何玉兵
国能宁夏大坝发电有限责任公司，宁夏回族自治区 751607
摘要：化石能源的大规模开发利用，在推动人类文明进步的同时，也带来了资源匮乏、环境污染、气候恶化等问题。要保障能源安全，实现人类的可持续发展，就必须积极推动能源结构向低碳绿色转型。因此，近年来我国在加大煤电退出力度的同时，也加快了风电和光电等可再生清洁能源的发展。然而，风电和光电等新能源都具有较强的随机性、间歇性和波动性，其大规模的集中并网，加大了电网的峰谷差，导致弃风弃光现象日益严重。
关键词：汽轮机；调节方式；优化组合；
1汽轮机调节的特点
1.1喷嘴调节的特点
（1）汽轮机第一级为调节级，其喷嘴分组布置在各自的喷嘴室里，因相邻两喷嘴室之间存在着间壁，调节级在任何工况下都是部分进汽，既存在着部分进汽损失，又使高压缸进汽部分在圆周方向受热不均，使高压缸产生较大的热应力和热变形。
（2）因调节级与第一压力级之间部分进汽度不同、轴向间隙较大和流道过渡不平滑等原因，造成调节级的余速动能难以被第一压力级所利用，存在较大的余速损失。
（3）调节级因部分进汽而使汽流参数沿圆周方向分布不均，该级动叶片除受离心力和稳定汽流力的作用外，还受到周期性的汽流激振力的作用，该汽流激振力是引起汽轮机强烈振动和轴瓦温度偏高的重要因素。
（4）工况的变化会引起调节级焓降较大的变化，导致调节级后(即调节汽室)温度较大的变化，从而增加了由温度变化而引起的热应力和热变形，降低了机组运行的可靠性和对负荷变化的适应性。
（5）任何工况下只可能有一个调节阀因部分开启存在节流损失，因此，低负荷下的节流损失比节流调节小，效率高。
（6）虽然其进汽机构的节流损失较小，但因调节级存在着部分进汽损失和较大的余速损失，调节级效率较低，因而高压缸的相对内效率较低。
1.2节流调节的特点
（1）汽轮机没有调节级，任何工况下其第一级都是全周进汽，既消除了部分进汽损失，又使高压缸进汽部分在圆周方向上受热均匀，有利于减小高压缸热应力和热变形。
（2）在工况变化过程中，除末级外，包括第一级在内各级的焓降都基本保持不变，因此，除末级外其余各级级前的温度变化很小，因而减小了由温度变化引起的热应力与热变形，提高了机组的运行可靠性和灵活性。
（3）调节阀全开的运行方式虽然减小了进汽的节流损失，但因此时调节阀只能在电网高频时单方向减负荷参与一次调频，无法满足电网低频下一次调频加负荷的功能。因此，多数机组不得不采取在稳定工况下调节阀预留5%～15%开度裕量的调节阀节流运行方式，以牺牲部分经济性来保证一定的调频能力。
2汽轮机调节方式的优化组合
2.1优化的复合调节方式
综合考虑煤电机组参与电网深度调峰在安全、经济、灵活、快速等方面的要求，建议亚临界及以上的高参数大容量汽轮机原则上采用“(节流)定压－滑压－(喷嘴)定压－旁通”的复合调节方式(以下简称复合调节)。根据机组容量和参数的不同，一般在35%THA左右进行较低压力水平的(节流)定压调节，在35%THA～85%THA左右进行滑压调节，在85%THA～100%THA区间进行额定压力下的(喷嘴)定压调节，超过THA后进行旁通调节。
图1所示为汽轮机复合调节示意图。该汽轮机设有1个自动主汽阀、4个调节阀和1个旁通阀，第一级(调节级)的喷嘴分为4个喷嘴组分别安装在4个喷嘴室里，并分别受控于4个调节阀。