亚临界600?MW机组低负荷运行适应性优化改造

2015-05-12王锐邹学明马志国孙建国李飞刘金龙

科技创新导报 2015年34期

王锐　邹学明　马志国　孙建国　李飞　刘金龙

摘要：许多参与电网调峰的亚临界600 MW机组日益大范围偏离额定工况运行。该文以达拉特电厂和发耳电厂的两类典型空冷和湿冷亚临界600 MW机组为案例，首先阐述并分析了喷嘴组优化改造的节能优势及潜在问题；然后，给出了高调门流量特性曲线优化的必要性和附加收益；最终，通过硬改造和软优化相结合的方式，解决机组全年低负荷运行的安全高效性问题。此外，还指出了机组的真正低负荷节能运行还需结合考虑背压变化的三维滑压优化。这对大功率火电机组低负荷运行适应性优化改造具有一定的借鉴指导意义。

关键词：亚临界 600 MW机组低负荷适应性优化改造

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（a）-0080-03

目前，越来越多的大功率火电机组不得不长时间大范围偏离额定设计工况运行来调节不断增大的电网峰谷差，机组运行效率严重降低[1-2]。喷嘴调节方式虽然可以在一定程度上提高机组低负荷运行的经济性，然而，不合理的喷嘴配汽规律设计也会给机组的安全稳定运行带来影响。所以，早期国内针对汽轮机喷嘴配汽问题研究大都从软件方面进行，包括通过优化进汽顺序解决机组轴系稳定较差的问题[3-4]和优化重叠度降低机组高调门的节流损失[5]。接着，一些研究者开始注重研究节流调节和喷嘴调节方式的无扰切换问题，即降低切换过程的负荷波动和汽压波动[6]。近几年随着风电等随机波动性新能源电源的大规模接入，不仅机组一次调频和AGC性能的调节品质考核变得更加严格，而且机组偏离设计工况的运行时间更久、范围更宽。所以，大功率调峰机组面临的低负荷安全高效运行问题更加严峻，需非常重视挖掘机组节能潜力、降低发电煤耗、节约发电成本、提高上网竞争优势[7-8]。并且，随着电网中参与调峰的亚临界600 MW级别机组的逐渐增多，机组低负荷运行适应性优化改造就显得非常必要[9-10]。该文选取空冷和湿冷两类典型亚临界600 MW机组为研究案例，分别阐述了喷嘴组硬改造和高调门流量特性曲线软优化两种低负荷运行方式适应性优化策略的优势和弊端。在此基础上提出了两者结合的互补性以及滑压优化的必要性。

1 案例机组概况及节能潜力分析

1.1 亚临界600 MW湿冷机组案例

大唐贵州发耳电厂配备4台亚临界600 MW湿冷机组，4台汽轮机均为上海汽轮机有限公司设计制造的N600-16.7/538/538型亚临界、三缸四排汽、凝汽式汽轮机。厂里的1～4号机组分别于2008年6月21日、2008年11月26日、2009年11月10日和2010年06月10日投产。以4号机组为例，汽轮机热耗率为8 305.2 kJ/kW·h，与设计值7 859.0 kJ/kW·h偏离较大。

1.2 亚临界600 MW空冷机组案例

达拉特发电厂配备2台亚临界600 MW空冷机组，汽轮机生产厂家及型号与发耳电厂相同，汽轮机型号为N600—16.7/538/538。2台机组的热耗率相对设计值偏离不严重，属于优良机组。然而，机组却存在喷嘴调节故障：机组原设计高调阀开启顺序为GV3+GV4→GV2→GV1，机组在原顺序阀设计规律下运行时，#1、#2瓦的瓦温最大升高量约10 ℃，EH油压最大波动量约1 MPa，严重影响了机组的安全运行，以至于机组不得不以单阀方式运行，运行经济性极其低下。

2 喷嘴组优化改造策略

2.1 上汽亚临界600 MW机组喷嘴布置图

上汽厂生产的600 MW级别机组喷嘴数目布置如图1所示。通过对类似电厂现场调研，发现对于汽轮机调节级喷嘴组的整体更换可以部分解决机组原先设计、制造方面的缺陷，对于机组节能降耗的作用较大。因此，解决2台湿冷机组的热耗率较设计值偏离较高的问题，需要整体更换新的定制式设计的调节级喷嘴组。

