 8.9 37.0 37.

4、0 54.92 試驗方法本次試驗主要依據(jù)為中國電站汽輪機熱力性能驗收試驗規(guī)程（GB8117-87）和美國機械工程師協(xié)會汽輪機性能試驗規(guī)程(ASME PTC6-1996)，由華電電科院和東方汽輪機廠完成該實驗。試驗中將壓力測量更換精度0.075 級ROSEMOUNT 壓力變送器；溫度測量采用溫度變送器轉(zhuǎn)接E型精密級熱電偶；主流量測量采用位于3 號高加出口的流量噴嘴測量；數(shù)據(jù)采集使用IMP 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，每30 秒采集一次，每個負(fù)荷段數(shù)據(jù)采集持續(xù)12 個小時。整個試驗過程中，保持系統(tǒng)單元制運行，期間關(guān)閉所有補水系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、鍋爐吹灰和連排系統(tǒng)等，保持系統(tǒng)被完全隔離。運行參數(shù)保持穩(wěn)

5、定，不對系統(tǒng)進(jìn)行無關(guān)試驗的操作。本次試驗選取了600MW、550MW、500MW、450MW、400MW、360MW 共6 個負(fù)荷段。為了便于比較全國火電600MW 級機組能效對標(biāo)及競賽第十五屆年會論文集 汽機24和尋找最優(yōu)閥位，每個負(fù)荷段都進(jìn)行原閥序的試驗。然后，以10%的速率分別開啟和關(guān)閉不同位置的調(diào)門，測試機組的高壓缸效率、熱耗率等。每個工況進(jìn)行了4 組6 組試驗。本次閥門特性試驗工進(jìn)行了30 組試驗，取得了30 組不同閥位下機組的高壓缸效率、熱耗率等參數(shù)。3 試驗結(jié)果3.1 試驗計算及修正求取采集數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，再經(jīng)過儀表校驗值、高差、大氣壓力等修正后作為試驗原始測量數(shù)據(jù)；根據(jù)DCS

6、 記錄的各儲水容器水位變化量、容器尺寸、記錄時間和介質(zhì)密度計算出當(dāng)量流量。將處理過的試驗原始數(shù)據(jù)，帶入下式中進(jìn)行計算，求取熱耗率：ems ms ffw ffw hrh hrh crh crh rhsp rhspPG H G H G H G H G HHR + =對于計算結(jié)果，進(jìn)行主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、再熱壓損、排汽壓力的修正，最終求得機組在該負(fù)荷段不同閥位下的熱耗值。3.2 600MW 負(fù)荷段試驗結(jié)果在600MW 負(fù)荷段，不同閥位下共進(jìn)行了四組試驗，熱耗值、高壓缸效率隨閥門開度的變化關(guān)系見圖3。600MW主汽壓力與熱耗值、高壓缸效率關(guān)系7954.77899.87922.881.9281.9

7、882.1278807900792079407960798023.669 24.352 24.39681.881.981.982.082.082.182.182.2熱耗值高壓缸效率圖3 圖600MW 工況下熱耗、高壓缸效率與主汽壓力的變化關(guān)系從圖3 中可也看出，原閥序狀態(tài)600MW（原閥位）的熱耗并非最佳，而是在順序閥工況600MW2（#2、3、4 高調(diào)門全開，#1 高調(diào)門開度接近10%）的閥位開度下，熱耗及高缸效率最優(yōu)。在本負(fù)荷段試驗過程中，調(diào)門開度變化對機組振動無影響。3.3 550MW 負(fù)荷段試驗結(jié)果在550MW 負(fù)荷段，不同閥位下共進(jìn)行了六組試驗，熱耗值、高壓缸效率隨閥門開度的變化關(guān)系

8、見圖4。全國火電600MW 級機組能效對標(biāo)及競賽第十五屆年會論文集 汽機25550MW主汽壓力與熱耗值、高壓缸效率關(guān)系7936.97954.17924.87960.07985.281.28 81.19 81.1080.6779.7379007920794079607980800022.523 22.578 22.515 23.032 23.65978.579.079.580.080.581.081.5熱耗值高壓缸效率圖4 550MW 工況下熱耗、高壓缸效率與主汽壓力的變化關(guān)系從圖4 可以看出，550MW3（#1 調(diào)門全關(guān)，#3 高調(diào)門開度為60%，#2、4 高調(diào)門開度為100%）閥門開度下，熱

