摘要：630MW 超临界机组参与电网调峰运行过程中如果控制失当，很可能就导致转子经历较大的载荷变动，大大加快转子材料的损伤累积进程，使转子提前进入危险性较高的服役后期。安全运行和经济运行之间存在的矛盾性使机组难以科学制定运行操作过程，为提高机组运行的安全性，必须尽可能降低机组工况变化的速度，这样必然增加了机组运行的费用，在经济性上不合理，反之则提高了机组的运行风险。
关键词：630MW 超临界；汽轮机运行方式；优化；
汽轮机组在调峰变工况运行时，其内部蒸汽温度的变化速率与材料承受的应力载荷存在着直接关系，要降低转子的寿命损耗，就必须降低工况的变化幅度，但是这种出于安全性的限制措施与保证机组的运行经济性相矛盾，也影响了机组及时响应电网的负荷需求。本文分析了630MW超临界汽轮机运行方式的优化。
一、汽轮机变负荷运行的优化原理
从热力循环的角度分析，影响机组经济性的主要因素有循环的热效率和汽轮机的相对内效率。机组在低负荷运行时，当主蒸汽压力较高时，进汽节流损失大，汽轮机相对内效率较低，给水泵耗功较大，但是循环的热效率较高；当主蒸汽压力较低时，进汽节流损失小，汽轮机相对内效率较高，给水泵耗功较小，但是循环的热效率较低。所以只有在汽轮机相对内效率提高所带来的效益大于循环热效率降低的影响时，单元机组汽轮机的绝对内效率才有可能提高。也就是说，低负荷运行的压力参数必然存在一个最佳值，使机组在不同负荷下都保持较高的经济性。汽轮机高中压转子的边界条件主要由换热边界条件和机械力边界条件构成。转子与蒸汽的换热状况无法通过仪器检测获取，通常采用相似性实验对相似情况下的换热系数进行经验关系拟合计算。由于采用高中压转子整体建模，需要计算通流各压力级、轴封等蒸汽参数和换热系数，而实际运行中仅有调节级、抽汽级、排汽级等有限蒸汽参数测点，并且汽轮机在变工况下运行时，沿通流部分各级的蒸汽流量、喷嘴动叶前后的汽温、汽压及湿度将偏离设计值。利用弹塑性有限元计算求解高中压转子在不同工况下的温度场和应力场，并且得到整段转子存在应力集中也就是其寿命最薄弱部位的应力载荷谱。对应力集中部位的载荷谱进行处理，可以得到不同变工况下的不同应力幅度的载荷变程，计算在该工况下高中压转子产生的低周疲劳寿命损耗。
二、630MW 超临界汽轮机运行方式的优化
630MW 超临界机组在工况下的优化运行操作方式目的有2 个: 一是加快启停速度和变负荷速度; 二是减小转子寿命损耗并保证机组安全运行。
1.启动方式及状态选择
高中压缸联合启动是该型630MW 超临界汽轮机推荐的启动方式，其特点是启动时高低压旁路投入运行，中压调门控制进汽量，冲转阶段至切缸前，高压缸不进汽。机组冲转至2900rpm时，中调门全开，高调门逐渐开启，并控制汽轮机的进汽量，以实现机组负荷的控制。高中压缸启动初期低压缸进汽量较大，可以减小低压缸末级叶片鼓风热量，加快中压转子的温升速度。该方式能够解决大机组暖缸与机组启动速度之间的矛盾，可以缩短启动时间，实现机组的快速启动。在高中压缸启动过程中，“切缸”操作是关键点。在该型机组高中压缸启动过程中切缸操作要做到合理控制高低旁路，尽量保持蒸汽参数稳定，注意主蒸汽与调节级金属的温度匹配，整个切缸过程控制在短时间内完成，以免高压缸因闷缸使温度场发生剧变产生额外的热应力。启动初期如果蒸汽参数与转子金属温度不匹配，很可能会对转子产生较大的热冲击或冷冲击，因此启动前注意应该根据实际缸体内壁金属温度来合理选取冲转参数，并非一定按照规程给出的启动曲线确定。调节级、中压首级叶轮根部应力幅值明显降低，尤其是中压首级叶轮出口侧的最大应力幅值降低幅度达17%。因此通过调整冲转蒸汽参数可以有效减小热冲击强度，从而减小转子启动过程中的疲劳寿命消耗。
