600 MW亚临界汽轮机配汽方式优化实践

刘兴华

(宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司, 宁夏青铜峡751604)



600 MW亚临界汽轮机配汽方式优化实践

刘兴华

(宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司, 宁夏青铜峡751604)

摘要：由于近年来600 MW机组频繁参与调峰，汽轮机在部分负荷运行时节流损失较大。通过修改汽轮机阀门控制的逻辑组态，并对汽轮机的配汽方式以及定滑压曲线进行了优化，有效降低了汽轮机部分负荷运行时阀门的节流损失，提高了机组的经济性。

关键词：配汽方式优化；复合阀；顺序阀；经济性

0引言

由于国内电网容量增大所导致的电网峰谷差增大，以及清洁能源发电比例增加(如水电、风电等) 所导致的电力结构变化，要求大容量高参数机组必须参与调峰运行[1]。国内600 MW等级机组频繁参与电网调峰，常年在60%～80%负荷区间运行，汽轮机节流损失较大，为了提高机组运行经济性，需要对原配汽方式进行优化改进[2～7]。

宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司(以下简称大坝电厂)使用的2×600 MW的亚临界空冷燃煤机组，为东方汽轮机厂引进日立技术生产的亚临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，型号为NZK600-16.7-538/538。该类型机组配汽方式为东方引进日立型复合配汽，调节阀采用多阀系统，各阀严格按照预定的程序执行启闭、升程关系固定。当机组在较低负荷运行时，汽轮机采用节流调节，此时调节阀同时开启，随着负荷的升高，逐步关小或关闭部分阀门，转为喷嘴调节。这种配汽方式在额定负荷下的效率较高，但在部分负荷时，节流损失较大[7]。采用原来的这种设计，在较大的部分负荷范围内，4个调节阀开度偏小，节流损失较大。因此，就有必要对此类机型配汽方式进行优化，以适应实际运行的要求。

1 配汽方式优化思路

大坝电厂设计的汽轮机阀门控制方式为复合阀，该控制方式下高调阀的开启顺序为GV1-GV3-GV2-GV4，如图1所示。机组启动时采用全周进汽的配汽方式(节流调节)，正常运行部分进汽的方式，其部分进汽方式下阀门配汽曲线如图2所示。

图1　高压调节汽门相对位置示意图(正对机头)

图2　部分进汽方式下阀门配汽曲线

汽轮机高压调节阀对应的喷嘴组及导叶数见表1。喷嘴组为非均匀布置，Ⅰ，Ⅳ号阀对应57只喷嘴，Ⅱ，Ⅲ号阀对应35只喷嘴。该配汽方式在启动和低负荷阶段按节流配汽方式运行，在额定负荷下按喷嘴配汽方式运行。在额定负荷下的运行效率较高，调节阀的平均压损为3.72%，但在低负荷时段，由于高调阀开度较小，调节阀的平均压损达到15%，阀门节流损失较大，具体见表2。

表1　高压调节阀对应的喷嘴组及导叶数

表2　复合阀方式下调节级压损变化

对大坝电厂汽轮机配汽方式进行优化分析，在充分考虑调节级部分进汽时强度的影响基础上，通过修改DEH的阀门特性曲线和逻辑组态，增加顺序阀功能，在实际机组运行中可根据需要进行复合阀-顺序阀之间的无扰切换。在顺序阀方式下，至少要保持2个以上调门处于全开状态，以保证调门的节流损失为最小。通过在顺序阀方式下进行汽轮机变工况性能试验，并分别计算各试验工况下的汽轮机热耗，以确定最佳的阀门特性曲线和滑压运行曲线。

2优化试验的经济性分析

通过在不同负荷下的阀序切换试验，分析了360 MW和450 MW负荷工况时顺序阀和复合阀方式下的高压调节阀压损的变化情况，如表3，4所示。可以看出在360 MW，450 MW负荷时，顺序阀方式运行时高压调节阀的压损较复合阀方式降低了4%，汽轮机高压缸效率分别提高了3.2%(调节阀压损每变化1%影响高压缸效率变化0.8%)，估算可以影响供电煤耗降低1.9 g/kW·h，机组运行经济性得到了提高，节能效果明显。

表3　360 MW工况下复合阀、顺序阀的调节阀压损变化

表4　450 MW工况下复合阀、顺序阀的调节阀压损变化

通过不同工况下的顺序阀试验，得出机组在300～600 MW负荷时，配汽方式优化前后的热耗值对比结果，如表5所示。可以看出在顺序阀方式，部分负荷阶段顺序阀配汽方式经济性明显优于复合配汽方式，在600 MW 负荷时原配汽方式经济性与顺序阀配汽方式经济性基本相当。但是总体趋势为负荷率越低，二者热耗差值越大。顺序阀优化后，减小了部分负荷工况下高压调节阀节流损失，各部分负荷热耗改善的平均值可达到34.45 kJ/kW·h。大坝电厂汽轮机配汽方式优化后，有效提高了机组的经济性。两种配汽方式下的经济性对比如图3所示。

图3　两种配汽方式经济性对比

负荷点/MW300360400450510550600原阀序计算热耗/(kJ·(kW·h)-1)8798.18698.48597.38503.98431.28372.88321.7顺序阀方式计算热耗/(kJ·(kW·h)-1)8740.18648.58554.58472.68417.28361.58322.8热耗改善/(kJ·(kW·h)-1)57.949.742.831.213.811.3-0.9热耗改善平均值34.45(300～550MW负荷段)

