600MW亚临界机组滑压曲线优化分析及其改进

李立言，王艳红，张 毅

(1.广东国华粤电台山发电有限公司，广东 台山 529228；2.东北电力大学能源与动力工程学院，吉林 吉林 132012)

广东国华粤电台山发电有限公司(以下简称“台山电厂”)5×600 MW燃煤机组配置的汽轮机是上海汽轮机有限公司引进美国西屋公司技术生产的亚临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、凝汽式、N600-16.7/537/537型汽轮机，最大功率663 MW(VWO工况)，具有较好的热负荷和变负荷适应性.锅炉的型式为亚临界参数、控制循环、四角切向燃烧、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、半露天布置、全钢构架的∏型汽包炉，型号为SG-2028/17.5-M908.

台山电厂对4号机组进行汽轮机本体大修、高压调门解体大修后，调门流量特性和机组运行特性发生较大改变，导致机组高压调阀原有重叠度无法满足现有要求[1].高压调门在顺序阀下运行中上下波动较大[2-4]，机组主汽压力不稳定，机组经济性明显下降[4-5].为了解决上述问题，台山电厂借鉴同类型电厂的解决方案[6-9]，联合上海发电设备成套设计研究院共同对4号机组滑压曲线进行修改.

1 试验条件和工况

1.1 试验方法

本文通过以下两种试验方法对机组经济性进行了全面测量.

(1)测定汽轮机在40%、50%、60%、70%、80%、85%、90%、95%、100%额定工况下的热耗率和高、中压缸效率.

(2)测定汽轮机在40%、50%、60%、70%、80%、85%、90%、95%、100%额定工况下的定、滑压特性，提出最佳运行方式和相应的滑压曲线.

1.2 试验工况

4号机高压调门开启的顺序为2、3 → 1 → 4.

试验工况包含定压(汽机侧主蒸汽压力维持额定16.7MPa)、3阀点(调门保持在GV4全关，GV1阀位控制在GV4即将开启时的开度)、2阀点(调门保持在GV1和GV4全关，GV2、3阀位控制在GV1即将开启时的开度)、复合滑压(调节负荷与主汽压力，调门开度随当前负荷与主汽压力而定，即主汽压力、调门均变化的滑压过程)四种.

2 试验过程及计算

在正式试验开始之前先进行预备性试验，确定汽轮机及辅机状况是否满足试验条件、所有试验仪表是否正常、各系统隔离是否彻底、机组主辅机设备运行及调节是否稳定，确保各系统正常无误后方可进行正式试验.

2.1 热耗计算

计算方法依据ASME PTC6标准及ASME PTC6A-1982算例进行.

公式中：HR为试验热耗率，kJ/kWh；Gms为主蒸汽流量，kg/h；Hms为主蒸汽焓，kJ/kg；Ghrh为热再热蒸汽流量，kg/h；Hhrh为热再热蒸汽焓，kJ/kg；Hfw为最终给水焓，kJ/kg；Gcrh为冷再热蒸汽流量，kg/h；Hcrh为冷再热蒸汽焓，kJ/kg；Grhs为再热减温水流量，kg/h；Hrhs为再热减温水焓，kJ/kg；P为发电机功净功率(若是静态励磁，则扣除励磁功率)，kW.

2.2 汽轮机缸效率的计算

汽轮机高、中压缸效率指的是汽缸相对内效率，采用焓降效率的方法进行计算.

公式中：ηih为高压缸效率；HMS为高压缸进汽焓值，即主蒸汽焓值；HCRH为高压缸排汽焓值，即冷再蒸汽焓值；ΔHH为高压缸理想焓降.

公式中：ηim为中压缸效率；HHRH为中压缸进汽焓值，即再热蒸汽焓值；HMOH为中压缸排汽焓值，即中低压连通管蒸汽焓值；ΔHM为中压缸理想焓降.

3 试验结果对比分析

通过对240 MW、300 MW、360 MW、420 MW、480 MW、510 MW、 540 MW 7个负荷段汽缸效率与主汽压力进行计算，结果如图1～图7所示.

图1 240MW工况图2 300MW工况

从图1可以看出，随着主汽压力的降低，高压缸效率整体变化趋势是升高，并且高压缸效率提高和给水压力降低等带来的收益大于循环效率降低带来的影响，所以热耗率是逐步下降.另外考虑到机组一次调频要求和机组安全运行，240 MW工况及以下工况主汽压力不能过低，根据现场实际经验，不能低于10.5 MPa.

