国产300 MW亚临界机组滑压优化运行试验研究

殷　戈， 李广伟

(国电科学技术研究院， 南京 210046)



国产300 MW亚临界机组滑压优化运行试验研究

殷戈， 李广伟

(国电科学技术研究院， 南京 210046)

摘要：介绍了某国产亚临界300 MW机组滑压优化运行的试验研究方法。通过在各工况下进行定滑压运行性能对比试验,得到了机组优化后的滑压运行曲线。新的滑压运行方式有效地降低了汽轮机热耗率,提高了机组变负荷时的运行经济性。

关键词：滑压曲线; 优化试验; 拐点; 表压; 绝压

随着我国电网负荷峰谷差的日益增大，要求机组调峰的时间越来越多。汽轮机处于低负荷运行状态时，热经济性大大降低。在影响机组低负荷运行热经济性的主要因素中，只有运行方式可以人为调整，所以研究汽轮机在低负荷时的运行方式对现场节能降耗就具有十分重要的意义。滑压运行是目前机组低负荷运行期间经常采用的方式之一[1]。

通过变负荷滑压运行试验，可以掌握机组在变负荷运行时的特性，确定在变负荷时的最优运行主汽压力，使机组在运行中保持最佳的运行方式，从而进一步挖掘机组节能潜力，降低机组供电煤耗。

1试验原理及方法

1.1 试验原理

在调节级、压力级的共同作用下，机组热效率与通流量之间存在如下关系[1]：

(1) 当机组从最佳经济运行点增大蒸汽流量时，调节级效率升高，同时调节级做功能力降低，排汽损失加大。共同作用下，整机效率降低，热耗率增加。

(2) 从最佳经济运行点降低蒸汽流量时，调节级做功能力加大，效率变差，整机效率降低，机组热耗率增加。

(3) 每组主蒸汽参数下都有类似运行曲线。

由上述关系可以推断出，在各个负荷段均存在最经济的运行工况，偏离此运行工况机组热效率下降，经济性变差；因此，可以通过高精度的试验方法，确定各个负荷段的最经济运行参数，进而确定整个机组运行的滑压曲线。

1.2 试验方法

机组滑压优化试验方法有试验比较法和耗差分析法[2]。

试验比较法是指在机组通常运行范围内选取若干个典型负荷点，在每个负荷点上采用主汽寻优的方法，进行机组热耗率试验，以机组热耗率最小为寻优目标，来选取机组各个工况下最佳滑压运行点，进而确定机组最佳滑压优化曲线的方法。

耗差分析法是建立在机组耗差计算模型基础上的一种滑压运行优化方法，借助性能试验测试手段，结合局部能耗分析法，分别计算这些参数对机组热耗率影响的分项耗差，汇总得出耗差总和，并以耗差总和最小作为机组不同滑压运行方式寻优评判的依据，确定机组滑压运行曲线。

文献[2]研究结果表明，上述两种方法在实际应用中分析结果是一致的，故根据试验条件，可以选用任意一种试验方式进行机组滑压优化，笔者采用的是试验比较法。

试验主要步骤可以描述为：

(1) 严格按照设计热力系统，进行系统隔离。

(2) 进行机组流量平衡试验，确认机组不明漏率满足试验标准要求[3]。

(3) 机组按照滑压方式运行。

(4) 负荷稳定在100%THA负荷，温度维持设计值，分别在设计主汽压力、高于设计压力、低于设计压力三种工况进行机组热耗率试验。

(5) 按照步骤(4),分别进行90%THA负荷、80%THA负荷、70%THA负荷、60%THA负荷、50%THA负荷机组热耗率试验。

(6) 根据各负荷点的热耗值与主汽压力，按照主汽压力寻优方法，求出热耗最低的工况点。

(7) 根据各工况点最优运行工况点，拟合出滑压运行曲线。

(8) 由滑压曲线和额定压力，确定上拐点(起滑点)负荷点。

(9) 综合考虑锅炉燃烧情况、给水泵汽轮机安全运行及机组经济性，确定滑压曲线下拐点。

2试验结果分析

按照试验比较法步骤，通过高精度性能试验，对某电厂国产300 MW亚临界机组进行了滑压优化试验。试验在300 MW、270 MW、240 MW、210 MW、180 MW、150 MW 6个负荷段下进行，每个负荷段选取3个不同初压工况，共进行18个工况点试验。通过分析各个工况点的试验结果，得出机组的滑压运行曲线。

2.1 各工况试验结果分析

各工况下试验主要数据及计算结果见表1。

由表1可以看出：在各个负荷段，随着初压变化，机组热耗率也会发生变化。以240 MW负荷段数据为例，热耗率和初压关系见图1。

由图1可以看出：在初压为16.4 MPa附近，存在一个最低的热耗率工况点。通过热耗率与初压数据，可拟合出对应的多项式：

QHR=67.887p2-2 256.8p+27 014

(1)