9、耗低、缸效率高，為最佳運行工況。此工況#3 高調(diào)門開度為60%，節(jié)流損失已經(jīng)很小，就地閥位已經(jīng)接近全開狀態(tài)，因此在550MW 負(fù)荷工況下，#3 高調(diào)門也可以采用全開方式運行，也就是可以采用三閥全開的方式運行，此工況的主蒸汽壓力為22.51MPa。3.4 500MW 負(fù)荷段試驗結(jié)果在500MW 負(fù)荷段，不同閥位下共進(jìn)行了五組試驗，熱耗值、高壓缸效率隨閥門開度的變化關(guān)系見圖5。500MW主汽壓力與熱耗值、高壓缸效率關(guān)系7966.37971.38000.28020.381.5081.04 81.0980.5179607980800080208040806020.544 20.645 20.944 2

10、1.30880.080.280.480.680.881.081.281.481.6熱耗值高壓缸效率圖5 500MW 工況下熱耗、高壓缸效率與主汽壓力的變化關(guān)系由圖5 中可以看出500MW4（#1 高調(diào)門全關(guān)，#2、3、4 高調(diào)門全開）工況點熱耗、缸效率最佳。3.5 450MW 負(fù)荷段試驗結(jié)果在450MW 負(fù)荷段，不同閥位下共進(jìn)行了五組試驗，熱耗值、高壓缸效率隨閥門開度的變化關(guān)系見圖6。全國火電600MW 級機組能效對標(biāo)及競賽第十五屆年會論文集 汽機26450MW主汽壓力與熱耗值、高壓缸效率關(guān)系8036.38009.88033.28024.681.5580.8279.7177.848000802

11、0804080608080810018.406 19.085 19.614 21.60675.076.077.078.079.080.081.082.0熱耗值高壓缸效率圖6 450MW 工況下熱耗、高壓缸效率與主汽壓力的變化關(guān)系從上圖中可以看出，450MW3 工況（#1 高調(diào)門全關(guān)，#3 高調(diào)門開度為40%，#2、4 高調(diào)門開度100%）熱耗率、高壓缸效率優(yōu)于其他工況。此工況的主汽壓力為19.085MPa。3.6 400MW 負(fù)荷段試驗結(jié)果在450MW 負(fù)荷段，不同閥位下共進(jìn)行了五組試驗，熱耗值、高壓缸效率隨閥門開度的變化關(guān)系見圖7。400MW主汽壓力與熱耗值、高壓缸效率關(guān)系8058.3802

12、6.68014.88048.581.1880.7978.8177.8180108020803080408050806016.378 16.548 18.046 20.24276.077.078.079.080.081.082.0熱耗值高壓缸效率圖7 400MW 工況下熱耗、高壓缸效率與主汽壓力的變化關(guān)系從圖7 中可以看出，400MW 工況下，400MW2 工況（1 高調(diào)門全關(guān)，#3 高調(diào)門開度為25%，#2和#4 高調(diào)門全開）下的熱耗優(yōu)于其他工況。3.7 360MW 負(fù)荷段試驗結(jié)果在360MW 負(fù)荷段，不同閥位下共進(jìn)行了五組試驗，熱耗值、高壓缸效率隨閥門開度的變化關(guān)系見圖8。全國火電600MW

13、 級機組能效對標(biāo)及競賽第十五屆年會論文集 汽機27360MW主汽壓力與熱耗值、高壓缸效率關(guān)系8079.68042.4 8043.08045.279.7177.69 77.65 77.5880408050806080708080809015.258 17.068 18.918 18.93877.077.578.078.579.079.580.0熱耗值高壓缸效率圖8 360MW 工況下熱耗、高壓缸效率與主汽壓力的變化關(guān)系從圖8 中可以看出，360MW 負(fù)荷工況下，360MW3 工況（#1 高調(diào)門為全關(guān)，#3 高調(diào)門開度為20%，#2 和#4 高調(diào)門全開）點熱耗最低，此負(fù)荷工況點主汽壓力保持在17.

14、068MPa 時，經(jīng)濟(jì)性最佳。4 對比分析從以上各負(fù)荷工況下不同閥位時取得的試驗數(shù)據(jù)可以得出，機組在原閥序工況下的經(jīng)濟(jì)性較差。由于在原閥序工況下閥門存在進(jìn)汽節(jié)流損失，使機組的相對內(nèi)效率偏低，機組熱耗偏高。從圖8 中可以明顯看出，機組在原閥序狀態(tài)下，#1 高調(diào)門開度較小，#2、3、4 高調(diào)門的開度均沒有達(dá)到部分閥門全開的進(jìn)汽方式，造成進(jìn)汽節(jié)流損失較大，熱耗值偏高。原閥序工況下各調(diào)門開度與負(fù)荷對應(yīng)關(guān)系曲線020406080100350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625負(fù)荷（MW）開度（%）#1高調(diào)門#2高調(diào)門#3高調(diào)門#4高調(diào)門圖9 各負(fù)荷段原

