火力发电厂滑压优化技术研究

2021-12-02李千军李德波冯永新廖宏楷

发电设备 2021年6期

朱宇，李千军，李德波，冯永新，廖宏楷，胡勇

(南方电网电力科技股份有限公司，广州 510080)

随着电网峰谷差的日益增大，越来越多的火电机组不得不参与调峰运行，机组的深度调峰也成为常态[1-3]。为了提高机组在变工况下运行的经济性，电厂一般采用滑压方式运行[4-5]。

目前，国内常用的滑压曲线测试方法主要有以负荷为基准、以阀位为基准及联合使用负荷和阀位为基准的滑压优化测试方法。单纯以负荷为基准而不考虑阀位的极端情况有可能会因为选取的压力间隔较大导致试验不能寻优得到使热耗率最小的最佳压力[6-7]。单纯以阀位为基准，则忽略了热耗率最小有可能出现在主蒸汽压力适中的复合滑压运行方式中，导致试验也可能无法寻优得到最佳结果[8-9]。联合使用负荷和阀位为基准的滑压优化测试方法，既包含了压力适中的复合滑压运行方式，又考虑了阀位的极端情况，因此能够通过试验综合对比各负荷段热耗率最小对应的主蒸汽压力，准确找到机组最佳的滑压运行方式[10-11]。

笔者通过联合使用负荷和阀位为基准的滑压优化测试方法，确定了机组最佳的滑压运行方式。同时，考虑到凝汽器真空、回热系统运行状况和锅炉燃烧变化等均会对滑压曲线造成影响，提出通过采用基于调节级压力的最佳滑压运行方式可以使机组始终保持在最佳滑压运行曲线上运行，有利于实现机组变工况下长期安全、经济运行的目的。

1 汽轮机设备概况

某电厂机组1号汽轮机为CCLN600-25/600/600型超超临界单轴、双缸、双排汽、一次中间再热、凝汽式汽轮机。汽轮机总通流级数为28级，高压缸通流级数为11级，包含1个单列调节级和10个压力级，中压缸通流级数为7级，低压缸通流级数为2×5级。回热系统由3台高压加热器、1台除氧器和4台低压加热器组成。汽轮机主要设计参数见表1。

表1 汽轮机主要设计规范

该机组有4个高压调节阀，分别为GV1、GV2、GV3和GV4，目前在30%～100%额定负荷下采用厂家提供的滑压运行方式对主蒸汽压力进行调节。由于机组长期参与调峰运行，偏离设计工况，导致现有的滑压运行方式已经无法匹配机组实际的变工况运行特性，对机组的经济运行造成不利影响。为了有效提高汽轮机在变工况下的运行经济性，对机组开展滑压运行方式优化测试试验，准确找到匹配机组变工况运行特性的最佳滑压运行方式，有利于降低机组能耗水平，实现机组变工况下的安全、经济运行。

2 最佳滑压曲线测试方法

2.1 拟测试工况与工况定义

为了得到机组在50%～100%额定负荷内的最佳滑压运行方式。选定600 MW、三阀位定压下功率、550 MW、500 MW、465 MW、两阀位定压下功率、400 MW、350 MW和300 MW 9个负荷点，整个滑压优化运行试验采用ASME PTC6—2004 《汽轮机性能试验规程》简化试验方法[12]共进行23个工况的试验(见表2)。

表2 拟测试试验工况

在表2中根据调节阀的开启情况和主蒸汽压力对定、滑压运行的测试工况定义如下：

(1) 定压工况：汽轮机侧主蒸汽压力维持额定压力25 MPa，不考虑调速汽门的状态。

(2) 复合滑压1工况：调节阀未全开、主蒸汽压力非额定压力，即仅确定负荷与主蒸汽压力，调节阀开度由当前集散控制系统(DCS)设定的滑压曲线而定。

(3) 复合滑压2工况：调节阀未全开、主蒸汽压力非额定压力，即仅确定负荷，主蒸汽压力比复合滑压1工况对应主蒸汽压力低0.1 MPa左右，调节阀开度由当前DCS设定的滑压曲线而定。

(4) 三阀位滑压工况：GV1和GV2全开，GV3阀位控制在GV4即将开启时的开度。

(5) 两阀位滑压工况：GV4全关，GV1和GV2阀位控制在GV3即将开启时的开度。

(6) 三阀位定压工况：负荷为三阀位滑压工况与定压工况的负荷重合点，汽轮机侧主蒸汽压力维持额定压力25 MPa，GV1和GV2全开，GV3阀位控制在GV4即将开启时的开度。

(7) 两阀位定压工况：负荷为两阀位滑压工况与定压工况的负荷重合点，汽轮机侧主蒸汽压力维持额定压力25 MPa，GV4全关， GV1和 GV2阀位控制在GV3即将开启时的开度。

