1汽輪機(jī)運(yùn)行方式介紹

1.1單閥運(yùn)行和順閥運(yùn)行

現(xiàn)代大容量汽輪機(jī)的運(yùn)行方式按照汽輪機(jī)的閥門(mén)調(diào)節(jié)方式,可以分為單閥運(yùn)行和順閥運(yùn)行,單閥運(yùn)行又被稱(chēng)為節(jié)流調(diào)節(jié)或全周進(jìn)汽,順閥運(yùn)行又被稱(chēng)為噴嘴調(diào)節(jié)或部分進(jìn)汽。

汽輪機(jī)單閥運(yùn)行時(shí),由于為全周進(jìn)汽方式,進(jìn)汽部分的溫度分布較為均勻,在負(fù)荷大幅變化時(shí)不會(huì)引起過(guò)大的熱應(yīng)力和熱變形,機(jī)組在并網(wǎng)后帶低負(fù)荷階段采用單閥運(yùn)行。另外,新機(jī)組在投產(chǎn)的6個(gè)月內(nèi),廠家和二十五項(xiàng)反措也要求機(jī)組采用單閥運(yùn)行。汽輪機(jī)采用單閥運(yùn)行時(shí),由于汽門(mén)部分開(kāi)啟存在蒸汽節(jié)流,汽輪機(jī)理想恰降減少,汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率降低,機(jī)組效率也同步降低。

汽輪機(jī)順閥運(yùn)行時(shí),由于從圓周上看屬于部分進(jìn)汽,汽輪機(jī)高壓部分的金屬溫度變化較單閥方式要大,汽缸壁產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,從而限制了機(jī)組快速改變負(fù)荷的能力。順閥運(yùn)行時(shí),只有一個(gè)調(diào)節(jié)汽門(mén)處于部分開(kāi)啟狀態(tài),其余的調(diào)節(jié)汽門(mén)均處于全開(kāi)或全關(guān)狀態(tài),蒸汽只在部分開(kāi)啟的調(diào)節(jié)汽門(mén)中有一定節(jié)流,降低了理想恰降,但因流經(jīng)該汽門(mén)的蒸汽流量只占總流量的一部分(不超過(guò)25%),因此蒸汽恰降的改變對(duì)機(jī)組效率的影響相對(duì)單閥要小得多,在機(jī)組90%以下負(fù)荷階段,機(jī)組順閥運(yùn)行比單閥運(yùn)行效率要高。

為了充分發(fā)揮順閥和單閥這兩種配汽方式的優(yōu)點(diǎn),臺(tái)山電廠1～5號(hào)機(jī)組采取了節(jié)流配汽一噴嘴配汽聯(lián)合調(diào)節(jié)的方式,即第1、第2個(gè)調(diào)節(jié)汽門(mén)對(duì)角同步開(kāi)啟,使汽缸均勻受熱:待第1、2個(gè)調(diào)節(jié)汽門(mén)全開(kāi)后,再根據(jù)機(jī)組負(fù)荷需要依次開(kāi)啟第3、第4調(diào)節(jié)汽門(mén),同時(shí)發(fā)揮了節(jié)流配汽和噴嘴配汽兩者的優(yōu)勢(shì)。目前臺(tái)山電廠1～5號(hào)機(jī)組的順閥就是采用這種方式運(yùn)行。

實(shí)際運(yùn)行中,雖然汽輪機(jī)在順閥運(yùn)行時(shí)比單閥運(yùn)行效率高,但順閥運(yùn)行的進(jìn)汽方式不均勻,導(dǎo)致部分機(jī)組出現(xiàn)主機(jī)軸瓦振動(dòng)增大、軸承溫度升高及上下缸溫差增大等現(xiàn)象。

臺(tái)山電廠1、3、5號(hào)機(jī)組自2016年開(kāi)始,利用A修機(jī)會(huì)先后進(jìn)行了汽輪機(jī)通流改造,單臺(tái)機(jī)組容量從600MW增加到630MW,改造后的機(jī)組在投入運(yùn)行半年后切至順閥運(yùn)行(2＋1＋1）時(shí),當(dāng)?shù)谒拈yGV4逐漸開(kāi)啟至5%～8%開(kāi)度以上時(shí),出現(xiàn)了1、2軸瓦振動(dòng)增大的異?，F(xiàn)象(y方向振動(dòng)超過(guò)165μm)。為考慮機(jī)組安全,目前暫時(shí)只能投入2＋2順閥模式,即第3、第4閥同步開(kāi)啟。

1.2滑壓運(yùn)行和定壓運(yùn)行

機(jī)組定壓運(yùn)行時(shí),保持主汽壓力恒定,通過(guò)鍋爐燃料量和汽輪機(jī)高壓調(diào)門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)組的負(fù)荷,這種運(yùn)行方式在低負(fù)荷階段由于調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度小,節(jié)流損失很大。