15、閥門開度與負(fù)荷的對應(yīng)關(guān)系曲線通過試驗，得出的各負(fù)荷段下閥門開度與負(fù)荷對應(yīng)關(guān)系如圖10 所示：全國火電600MW 級機組能效對標(biāo)及競賽第十五屆年會論文集 汽機28閥門優(yōu)化后調(diào)門開度及熱耗與負(fù)荷的關(guān)系曲線020406080100120350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600負(fù)荷(MW)開度(%)78507900795080008050熱耗（kJ/kWh）#1高調(diào)門#2高調(diào)門#3高調(diào)門#4高調(diào)門修正后熱耗圖10 試驗得出各負(fù)荷段下不同閥位所對應(yīng)的最優(yōu)熱耗關(guān)系曲線從優(yōu)化后的閥門開度曲線（圖10 所示）可以看出，采用優(yōu)化后的閥門開啟控制方式，#1 高調(diào)門在機

16、組帶550MW 以上負(fù)荷時才有開度，到600MW 工況時，#1 高調(diào)門開度為010%（根據(jù)季節(jié)控制），#2、4 高調(diào)門開度均為100%的全開狀態(tài)，所以#2、4 高調(diào)門的節(jié)流損失最小。#3 高調(diào)門在360MW 負(fù)荷工況開度為20%，至500MW 負(fù)荷時，#3 高調(diào)門的開度為100%，所以在360MW500MW 負(fù)荷段，只有#3 調(diào)門存在節(jié)流損失，其他3 個調(diào)門不存在節(jié)流損失，故機組熱耗較原閥序有很大降幅。5 配汽優(yōu)化根據(jù)試驗，我們對機組的優(yōu)化配汽改造，即將原來的復(fù)合配汽方式改為順序閥方式運行，由原來的“兩閥組”運行改為“三閥組”運行方式。根據(jù)機組原有的調(diào)門開啟順序及噴嘴組布置情況，提供順序閥配汽

17、方案的調(diào)門開啟順序為#2、#4#3#1。此閥門開啟順序?qū)?yīng)的閥門開啟曲線如圖11 所示。0.000.050.100.150.200.250.300.350 20 40 60 80 100 120流量百分?jǐn)?shù) %H/DHPGV2&HPGV4HPGV3HPGV1圖11 優(yōu)化后機組的配汽曲線全國火電600MW 級機組能效對標(biāo)及競賽第十五屆年會論文集 汽機29根據(jù)理論計算分析，機組三閥全開對應(yīng)的功率為605MW，兩閥全開對應(yīng)的功率為402MW。機組在300600MW 負(fù)荷之間運行時，三閥全開滑壓運行較為經(jīng)濟(jì)。機組在180300MW 負(fù)荷之間運行時，兩閥全開滑壓運行較為經(jīng)濟(jì)。由于此配汽方式在部分負(fù)荷運行時

18、，最多只存在一個閥門處于節(jié)流狀態(tài)，并不會出現(xiàn)四個調(diào)門都處于節(jié)流狀態(tài)，所以優(yōu)化后的配汽方式能明顯提高機組的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過華電電科院和東方汽輪機廠的試驗確認(rèn)，采用優(yōu)化后的順序閥控制方式，將使機組進(jìn)汽節(jié)流損失降低或消除，機組的經(jīng)濟(jì)性得到明顯提高，熱耗平均下降37kJ/kWh，煤耗約下降1.39g/kWh。6 切換過程根據(jù)上述長沙電廠#1 機組配汽優(yōu)化方案，2010 年7 月2 日湖南華電長沙發(fā)電有限公司對#1 機組進(jìn)行配汽優(yōu)化，實施過程如下：1) 機組負(fù)荷升至一定數(shù)值 450MW 左右，解除AGC 指令，將CCS 控制切除，點擊畫面上功率控制按鈕，將功率控制投入；2) 點擊畫面上閥控方式切換按鈕，在彈出窗口中點擊順序閥按鈕進(jìn)行切換。3) 整個切換過程大約持續(xù) 10 分鐘，在此期間應(yīng)監(jiān)視機組的一些重要參數(shù)是否超限，如機組負(fù)荷、主汽壓力、主汽溫度、再熱蒸汽溫度、調(diào)節(jié)級后壓力、機組1#4#軸振。4) 切換完成，切除功率閉環(huán)回路，投入 AGC 指令，投入AGC 指令。圖12 至圖15 是機組切換前后混合閥與順序閥閥門