机组负荷低于35%THA时，随着机组的启动→升速→升负荷过程的推进，维持蒸汽一定的初压恒定，保持Ⅳ调节阀全关，逐渐同时开启Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ调节阀，进行较低压力水平的(节流)定压调节；至35%THA时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ调节阀同时达到全开，而Ⅳ调节阀仍保持全关；机组负荷从35%THA逐渐向85%THA增加的过程中，进行滑压运行，保持Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ调节阀全开而Ⅳ调节阀全关，主汽压力逐渐滑升至额定压力；随着机组负荷逐渐从85%THA继续向100%THA增加，主汽压力维持额定压力不变，Ⅳ调节阀逐渐开启，至4个调节阀都全开时，机组负荷达到100%THA，此时通过调节级的蒸汽流量达到了最大值；当机组负荷自THA继续增加时，旁通阀开启，一部分新蒸汽经旁通阀节流降温降压后被引入旁通汽室X，与通过调节阀并流经旁通级组膨胀做功后的主流蒸汽混合后继续往后逐级膨胀做功，满足机组超负荷运行的要求；当旁通阀全开时，汽轮机达到VWO工况，机组负荷达到最大值。
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图1汽轮机复合调节示意图
1—自动主汽阀；2—调节阀；3—旁通阀；X—旁通汽室
2.2复合调节方式分析
（1）在35%THA以下的极低负荷区间，维持一定的蒸汽初压恒定，保持Ⅳ调节阀全关，同时启闭Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ调节阀，进行节流定压运行。第一，维持一定的蒸汽初压恒定，确保了锅炉的水循环工况和燃烧工况的稳定；第二，维持一定的初压进行定压运行，避免了在极低负荷下继续滑压运行可能导致给水泵轴系落入临界共振；第三，维持一定的初压定压运行，使机组保持了较高的循环热效率；第四，采用节流调节，避免了极低负荷下采用喷嘴调节造成调节级的部分进汽损失过大；第五，因极低负荷下主蒸汽压力也随负荷滑降到较低的水平，调节阀开度相对较大，采用节流调节所造成的节流损失并不大；第六，机组启动过程中采用三阀同时开启的模式，有利于机组启动的安全。
（2）在35THA%～85%THA的低负荷区间，保持Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ调节阀全开而Ⅳ调节阀全关，进行部分调节阀全开的滑压运行。在此滑压运行区间，既可借助静态关闭的Ⅳ调节阀的暂态快开，使机组具有快速向上的调频能力，亦可应用静态全开的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ调节阀的暂态关小，使机组具有快速向下的调频能力。如此，既充分发挥了滑压运行的安全可靠性和在低负荷下的较高经济性的优势，又弥补了滑压运行期间因锅炉热惯性而使机组不能适应负荷快速变化的不足，同时，还避免了采用节流滑压调节在稳定工况下由于调节阀必须保留一定的节流开度裕量而造成的节流损失，使机组在保持较高运行经济性的同时具有较强的一次调频能力。
结语
破解风电和光电等具有强随机波动性的新能源电量大规模消纳的困境，有赖于燃煤火电机组灵活、快速地参与电网的深度调峰，而汽轮机调节方式的优化，是对煤电机组进行灵活性改造的主要研究方向。汽轮机的喷嘴调节、节流调节、旁通调节、定压调节和滑压调节等几种基本调节运行方式虽各具优势，却也都存在着自身所难以克服的不足，唯有合理地优化组合多种调节方式，充分扬长避短，才能使煤电机组在安全、稳定、经济运行的前提下，灵活、快速地参与电网深度调峰———在电网低谷时段，充分挖掘煤电机组的深度调峰能力，在保证新能源电量消纳的同时，尽量减少煤电机组启停调峰次数；在电网高峰时段，尽量使运行煤电机组带满负荷甚至适量的超负荷运行，充分发挥煤电机组的顶峰能力，保障电网供电的可靠。
参考文献
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