2.2 测试方法

采用ASME PTC6—2004的简化试验方法，机组按原则性热力系统的方式运行，辅机按设计要求投运。试验前对机组进行隔离，确定试验负荷之后，由运行工程师调整机组运行方式。试验时退出机炉协调系统(CCS)，锅炉手动给煤，且保持给煤速率不变，并根据试验工况要求给出指令控制GV1、GV2和GV3的开度和汽轮机侧主蒸汽压力，完成定压、两阀位滑压、三阀位滑压和复合滑压的试验工况。

2.3 试验结果修正

为便于各负荷工况下不同运行方式的比较，根据制造厂提供的修正曲线对试验热耗率和电功率进行修正：定压运行工况进行主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、再热器减温水流量、低压缸排汽压力5项修正，滑压运行工况进行除主蒸汽压力外的4项修正。

2.4 最佳滑压曲线的确定

在各负荷工况下对比不同运行方式的机组热耗率，选取机组热耗率最小的运行方式对应的主蒸汽压力即为机组在该负荷下的最经济主蒸汽压力，各工况的最经济主蒸汽压力随负荷变化的曲线即为机组基于负荷的最佳滑压运行曲线。将各工况对应的调节级压力作为自变量，将最佳主蒸汽压力作为因变量，其随调节级压力变化的曲线即为机组基于调节级压力的最优滑压运行曲线。

3 最佳滑压运行曲线测试结果分析与讨论

3.1 各负荷点运行方式经济性比较

该电厂1号机组当前DCS设定的滑压运行曲线见图1，在515 MW以上采用定压运行方式，在180～515 MW采用复合滑压运行方式，在180 MW以下采用定压运行方式。

图1 DCS设计滑压运行曲线

2018年联合使用负荷和阀位为基准的滑压优化测试方法对1号机组开展了最佳滑压运行曲线的测试工作，结果见表3。

表3 各运行工况热耗率(修正后)对比

由表3可知：与现有DCS设定的滑压运行曲线相比，采用新的最佳滑压运行曲线在变工况运行的时，热耗率将降低0.2%～0.6%。

3.2 热耗率和负荷的关系曲线

根据各运行工况修正后的热耗率按定压、两阀位滑压、三阀位滑压、复合滑压绘制成曲线便可得到各种运行方式经济运行的拐点。修正后热耗率和负荷的关系曲线见图2。

由图2可以看出，在300～600 MW日常调峰负荷段，对于不同运行方式，对提高汽轮发电机组的经济性而言应遵循以下2点：

图2 各种运行方式下热耗率和负荷关系曲线

(1) 450～600 MW负荷按三阀位滑压运行时机组的热耗率最低(主蒸汽压力≤25 MPa)。

(2) 450 MW以下负荷按两阀位滑压方式运行时机组的热耗率最低。

3.3 主蒸汽压力和调节级压力与负荷的关系曲线

各种运行方式下的主蒸汽压力随负荷的变化关系见图3。在相同负荷工况下，定压和两阀位滑压运行方式的主蒸汽压力最高，复合滑压运行方式的主蒸汽压力次之，三阀位滑压运行方式的主蒸汽压力最低。

图3 各种运行方式下主蒸汽压力和负荷关系曲线

各种运行方式下的调节级压力随负荷的变化关系见图4。

图4 各种运行方式下调节级压力和负荷关系曲线

3.4 基于负荷的最佳滑压运行曲线

根据图2中最经济的运行方式，结合图3得到基于负荷的最佳滑压运行曲线(见图5)。从图5可以看出：主蒸汽压力在438～450 MW负荷段存在较大变化，高压调节阀阀位也会在三阀全开与两阀全开间切换，这样会造成主蒸汽流量产生较大波动。因此，在438～450 MW负荷段应该优先考虑机组运行的安全性，即主蒸汽压力和主蒸汽流量的运行平稳性，而不应该优先考虑运行的经济性。在438～450 MW升负荷过程中，应该先缓慢控制GV3的开启速率，直至三阀全开，然后根据火电厂自动发电控制(AGC)系统的负荷指令将主蒸汽压力调整至最优。在450～438 MW降负荷过程中，应该先缓慢关小GV1、GV2和GV3，直至将阀位调整为两阀全开工况，然后根据AGC系统负荷指令将主蒸汽压力调整至最优。

图5 基于负荷的最佳滑压运行曲线

3.5 基于调节级压力的最佳滑压运行曲线

图5中的滑压运行曲线是在试验状态下将热力系统隔离及参数修正后得到的。图5中对应某负荷的主蒸汽压力会因凝汽器的真空情况、热力系统设备运行状况(包括泄漏状况)、锅炉吹灰情况、锅炉燃烧情况(再热器减温水量、汽温偏差)、向外供辅助蒸汽情况等因素产生明显偏差。当偏差较大时，可采取对最佳滑压运行曲线进行修正的方法，得到新的滑压运行曲线。但由于这些偏差很难定量计算，因此通过修正的方法计算得到的最优主蒸汽压力会存在较大的误差[13-15]。

汽轮机系统和运行参数的变化都将导致调节级压力的变化，以调节级压力作为自变量，得到基于调节级压力的最优滑压运行曲线(见图6)，可以保证机组始终运行在最经济的状态。