通过对大量的试验数据进行对比分析，对顺序阀方式下的阀门特性曲线进行优化，如图4所示。经过修改汽轮机阀门控制的逻辑组态，实现了在机组启停阶段使用复合阀配汽方式，负荷360～450 MW时可以进行复合阀-顺序阀的无扰切换的功能。此外，考虑到电网对并网机组的AGC、一次调频性能等要求，大坝电厂进行了顺序阀方式下的负荷变化试验和一次调频试验，通过试验发现顺序阀方式下机组的一次调频性能较电网要求还有一定的差距，在转速偏差4 r/min一次调频动作量低于电网要求值5 MW以上，不满足一次调频性能要求。此问题需要进一步优化阀门特性曲线或提高滑压曲线压力的初始值。

图4　顺序阀方式下的阀门特性曲线

3顺序阀配汽方式的安全性校验

大坝电厂5，6号机组投产后曾经出现过#1，#2号轴瓦温度高的问题，轴瓦温度最高时曾达到112 ℃，严重威胁机组安全运行。首先是调整了高调阀的开启顺序，改变蒸汽进汽的不平衡度，在一定程度上降低了轴瓦温度。后来通过进行技术改造，将#1，#2号可倾瓦由中心支撑方式改造为有一定预负荷的偏心支撑方式后，汽轮机轴瓦温度高的问题得到彻底解决。但是也反映出了汽轮机配汽方式的改变，对轴系、转子中心位置都会产生影响。因此，在进行阀门顺序阀配汽方式改造时，必须考虑汽机本体运行安全性。

大坝电厂进行的配汽优化的安全性试验，重点关注高调阀阀序改变前后汽机本体轴振、瓦振及轴承金属温度变化情况。首先试验将阀序切换为2/4-3-1方式，但是发现#1轴承振动的X，Y方向分别由35 μm，45 μm上涨至62 μm，80 μm，尤其是CV1由全关开启的瞬间#1轴承振动明显上升，故2/4-3-1的顺序阀阀序方式不利于机组的安全运行。再次试验将阀序切换至2/4-1-3 方式，观察汽轮机各瓦振动、轴承温度均无异常变化，如表6所示。在420 MW 负荷工况下，采用2/4-1-3 的顺序阀进汽阀序后，#1 瓦、#2 瓦温度降低约14 ℃(分析此阀序的蒸汽进汽方式将转子的中心位置抬高，降低了轴承载荷，使轴瓦温度降低)，#3 瓦、#4 瓦温度基本保持不变，#1-X，#1-Y，#2-X，#2-Y，#3-X，#3-Y轴振值以及#1，#2，#3，#4 瓦振值均基本不变，通过安全性试验可以看出机组的阀序改变后各瓦轴承振动基本不变，而且降低了#1，#2的轴承温度，表明机组可以在2/4-1-3 的顺序阀阀序下安全运行，如表6所示。

表6　改变阀序前后瓦温、轴承振动对比

4结论

在满足汽轮机本体安全运行的前提下，通过修改高调阀的阀门控制逻辑，进行汽轮机配汽方式的优化实践，可有效降低汽轮机部分负荷的阀门节流损失，提高汽轮机效率，经济效益明显。对于顺序阀配汽方式改造后一次调频性能不足的问题，需要对一次调频函数和阀门特性曲线进行进一步优化，以满足电网安全运行的需要。

参考文献：

[1]李勇，单丽清，卢丽坤. 某600 MW 汽轮机配汽方式优化方法研究[J]. 汽轮机技术，2013,55(3):205-207.

[2]庄建华,谢金土,胡平生，等. 600 MW超临界汽轮机配汽方式优化[J]. 发电设备，2007，(6)： 445-448.

[3]钟阁顺,孟林辉,张秀坤，等. 引进型600 MW凝汽式汽轮机配汽方式的优化[J]. 华北电力技术, 2007，(2):35-38.

[4]吴华强，张彩，董益华，等. 东汽600 MW 亚临界汽轮机配汽方式改造[J]. 电力科学与工程, 2013,29(8):73-78.

[5]肖锋.1 000 MW 超超临界汽轮机配汽方式优化[J]. 广东电力, 2013,26(8)：94-98.

[6]王明坤，王旭荣，王晓斐，等. 超临界汽轮机配汽方式的优化分析[J].汽轮机技术，2014,56(4)：272-274.

[7]刘兴晖，任江波，李刚. 超临界600 MW 汽轮机配汽方式优化分析[J]. 河北电力技术, 2013,32(增刊):1-3.

Optimization Analysis on Steam Distribution Mode of 600 MW Subcritical Steam Turbine

Liu Xinghua(Ningxia Datang International Daba Power Generation Co.,Ltd., Qingtongxia 751604, China)

Abstract：Due to 600MW unit frequently participates in peak load regulation in recent years. This kind of steam distribution mode causing the throttling losses of the unit is high，and the economical efficiency of the unit is low when the unit running under part load．Aiming at the higher throttle loss problem of steam distribution mode, this paper provides the steam distribution mode and sliding pressure curve optimized solutions. And the economics of the unit can be increased when the unit running under part load．

Keywords：optimization of steam distribution mode；composite valve；sequence valve； economy

作者简介：刘兴华(1982-)，男，工程师，研究方向为热能与动力工程,E-mail:lxh1045@163.com。

收稿日期：2015-09-29。

中图分类号:TK263.7

文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2015.12.011