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660MW汽轮机配汽方式的优化

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：齐仕潮

[导读] 摘要：本篇文章，主要以型号为N660—25/600/600的汽轮机为主要实例进行分析，并且对配汽特性的曲线以及整体的滑压曲线进行了设计并且优化，结果表示：机组本身的配汽方式主要是由原本的复合配汽模式进一步切换为顺阀的控制模式，也就是说，基于CV1、CV2、CV3、CV4这样一个顺序进行阀下运行，是可行的。

        （青海黄河上游水电开发有限责任公司西宁发电分公司 811600）
        摘要：本篇文章，主要以型号为N660—25/600/600的汽轮机为主要实例进行分析，并且对配汽特性的曲线以及整体的滑压曲线进行了设计并且优化，结果表示：机组本身的配汽方式主要是由原本的复合配汽模式进一步切换为顺阀的控制模式，也就是说，基于CV1、CV2、CV3、CV4这样一个顺序进行阀下运行，是可行的。与此同时，优化之后，相关的配汽特性曲线以及滑压曲线，在进行60%~80%的区间负荷运行过程中，其整体的热耗率会降低37kJ/kW.h左右。与此同时，对配汽的方式进行同步的优化，在优化之后，AGC思维调节速率会由以往的1.6%进一步增加大2.15%，使得整个机组的调节品质得到更大程度的提升，并且就配汽的方式优化而言，其对于整个汽轮机的震动，并没有任何影响。
        关键词：660MW汽轮机；配汽方式；优化
        前言
        所谓汽轮机阀门流量的特性曲线，就是配汽函数在理论上的一种数值表现形式，如果DEH设定的阀门流量特性的曲线与现实中的流量曲线相对一致，则整个汽轮机的控制性能则会非常良好；如若不然，则就出现整个机组的协调响应能力相对较差、配汽方式在进行切换时整个的负荷波动也会很大等现象。对汽轮机的单、多阀进行切换的主要目的就是为了使整个机组的经济性和稳定性均得到提升，换一个角度来分析，就是对节流以及喷嘴的调节实现无忧切换的目的，进而从根本上使变负荷过程的均热要求与部分负荷经济性的整体矛盾得以解决。
        流量特性曲线，顾名思义，就是一组数据，并且和单、多阀切换的联系十分密切。在进行汽轮机配汽曲线的获取过程中，主要有两种途径，首先第一个途径就是理论计算，其次第二个理论途径就是进行流量特性的试验。其中，理论计算主要针对的就是一些现实中的新建机组，而就一些正常运行的汽轮机而言，结构参数经常会出现缺失的现象，进而使理论计算很难进展下去，但是即便是有相对健全的结构参数，但是由与长时间的运行之后，设备会出现磨损和老化的现象，因此，结构参数本身的准确性可能会偏离原本的设计值，导致整个理论的计算结果与现实的偏差十分大。与此同时，就运行中的机组而言，进行流量的特性试验，基于此获得相应流量特性，最后通过计算可得，在进行配汽曲线的获取过程中，顺序阀的方式是一个最合适的方法。该方法需要汽轮机在一个特定的运行工况下运行，基于此运行方式下的运行参数就可以得到一个相对准确的流量特性。在该方法中，其主要的问题主要有三个方面，即流量指令的表征、试验方法的确定，以及配汽曲线的形成，基于此可以通过流量试验的方法，进而得到单个的调节阀的流量特性，再通过相应的计算，最后得到整个调节阀组的流量特性。该方法的主要优势，就是进行流量试验之后得到结果，不会受到顺序阀阀序的影响，并且在进行阀序调整的过程中，只要通过相应的计算，就可以得到新阀序状态下的流量特性，除此以外，也有相应的缺点，其缺点就是有一部分的结果是通过相应的理论计算而得到的，所以，与现实中的情况可能有很大的差异。
        在一些大型的汽轮发电机组中，其本身带有部分的基本符负荷，如果在对其进行电网调峰的过程中，采取定压运行的方式，当出现负荷较低的状况时，其本身就会出现非常大的节流损失，并且会极大程度的使热耗率增加。但是在对节流的损失以及循环的热效率进行综合考虑之后，进而采取合理并科学的滑压运行方式，其不但能使机组本身的热经济性得到提高，还能使机组的调速进一步增加，并且负荷在进行变化的过程中，安全性与灵活性也随之而提高，最终使调峰的能力不断增强。
        本篇文章，以某一电厂内部的N660-25/600/600类型的机组为主要实例，进而对其本身的配汽特性曲线以及相应的滑压曲线进行相应的设计优化，最终使机组自身在进行部分负荷运行的过程中，达到经济适用的目的。
        1、汽轮机调节汽门的特性方程
        由于汽门在进行调节的过程中，其本身的通流面积在不同的位置进行开启时，是在不断变化的，并且，在对汽门调节之后，其本身的压力也会随着汽门自身的开度程度进行相应的变化，所以，所谓汽门的流量调节，就要汽门调节之前和之后的压力比对，还有汽门开度被调节时的函数。所以，这三者之间的关系，就是调节汽门最重要的特性方程。当调节的汽门本身的喉部面积处于定值时，就可以将该公式表示为：