2.启动过程优化控制
选择合适的冲转参数，控制冲转期间的热冲击或冷冲击只是启动过程中关键的第一步。如何根据机组不同的温度场状态选择合理的升速率、温升率、负荷率，不仅关系到汽轮机在暖机、升负荷阶段中的低周疲劳损伤，也关系到机组启动过程中的经济性。有必要优化各状态启动曲线，通过调整温升率和负荷率等，使优化后的启动曲线在保证较低的疲劳寿命消耗下，尽量减小启动的时间，以达到少耗燃油、增加发电量、满足电网调峰的快速响应需求等目的。以机组长期停机状态下的冷态启动为例，参照规程冷态启动曲线，保持启动过程中压力控制曲线，仅修改冲转蒸汽温度、升速率、温升率、负荷率等参数。优化冷态启动曲线降低了冲转时的蒸汽温度，分别在中速暖机、初负荷暖机、升负荷3 个阶段控制蒸汽温升，与规程冷态启动曲线相比，优化冷态启动曲线有以下几点优化:( 1) 由于转子冲转前表面及内部金属温度较低，优化曲线的冲转蒸汽温度降低了20℃，在中速暖机阶段保持较低的温升率，使转子内外换热能力平稳上升;( 2) 降低了启动过程总的蒸汽温升率，最大的蒸汽温升率不超过66℃ /h，总体上降低了蒸汽温升率;( 3) 提前并网，提前进入最低稳燃负荷，高负荷阶段提高负荷率，提前达到100% 额定负荷，冷态启动过程经济性大大提高。合理的冲转参数使转子在冲转时刻出现的应力幅值降低明显，通过合理的分区控制温升率，将带负荷阶段的应力峰值向低温区推移，使转子的应力峰值尽量出现在转子金属温度低的时候。另外通过降低转子高温时的应力水平，有利于减小转子的高温蠕变疲劳损伤。
3.利用机组的实际运行情况，定期对机组的调门重叠度、速度变动率、运行滑压曲线和循环水系统运行调整等方面重点关注，及时做好调整
通过这些工作使得凝汽器的真空度得到的较大的提高，又进一步的降低了能源的消耗。在机组的揭缸检修中应注意对受损汽封进行修复，并彻底清扫动、静叶等通流部分，同时重视汽封间隙的调整，尤其是高中压通流部分：详细、准确的测量出汽缸变形对洼窝中心的影响量，确定调整方式，调正汽缸、持环、隔板的洼窝中心，在现场条件允许的情况下，最大限度上做到动、静叶同心，再调整汽封；根据制造厂提供的汽封间隙标准进行全实缸调整；调节级阻汽片一般是镶嵌式齿片，焓降占高压缸比重大，对高压缸效率影响突出，若间隙超标须拔掉重镶。 根据同类机组的改进思路和成功经验，可以通过机组的增容改造、低压缸三缸改造、低压转子次末级及次次末级叶片改型等方面，提高初进汽参数、降低排气参数，提高高压蒸汽做功水平和比例、降低高品质蒸汽损耗，全面降低机组热耗。
随着我国经济的飞速发展和人们生活质量的日益的提高人们对于电能的需求量越来越大，我国的火力发电也在呈现着蓬勃发展的势头，为了达到更高的能量转化的效率，很多的火力电厂开始使用亚临界发电机组进行发电，尤其以630MW的亚临界发电机组应用的最为广泛，通过本文分析，为我国亚临界发电机组的应用提供了切实可行的理论基础。
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