式中：QHR为热耗率，kJ/(kW·h)；p为机组初压，MPa。

对式(1)求极值，可以得出在240 MW负荷段，机组的最优初压为16.62 MPa，对应热耗率为8 258.03 kJ/(kW·h)，负荷为243.12 MW。

其他负荷段也做同样优化，可以得到各个负荷段的最优初压值，见表2。

表2　各负荷段机组最优初压及热耗率

270 MW和300 MW负荷段，仅从试验数据分析，初压越高，热耗率越低，但综合机组运行安全性因素考虑，机组不能长时间处于超压状态运行，故仍采用设计初压。

2.2 滑压拐点的确定

理论上，机组滑压的上拐点可以用试验方法得到，即按照设计值和同类型机组的滑压曲线，预先估算出可能的上拐点区间，在此区间进行高密度的性能试验，取热耗值最小的工况点为上拐点。这样测得机组上拐点较精确，但是操作过程中存在试验工作量大、费用高等缺点。因此，可以根据各负荷段的试验数据，采用推算的方法得出机组滑压上拐点，即利用其他各负荷段最优的滑压工况点，拟合出滑压部分机组负荷与初压关系式，代入设计初压，计算出对应负荷，从而确定机组上拐点。

按照上述方法，机组的负荷与初压关系式为：

W=15.221p-10.528

(2)

式中：W为机组功率，MW；p为机组初压，MPa。

代入设计初压16.67 MPa，可得出对应的功率为243.20 MW，从而确定机组滑压曲线的上拐点为(243.20 MW，16.67 MPa)。

下拐点的确定主要考虑锅炉燃烧的稳定性和给水泵汽轮机的运行稳定性运行条件，综合上述两方面因素，滑压曲线的下拐点确定为(155.48 MW，10.87 MPa)。

2.3 滑压曲线的确定

由前述工作可以确定机组优化的滑压曲线：

p=0.065 7W+0.691 7

(3)

式中：p为机组初压，MPa；W为机组功率，MW。

优化前后的机组滑压曲线见图2。

3优化结果应用分析

3.1 优化结果应用

(4)

由式(3)可以看出：电厂设备测量主汽压力值与计算所用压力值，除了大气压、高差修正外，还有不同变送器之间的测量修正量差值。综合考虑这些因素后，机组滑压曲线为：

pg=0.066 8W-0.415 1

(5)

式中：pg为机组初压，MPa；W为机组功率，MW。

3.2 优化结果分析

优化后，机组负荷在243.20～300 MW时，调整前后均为定压运行，经济性能不变；负荷在210～243.20 MW时，优化后机组热耗率可降低约5.48 kJ/(kW·h)，折合供电煤耗约0.20 g/(kW·h)；在155.48～210 MW中低负荷区域时，机组热耗率受主汽压力变化影响幅度较大，机组热耗率整体降低约17.74 kJ/(kW·h)，折合供电煤耗约0.66 g/(kW·h)。优化前后的机组热耗随负荷变化的趋势见图3。

4结语

(1) 国产300 MW容量机组，由于设计及运行条件改变，导致机组偏离设计工况运行，存在优化空间。

(2) 通过试验比较法，可以实现机组滑压曲线优化。

(3) 滑压优化后，机组在中、低负荷段节能效果较明显。

(4) 优化后滑压曲线在应用到机组控制中时，应进行绝压向表压逆向修正。

参考文献：

[1] 刘双白. 汽轮机定滑压运行曲线测试方法研究[J]. 华北电力技术， 2007,37(12)：12-15.

[2] 童小忠，孙永平，樊印龙. 汽轮发电机组滑压运行寻优方法的试验研究[J]. 浙江电力， 2008,21(5)：25-27.

[3] ASME. ANSI/ASME PTC 6—2004 Steam turbines performance test codes[S]. Newyork: ASME, 2006.

Experimental Study on Sliding Pressure Operation Optimization of a Domestic 300 MW Subcritical Unit

Yin Ge, Li Guangwei

(Guodian Science and Technology Research Institute, Nanjing 210046, China)

Abstract：Experimental studies were conducted to optimize the sliding pressure operation of a domestic 300 MW subcritical unit. Through comparative tests on performance of the unit between constant and sliding pressure operation respectively, an optimal sliding pressure operation curve was obtained. The new sliding pressure operation mode has helped to effectively reduce the heat rate of steam turbine, thus improving the operation economy of the unit under variable load conditions.

Keywords：sliding pressure curve; optimization test; knee; gauge pressure; absolute pressure

中图分类号：TK267

文献标志码：A

文章编号：1671-086X(2016)02-0081-04

作者简介：殷戈(1983—)，男，工程师，从事火电机组性能试验、节能分析及调试技术研究。E-mail: inger123@163.com

收稿日期：2015-07-02