改变汽轮机主汽调门运行方式对机组控制的影响分析

刘艳琴

（山西西山热电有限公司， 山西 太原 030021）

1 汽轮机主汽调门运行方式

华能玉环电厂具有一台100 MW的超临界汽轮发电机组，此汽轮机组主要由上海汽轮机公司引进德国西门子技术产生的，拥有大约八级回热抽汽。汽轮机由一个高压缸、一个中压缸、两个低压缸、两个主汽调门以及两个中亚调门等组成，使用了传统的节流配汽方式，相较喷嘴配汽方式，此汽轮机结构更为简单，且机组运行时各级别温度变化范围较小，可以有效适应负荷变化。但此机组在定压运行时会出现较大的节流损失，降低了整个机组的运行效率，对此，本机组采用了补气阀技术，改变了机组汽轮机的调频能力，提升了其运行的安全性与可靠性。机组在运行初期，一般会根据中压调门进行全开位置处置，主汽调门在30%～35%范围内进行开度区域工作[1]。

在对机组进行优化实验时应确定机组的经济运行方式，找到最佳的机组工作负荷，确定负荷—主汽压力曲线，之后确定最佳的优化控制系统，进行机组经济运行实验，并在机组保持经济运行效益的情况下调整机组性能。

2 调门优化试验

华能玉环电厂汽轮机组采用“定—滑—定”的调节方式，根据德国西门子的设计理念可知，汽轮机组在较大负荷范围内应保持全开模式，但实际运行过程中，汽轮调门经常无法保持全开模式，导致了节流损失问题。对此优化试验的第一步则是通过试验确定经济的运行方式，找到最佳的负荷—主汽压力曲线，之后第二步则需要优化控制系统，在满足电网运行需求的基础上实现经济运行。在此期间不但需要考虑机组运行的经济性，还需要满足机组调节性能，比如机组一次调频效果等，这样才可以确定经济且实际应用性较强的运行参数。

3 汽轮经济寻优

华能玉环电厂百万千瓦机组要求保持500～1 000 MW的负荷变化范围，在此负荷段下，汽机调门基本处于节流运行模式，造成了严重的经济损失，对此应将其作为汽机运行节能的可控项目。在综合考虑百万千瓦机组运行安全性与稳定性要求的基础上，将经济寻优试验分为两个步骤，一是各个负荷段应将调门保持在50%开度，观察机组运行情况，记录相关数据信息，之后在50%开度试验的基础上进行调门全开的试验[2]。

具体试验方法是在机组保持稳定运行状态时撤出一次调频，确保机组运行锅炉处于手动模式下，并逐步降低压力定值，直至汽机调门处于50%开度。通过试验可以得出汽轮机在50%开度下的热耗率，之后综合评价比较机组运行的经济性与安全性，为修正控制参数提供参考依据。

汽轮机调门优化试验在2号机组上运行，持续了将近一个月时间，完成了500 MW、600 MW、700 MW以及800 MW几个负荷点下的经济寻优试验，具体结果如表1所示。

表1 2号机组汽机调门优化试验

分析表1数据可知，在机组500 MW及以上的各个负荷点，随着高压调门开度的增大，机组经济水平也相应提升，且调门保持100%开度时，机组处于最佳的经济性，煤耗降低范围在0.9～1.5 g/kWh，而若调门保持50%开度时，则煤耗降低范围在0.5～0.9 g/kWh。试验结果还表明，各个负荷点在调门开度不同时，机组运行稳定，这说明增大调门开度后机组会安全运行。电厂4台机组年发电量为200亿kWh时，每年可以节省9 500～28 500 t煤，为企业节省了大量的运行成本，这表明调门优化试验可以帮助玉环电厂实现节能减排的目标，意义重大。

4 优化机组协调控制

在完成各个负荷点的经济寻优工作后，还应修改负荷—主汽压力的设定曲线，作为寻优后的曲线。之后还应利用负荷变动试验评估机组的负荷响应能力。修改曲线后，机组运行方式发生了较大改变，对此还应重新调试整个控制系统，确定运行方式是否符合电厂需求。

4.1 汽机调门在50%开度下的负荷调整

机组负荷稳定在700 MW时撤出机组自动与一次性调频自动，确保汽机处于初压运行模式，之后将调门保持在50%开度，得到负荷—压力曲线，如图1所示。之后工作人员手动改变压力定值，待机组平稳运行后重新投入协调控制自动系统[3]。

图1 调门50%开度下负荷-压力曲线

为了掌握新曲线下原协调自动的控制性能，进行了700 MW→650 MW以及600 MW→700 MW两种工况试验。试验发现，在原来参数下，压力、汽温以及负荷的变动较大，之后便进行调门50%开度下的系统优化设计。首先，原设计锅炉侧煤以及水的动态增量面积近似长方形控制，随着负荷率变化，煤、水、风等会进行等幅度调节，如图2所示。但调试发现，前期负荷变化力度较小，不适应华东电网的机组要求，对此重新调整动态前馈曲线，如图3所示。其次试验中应不断对曲线进行微小修正，确保负荷稳定时，调门开度保持在45%～55%之间，达到节能效果。再次分析讨论补气阀开启导致的机轴振动问题，调整补气阀开度为25%。最后在机组停机时离线修改补气阀的逻辑回路。

图2 原设计负荷变化前馈量变化曲线

图3 调整后负荷变化时各前馈变化曲线

4.2 汽机调门在100%开度下的负荷优化

完成50%开度的调门优化调整工作后，进行开度100%时调门的优化控制工作，利用补气阀进行调频。当调门处于100%开度时，以下几个问题无法自动调节。首先是调门保持全开时，需要完全依靠补气阀增加通气量，若负荷变化量不在设计范围内时，将需要利用锅炉燃烧调整负荷，此时负荷动态与静态偏差较大，甚至还会因微调燃水比导致中间点温度过高。其次是降负荷过程中，调门开度在67%～100%之间时，其属于空行程，会延长负荷的滞后时间。最后是在达到负荷目标后，补气阀长时间内不能全关。主要因为此阶段补气阀对压力较为敏感，机组设计压力与实际压力之间的偏差会导致补气阀无法关闭，对负荷产生了较大影响[4]。

对于上述问题应进行多次负荷扰动试验优化调整，以达到预期的调节效果。

5 优化初步结论

1）高调门处于50%开度时，负荷具备优良的响应能力，可以满足机组的运行需求。

2）高调门处于100%开度时，负荷响应能力较差。

3）2号机组调门应保持50%开度，采用此开度下的负荷-主汽压力曲线，在实际运行中检验机组调节能力，并进行完善与优化。

4）尽快解决补气阀开度增大导致机组轴振动变大问题，将补气阀开度设定为25%，削弱补气阀带负荷能力。

5）机组在调门全开的模式下，需要完全依靠补气阀对汽机进行负荷调节，此时若需调节负荷大于最大连续运行负荷的10%，则会减弱机组的负荷调节相应力。

6）调门保持全开模式后，受主汽压力的影响依然存在轻微波动问题，补气阀长时间内会出现时开时关问题，以致影响了汽轮机的运行寿命及经济性。对此，电厂还应设定相关试验以有效解决此问题，以有效延长汽轮机的使用寿命。

6 结语

在电厂运营与发展过程中，汽机组的控制工作占据十分重要的位置，合理控制机组可以有效提高电厂的工作效率。通过实际案例证明了改变汽机运行方法可以对发电机组产生积极影响，不但优化了机组的运行模式，且提高了机组的经济效益。