機(jī)組滑壓運(yùn)行時(shí),通常保持汽輪機(jī)高壓調(diào)門(mén)全開(kāi)或接近全開(kāi)。為了更好地響應(yīng)調(diào)度負(fù)荷變化曲線,運(yùn)行更經(jīng)濟(jì),同時(shí)滿(mǎn)足電網(wǎng)一次調(diào)頻要求,高壓調(diào)門(mén)一般只開(kāi)至額定流量的80%～85%,由于汽輪機(jī)對(duì)應(yīng)調(diào)門(mén)流量拐點(diǎn)在40%左右,因此實(shí)際閥門(mén)開(kāi)度維持在32%～34%。通過(guò)調(diào)整鍋爐燃料量來(lái)改變主汽壓力,利用主汽壓力的變化調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷,即主汽壓力隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化。

綜合定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行的各自?xún)?yōu)點(diǎn),我廠630MW機(jī)組采用定一滑-定運(yùn)行方式。在40%以下低負(fù)荷階段,著重考慮鍋爐燃燒穩(wěn)定性、給水調(diào)節(jié)穩(wěn)定性等安全因素而采用定壓運(yùn)行方式:在40%～75%中間負(fù)荷階段,考慮到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和良好的負(fù)荷適應(yīng)性,采用滑壓運(yùn)行方式:在75%以上高負(fù)荷階段,為了維持額定參數(shù)保持機(jī)組高效率運(yùn)行,采用定壓運(yùn)行方式。

1.3綜合考慮單閥、順閥和滑壓運(yùn)行方式

臺(tái)山電廠1、3、5號(hào)機(jī)組在40%及以下低負(fù)荷階段,綜合考慮到安全穩(wěn)定因素,采用定壓運(yùn)行方式,此時(shí)調(diào)門(mén)控制若采用單閥運(yùn)行,則節(jié)流損失非常大。在保證安全的前提下(我廠1～5號(hào)機(jī)組邏輯在順閥情況下,單個(gè)高調(diào)門(mén)發(fā)生突關(guān)時(shí),由于閥門(mén)開(kāi)度指令與反饋偏差大,汽輪機(jī)會(huì)自動(dòng)切換至單閥運(yùn)行,安全可靠性較高),采用順閥運(yùn)行,低負(fù)荷只保持兩個(gè)調(diào)門(mén)開(kāi)啟,使得低負(fù)荷下節(jié)流損失明顯減少。

在40%～75%中間負(fù)荷階段,機(jī)組采用滑壓運(yùn)行方式,采用單閥還是順閥運(yùn)行方式,要結(jié)合具體情況進(jìn)行分析:機(jī)組順閥運(yùn)行時(shí),在三閥全開(kāi)、第4閥關(guān)閉的情況下,順閥運(yùn)行的效率最高(四閥全開(kāi)除外,四閥全開(kāi)和單閥運(yùn)行已經(jīng)區(qū)別不大),其次是第3閥接近全開(kāi)或第4閥開(kāi)度很小或第4閥開(kāi)度很大的情況,效率也很高:但是在第3閥或第4閥處于中間位置時(shí),雖然只有一個(gè)調(diào)節(jié)閥節(jié)流,節(jié)流損失仍舊比較大,相比較同負(fù)荷下的單閥運(yùn)行,效率未必很高。特別是臺(tái)山電廠1、3、5號(hào)機(jī)組,由于第4閥開(kāi)啟后振動(dòng)偏大,目前只能采用2＋2順閥運(yùn)行,在第3、第4高調(diào)門(mén)開(kāi)度較小時(shí),節(jié)流損失并不小。因此,滑壓運(yùn)行階段,順閥運(yùn)行效率的高低取決于滑壓曲線的設(shè)定情況。

機(jī)組在75%以上高負(fù)荷階段,為了維持額定參數(shù)保持機(jī)組的高效率運(yùn)行,采用定壓運(yùn)行方式。

2我廠單閥、順閥運(yùn)行方式的問(wèn)題分析

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的滑壓運(yùn)行工況,在整個(gè)滑壓運(yùn)行段不同負(fù)荷下,工況穩(wěn)定后,汽輪機(jī)高壓調(diào)門(mén)的通流百分?jǐn)?shù)(即汽機(jī)主控反饋百分?jǐn)?shù))應(yīng)該是接近的(不考慮主/再熱汽溫大幅變化、凝汽器真空大幅變化及加熱器退出運(yùn)行的影響）,但是由于種種原因,目前我廠機(jī)組在滑壓階段運(yùn)行時(shí),不同負(fù)荷下汽輪機(jī)高壓調(diào)門(mén)的開(kāi)度均偏小,如表1所示。