2.2 喷嘴组优化改造理论依据

并网运行的许多亚临界600 MW火电机组受电网负荷调度限制，频繁地参与系统调峰，当机组负荷低于THA设计值，其运行经济性下降。由于汽轮机出力能力与其经济性是相左的，经济性下降的程度差别与调节级喷嘴组相关性较大，属于设计制造质量问题。通流面积与实际通流需求的不匹配，随负荷下降，经济性下降偏离额定工况越大，再加上原主机厂设计的喷嘴组在设计、制造过程中存在不完善的状况，造成在运机组的调节级效率较差，通流面积过大成为一个普遍的问题。同时，目前机组的平均负荷率普遍较低，导致机组额定负荷试验结果不错而实际运行效果却很差。特别是循环水平均水温的设计背压下，额定负荷和低负荷工况特别突出。即便是机组进行检修后，这个问题也是存在的。以发耳电厂#1机组为例，机组B修后的试验结果显示：随着机组功率下降，发电热耗率相对THA设计值上升；80%负荷上升17.6 g/kW·h，60%负荷上升31.3 g/kW·h。

3 喷嘴组改造弊端及调整措施

3.1 喷嘴组改造对机组调门特性曲线的影响

3.1.1 喷嘴组改造对机组调节特性的影响

汽轮机喷嘴组改造直接影响了机组的调节级实际流量特性，导致高调门特性曲线发生偏离。因此，喷嘴组改造对机组调节特性产生影响，导致机组阀门综合流量特性曲线的线性度较差，对机组调节能力和整体运行效益都会有很大的影响。

3.1.2 调门特性曲线存在的其他问题分析

进一步分析，上汽亚临界600 MW机组的出厂顺序阀设计规律属于上缸进汽方式，不仅达拉特电厂2台空冷机组出现了顺序阀投运问题，锦界电厂4台机组也出现了类似问题[11]。同时，当机组低负荷运行时，尤其是机组上半缸进汽，进汽不均引起上下缸温差，导致产生较大的漏汽量，影响机组运行经济性；根据目前公开文献资料显示，影响煤耗0.5 g/kW·h左右；此外，#4机组阀门流量特性曲线设计不合理，系统调节性较差；尤其是，对于#1高调门，正常参与调节时动作幅度过大，对油动机等阀门硬件系统的使用寿命影响较大，严重时还会导致硬件故障，影响机组的安全稳定运行[12]。

3.2 机组高调门特性曲线优化及效果

3.2.1 整体优化方案

通过检修后数据分析得到验证，机组进行喷嘴改造机组的阀门特性发生较大改变：机组的计算流量与实际流量特性存在较大偏差，流量特性曲线线性度较差；尤其是当机组运行至流量特性最差部位，不仅不利于机组的调节性，严重时还可能发生阀门摆动、甚至是负荷振荡。通过理论分析及试验测试得到整体综合优化方案为#2+#3→#1→#4，如图2所示。达拉特电厂2台机组的优化结果也是如此，只不过每个调门的特性不同。

3.2.2 案例机组的整体优化效果

通过该配汽综合优化技术，对发耳电厂和达拉特电厂的案例机组进行优化改造，取得效果如下所述。

（1）在机组安全稳定运行方面：优化后，明显改善机组阀门的综合流量特性曲线的线性度，解决由于机组流量特性曲线较差引起的阀门异常调节问题；优化机组配汽不平衡汽流力，使机组的瓦温或者轴振得到改善，顺序阀轴振和瓦温水平接近单阀运行状态。

（2）在机组直接运行经济性方面：对于机组阀门重组及开启重叠度进行合理优化设计，降低节流损失，减小低负荷上半缸进汽时的漏汽量，在230～350 MW负荷段降低机组发电煤耗0.5 g/kW·h左右。

（3）在机组间接运行经济性方面：优化高调门的开启规律，消除调门异常调节，减少原件磨损、增加使用寿命，间接提高电厂效益；改善机组综合流量特性曲线的线性度，提高机组调节性能（如AGC和一次调频），间接提高电厂的运行经济性，增加电厂运行效益。

4 结语

该文以几台典型空冷和湿冷机组为例，阐述了亚临界600 MW级别汽轮机低负荷运行适应性优化改造的策略研究，得到了如下的结论：喷嘴组硬件改造在提高汽轮机低负荷运行经济性的同时也带来了弊端，因此，不能单独使用；必须结合高调门流量特性曲线优化方法解决喷嘴组改造带来的不良影响，在实际中真正实现了安全节能的效果。后期，还需针对机组背压变化进行滑压运行曲线的三维优化，真正实现低负荷高效运行。

参考文献

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