综合上所述，机组在240 MW负荷附近运行时的主蒸汽压力经济运行的值为10.5 MPa.

从图2可以看出随着主汽压力的降低，高压缸效率整体变化趋势是升高，但是热耗先降低后升高，即说明高压缸效率提高和给水压力降低等带来的收益相对于循环效率降低带来的影响会出现最佳运行点，

综合上所述，机组在300 MW负荷附近运行时的主蒸汽压力经济运行的范围约为11.3 MPa～12.2 MPa之间.

图3 360MW工况图4 420MW工况

从图3可以看出随着主汽压力的降低，高压缸效率整体变化趋势是升高，但是热耗先降低后升高，即说明高压缸效率提高和给水压力降低等带来的收益相对于循环效率降低带来的影响会出现最佳运行点.

综合上所述，机组在360 MW负荷附近运行时的主蒸汽压力经济运行的范围为13 MPa～14 MPa之间.

从图4可以看出随着主汽压力的降低，高压缸效率整体变化趋势是升高，但是热耗先降低后升高，即说明高压缸效率提高和给水压力降低等带来的收益相对于循环效率降低带来的影响会出现最佳运行点.

综合上所述，机组在420 MW负荷附近运行时的主蒸汽压力经济运行的范围大约为14.2 MPa～14.8 MPa之间.

图5 480MW工况图6 510MW工况

从图5可以看出随着主汽压力的降低，高压缸效率整体变化趋势是升高，但是热耗先降低后升高，即说明高压缸效率提高和给水压力降低等带来的收益相对于循环效率降低带来的影响会出现最佳运行点。

综合上所述，机组在480 MW负荷附近运行时的主蒸汽压力经济运行的范围大约为15 MPa～16 MPa之间.

从图6可以看出随着主汽压力的降低，高压缸效率整体变化趋势是升高，热耗虽然从趋势图上体现是先升高后又略微有下降，但是整体变化幅度不大，在加上510 MW-3工况试验功率比其余2工况偏高，导致热耗降低，如果扣除多出的0.5 MW功率的影响，整体热耗变化趋势应该是随着压力降低热耗逐渐升高.

综合上所述，机组在510 MW负荷附近运行时的主蒸汽压力经济运行的点为16.7 MPa，即为定压运行.

图7 540MW工况图8 滑压曲线

从图7可以看出随着主汽压力的降低，高压缸效率整体变化趋势是升高.对于热耗，540 MW-1和540 MW-2工况运行边界条件较为接近，且在同一天进行，主汽压力尽管有0.557 MPa偏差，但是热耗降低幅度很少，可以忽略，540 MW-3工况循环水温度比其余2个工况降低0.5度，整个边界条件不同，尽管该工况下主汽压力降低0.7 MPa，热耗仅降低约9 kJ/kW·h，考虑3个工况在试验时存在不同程度的补水和边界条件不同，该工况数据仅供参考.

综合上所述，考虑到其余机组540 MW工况已经定压运行，该机组510 MW工况也是定压运行，故540 MW负荷附近运行时的主蒸汽压力经济运行的点为16.7 MPa，即为定压运行.

4 机组最佳滑压曲线

通过各个工况的计算和分析，可获得4号汽轮机目前在各负荷下的定滑压运行曲线，并对原滑压曲线进行对比，如图8所示.机组新运行的主汽压力值较原运行的主汽压力值偏低，原滑压曲线临界负荷点分别约为427 MW和240 MW，新滑压曲线临界负荷点分别约为501和226 MW，即在501 MW负荷及以上时，建议按照16.7 MPa定压运行，在501 MW与226 MW之间建议按照新滑压曲线运行，具体公式参见图中公式(x-功率，y-主汽压力)，低于226 MW负荷时建议机组按照10.5 MPa定压运行.

5 结 论

台山电厂4号机组通过对多负荷段机组滑压曲线进行对比分析，得出各个负荷下机组效率最高的最佳运行压力，总结出该机组实际运行时的最佳滑压曲线，有效提高了汽轮机循环热效率，降低机组热耗.同时阀门重叠度优化后能够有效抑制高压调门波动，对机组的安全、稳定运行提供了可靠保障.