表1單閥運(yùn)行方式下機(jī)組運(yùn)行參數(shù)情況(#號(hào)機(jī)組）

從表1可以看出,在機(jī)組整個(gè)滑壓運(yùn)行階段,最低負(fù)荷和最高負(fù)荷時(shí),汽機(jī)主控反饋相差并不大。但是在滑壓全過(guò)程中(240～450MW）,高調(diào)門(mén)開(kāi)度均偏?。?5%～17%）,造成在單閥運(yùn)行時(shí)節(jié)流損失較大,考慮我廠600MW機(jī)組負(fù)荷率一般不高于70%,因此在絕大部分運(yùn)行時(shí)間內(nèi),汽輪機(jī)效率偏低。因此,筆者認(rèn)為滑壓曲線的設(shè)定主要因考慮3點(diǎn):（1）盡量減少節(jié)流損失,當(dāng)然主汽壓也不能過(guò)低:（2）機(jī)組日常負(fù)荷區(qū)間情況:（3）機(jī)組單閥、順閥選擇情況。可以通過(guò)完善滑壓曲線的設(shè)定,提高單順閥運(yùn)行方式下機(jī)組的效率（單閥運(yùn)行時(shí),保持比較大的高壓調(diào)門(mén)通流百分?jǐn)?shù),機(jī)組效率同樣比較高）。

2018年5月,粵能公司對(duì)臺(tái)電3號(hào)機(jī)組進(jìn)行機(jī)組試驗(yàn),試驗(yàn)期間高壓調(diào)門(mén)按照2+2的順閥方式運(yùn)行,進(jìn)行600～250MW負(fù)荷間的滑壓優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)工況如表2所示。

表3試驗(yàn)工況表

我廠機(jī)組目前的定_滑一定壓力曲線（3號(hào)機(jī)）如表3所示。

按照粵能公司優(yōu)化后設(shè)置的定一滑-定曲線（3號(hào)機(jī)）如表4所示 。

表3 定一滑一定曲線(3號(hào)機(jī)）

表4 粵能推薦的定4滑一定曲線(#號(hào)機(jī)）

從表3、表4可以看出,優(yōu)化前后的曲線相比:

（1）在250～280MW負(fù)荷段,壓力設(shè)置比舊曲線偏高:

（2）在280MW以上,壓力設(shè)置比舊曲線偏低,適合我廠高調(diào)門(mén)開(kāi)度偏小的特點(diǎn),有利于減少節(jié)流損失。

（3）粵能優(yōu)化曲線中所采取的250MW、300MW、350MW的壓力均為試驗(yàn)工況的最低壓力值,壓力繼續(xù)降低后的汽輪機(jī)熱耗情況如何變化建議通過(guò)試驗(yàn)取得,以此達(dá)到最優(yōu)滑壓曲線。

(4）考慮到我廠1～5號(hào)機(jī)組負(fù)荷率在迎峰度夏前一般不超過(guò)70%,而在當(dāng)前滑壓曲線下,機(jī)組以2+2模式運(yùn)行時(shí),GV2、GV3在機(jī)組負(fù)荷大于450MW以上才會(huì)逐漸開(kāi)啟,因此機(jī)組目前投入2+2模式相比單閥運(yùn)行有較大的節(jié)能效果,與2+1+1順閥模式亦相差不大。

3結(jié)語(yǔ)

在目前情況下,綜合考慮經(jīng)濟(jì)和安全因素,采用2+2順閥模式較為合適,同時(shí)滑壓曲線建議針對(duì)我廠高調(diào)門(mén)開(kāi)啟偏小的特點(diǎn),同時(shí)為達(dá)到最好的節(jié)能效果(煤耗下降3g/kwh以上）,盡量避免GV2、GV3在450MW以下開(kāi)啟,建議采取如表5所示的曲線。

表5優(yōu)化后設(shè)置的定一滑一定曲線

(1）跟定州、滄東等兄弟單位進(jìn)行交流,同時(shí)對(duì)250～350MW工況滑壓曲線進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果,確定最合理的滑壓曲線,以提高機(jī)組效率,同時(shí)改善機(jī)組對(duì)工況變化的適應(yīng)性。

(2）與電科院加強(qiáng)溝通,利用調(diào)停機(jī)會(huì)加裝平衡塊進(jìn)行配重,滿(mǎn)足機(jī)組2+1+1順閥模式的投入需求,爭(zhēng)取在迎峰度夏前投入正常閥序,配合優(yōu)化后的滑壓曲線,達(dá)到機(jī)組節(jié)能的最優(yōu)效果。