        在该式中，X表示的就是汽轮机调节汽门的司机流量系数；就是理论行的调节汽门的临界流量，kg/s；G则是在进行调节汽门的过程中，实际的蒸汽流量，kg/s；就是在进行调节汽门之前的蒸汽压力，Pa；就是调节汽门之后的压力，Pa；L则是调节汽门的整个开度，m。
        由于在现实中，这三者的关系十分复杂，所以在进行理论计算的过程中，无法得到调节汽门的具体特性方程，因此，要通过相应的试验，进而得到特性曲线。
        2、配汽曲线和滑压曲线的优化
        一某电厂生产的N660-25/600/600型号的超临界凝气式汽轮机，为主要实例，其本身的机组在进行配汽的方式上是由全电调控制的一种复合配汽方式。以机头为主要出发点，向发电机的方向去看，四个高压调节阀的实际位置则由图1可见，并且其对应的喷嘴数目则分别为58、34、34、58。

        基于原本的配汽方式进行运行，其实际的运行情况如图2所示。在负荷处于额定的模式时，其本身的进汽节流的损失处于一个相对较小的趋势，但是在部分的负荷时，这四只高调阀均参与到实际的节流调节之中，导致进汽机构本身的节流损失十分大，整体的机组热耗率也在不断升高。近几年来，就国内的600MW等级的机组而言，其在进行运行的过程中，整体的负荷是在60%~80%这样一个区间，并且基于此区间进行负荷段的运行过程中，整个高调阀的节流损失，肯定要处于一个相对较高的水平，但是在现阶段，国内的节能水平也在不断的提升，因此，各个电厂之中，也在绞尽脑汁想要找到使机组能耗进一步降低并且同时使机组的经济性不断提升的方法和途径。所以，要对汽轮机的配汽方式进行优化，使当前阶段必要方式。

        在过去的汽机阀门流量特性曲线的试验中，其经常是与汽机的滑压优化试验处于一种分隔开的状态，但是由于汽轮机在出厂的过程中，对其本身预设的高压阀门流量特性曲线等会因为安装、加工或者是工况点出现漂移的现象等，在现实中，经常会发生高压调门流量特性曲线与重叠度曲线远远偏离设计值的这样一个现象，更严重一些，可能会使一次调频以及AGC的整体品质出现下降的现象。在此时，对汽轮机做相应的滑压试验，肯定无法得到预期的效果，所以，在对汽轮机进行滑压试验之前，就应该对汽轮机本身的阀门特性进行实验，进而使高压调门的流量特征曲线以及阀门的重叠度曲线更为准确，最后，在对汽轮机进行滑压的优化试验，最终得到一个最佳的滑压优化曲线。
        3、优化思路
        由于原本的配汽方式，经常会出现中低负荷段节流损失极大的问题，基于此，与相关的厂家进行沟通，并且通过交流，最终将汽轮机的配汽优化以及滑压优化的思路进行敲定，其在现实中的试验过程如下：
        首先第一步，就是基于定量负荷的前提，要先对单个阀门的流量特性曲线进行相应的测试和试验，基于此，进行相应的计算，之后得到相关的顺序阀配汽曲线。
        其次第二步，就是基于原有的复合配汽方式，对配汽方式作出改变，并进行相应的试验，将每一个试验工况下的参数进行修正，修正后对汽轮机本身的热耗进行计算，通过计算可以得到热耗最低的工况，则可知其对应的阀位就是最佳的阀位，基于此，最佳阀位对应的主汽压力则是最为优异的主汽压力；此后，基于不同的负荷值进行是上述过程的重复，就可以得到汽轮机在部分负荷运行的过程中，其本身的最佳滑压压力。
        第三步也是最后一步，根据相关的实验结果，对DEH的逻辑进行相应的优化，并且，在该过程中，要增加两个模式，即单阀和顺阀，机组在进行启动的过程中，要采用单阀的模式，该模式可以使机组启动的安全得到保障，与此同时，当机组自身的负荷已经超出了50%时，就要选择顺阀的控制模式，进而使机组本身的热耗率实现进一步降低的目标。
        该试验的具体流程，可见图3：

        4、汽轮机配汽函数优化
        如图4和图5所示，其为GV2和GV4的整个实测阀门流量的特性曲线。由图可知，不论是GV2还是GV4，其在0%~6%区间内，并没有任何流量的显示，而在9%~50%这一范围内，其整体的流量变化加快，在50%以上的阀位时，这两者均达到了全流量的状态，整个曲线的走势十分迅猛，基本呈直线上升趋势。由图可知，GV2与GV4这两个阀门之间的流量特性函数基本处于相同的走势，但是这两个阀门之间的整体曲线状态，还是有一定的差异性。

        根据相应的试验得到的数据可知，GV2与GV4这两者之间的高压调节阀特性的表现状态基本一致，但是在机组运行的过程中，要将GV1和GV3的基本处于全开的状态，所以就没有继续对GV1和GV3进行相应的流量特性试验。将一些因素以及实验的数据进行全面并综合的分析，在对GV1~GV4之间的阀门特性曲线进行绘制时，其采用的主要方法，就是同样的阀门流量特性函数，与此同时，将调门的重叠度做进一步的调整，调整为10%，又对相应的试验数据进行优化，之后得到GV1~GV4的高压调节阀特性曲线，可见图6：

        4.1、机组滑压曲线的优化
        根据相应的热力试验，可以知道，汽轮机在运行过程中，基于新阀序的负荷最佳运行位置，进而绘制出一个主汽压的最优滑压曲线，如图7所示：

        5、配汽方式优化之后的经济性以及安全性分析
        5.1、各复合点经济性对比分析
        由表1可知，其为示例机组在进行配汽优化的前后，试验负荷的经济性对比状况。由表可知，机组的热耗率不论是在优化之前，还是在优化之后，都是在高负荷状态时，其值最小，在低负荷状态时，其值最高。基于不同的负荷，优化之后的机组热耗率明显低于优化之前的机组热耗率，并且挡整体的负荷出现越来越低的状况时，则整体的热耗收益就会越来越高。在410MW时，也就是说在62%的额定负荷状态下，整体的热耗下降了38kJ/（kW.h），在530MW时，即为80%的额定负荷状态下，其本身的热耗下降了37kJ/（kW.h），因此，将配汽方式进行优化之后，机组正常运行的负荷区间就是60%~80%之间，其本身具备超高的经济性。

        5.2、配汽方式的改变对于机组震动的影响
        由于汽轮机的配汽方式发生了一定程度的改变，因此，对于轴系本身而言，对其影响最大的部位就是前段部位，与此同时，查阅相关的DCS数据，对机组优化前后的轴系震动情况进行详细的观察，可以知道：当将配汽方式由传统的复合配汽方式切换到顺序阀的配汽方式之后，整个轴的振值均保持在一个稳定不变的状态，并且十分良好，基于此，顺序阀的配汽优化，对于整个机组的轴振影响十分小。
        5.3、配汽方式的改变对于轴承温度的影响
        同上述内容相同，也是查阅相关的DCS数据，通过观察可以知道，不论是任何一种阀序状态，轴承内部的温度值均无任何明显的变化，基于此，配汽方式的改变对于整个轴承的温度影响并不大，所以将顺序阀进行改变，也不会使整个机组的安全运行受到影响。
        结语
        总而言之，本片文章对660MW机组提出了一种非常适用的配汽优化方法，将原本的复合配汽方式进行改变，改为顺序阀的配汽方式，与此同时，根据已经定好的配汽方式进行相应的试验，进而得到调节阀的流量特性，除此之外，还有一些相关的调节级构成的配汽机构，也得到了相应的流量特性，并且根据相关的阀门重叠度曲线，进而进行滑压优化的试验，得到最优的一个滑压曲线。又根据DEH的逻辑优化，得到机组配汽方式在优化之后的整个负荷运行区间，以及其降低的热耗率。最后一点，就是相应的配汽方式优化之后，其对于整个汽轮机的轴振以及轴承的温度并没有任何明显的影响。
        参考文献：
        [1]张荣欣，曹丽华，朱双军，高全圣.660MW超超临界汽轮机配汽方式优化的研究[J].东北电力大学学报，2018，38（05）：48-53.
        [2]晁浏宏，张荣欣.660MW超超临界汽轮机配汽方式的节能优化[J].节能与环保，2018（04）：64-68.
        [3]胡文平.超临界600MW汽轮机配汽方式优化[J].中国新技术新产品，2016（15）：105-106.