张伶俐，李红燕，张兆生
(1.江苏航空职业技术学院 航空工程学院，江苏 镇江 212134; 2.江苏镇江发电有限公司，江苏 镇江 212100)
通常情况下，低负荷工况对汽轮发电机组的热经济效益影响比较大。为尽可能减少汽轮机能耗，该种工况下集控运行工程师会将机组的运行方式切换为滑压运行模式[1]。以某火力发电厂630 MW超临界火力发电机组为例，通过变负荷滑压运行试验，为确定汽轮机组在变负荷时最优运行主汽压力提供依据，对原设计压力数值进行修正，使机组匹配最优运行方式，可提升运行经济性，降低供电煤耗。
某火力发电厂5号机组锅炉部分为上海锅炉厂生产的引进美国ALSTOM公司技术制造的超临界变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风。汽轮机为上海汽轮机厂生产的N600-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、反动式、凝汽式汽轮机。发电机由上海电机厂制造。
单元机组控制采用上海FOXBORO公司IA’S分散控制系统，设计包含DAS、BMS、MCS、SCS系统。汽机控制系统采用上海汽轮机有限公司DEH控制系统。
依据该厂机组实际参与电网调峰范围和正常运行规程，此次选取540 MW、480 MW、420 MW、360 MW 4个负荷节点进行不同主汽压力下机组运行调整试验，并根据试验结果分析机组热耗率等经济指标，找出最佳运行值。
试验开始前，关闭凝汽器补水调整门、旁路电动门。将机组负荷调整至设定试验值，保持机组功率，主汽、再热汽压力和温度等参数稳定，随后进行系统隔离操作，使得机组成单元制运行[2]。同时，系统隔离前要保证汽水系统储水补足，并关闭机组所有非正常疏放水门、排汽门，切除厂用汽及对外供汽管路。汽轮机高压缸调门采用顺序阀模式，系统内主、辅设备按照常规方式运行[3]。
试验期间，协调CCS控制系统投入，机组采用顺序阀方式运行。为保证负荷工况稳定，AGC控制、一次调频功能切除，炉膛停止吹灰，汽轮机停止补水。待机组负荷和参数稳定后，维持该工况并进行数据采集。
试验结束后，恢复所有设备为试验前状态。
试验采集到的数据，经过正确性检查后，按照不同工况下的时间段算出各测量段的平均值。为保证试验采集数据的准确性，对于同一参数多重测点开展数据测量，取其算数平均值。对于牵涉到的压力测量值，均根据所测数据进行仪表零位、取样点高差和大气压力修正，并计算得出测量点的绝对压力。
汽轮机热耗率计算式如下[4]：
(1)
式中：Dm为主蒸汽流量，kg/h；
Dr为再热蒸汽流量kg/h；
Dfw为给水流量，kg/h；
Dcr为冷再热蒸汽流量，kg/h；
Drhs为再热汽减温水流量，kg/h；
hm为主蒸汽焓,kJ/kg；
hhr为热再热蒸汽焓,kJ/kg；
hcr为冷再热蒸汽焓,kJ/kg；
hfw为给水焓,kJ/kg；
hrhs为再热器减温水焓,kJ/kg；
Pe为发电机功率,MW。
3.1 540 MW工况试验结果分析
在540 MW工况下，试验测得数据结果见表1。依据表1，可以给出540 MW工况热耗与主汽压力关系曲线图，见图1。
表1 540 MW工况下试验数据
图1 540 MW工况热耗率与主汽压力关系曲线
由上述数据得知，在540 MW工况下，主汽压力在23.08 MPa时对应的热耗最低。
3.2 480 MW工况试验结果分析
在480 MW工况下，试验测得数据结果见表2。依据表2，同样给出480 MW工况热耗与主汽压力关系曲线图，见图2。
图2 480 MW工况热耗率与主汽压力关系曲线
表2 480 MW工况下试验数据
由上述数据得知，在480 MW工况下，主汽压力在21.06 MPa时对应的热耗率最低。
3.3 420 MW工况试验结果分析
在420 MW工况下，试验测得数据结果见表3。依据表3，可以给出420 MW工况热耗与主汽压力关系曲线图，见图3。
表3 420 MW工况下试验数据
特别说明，由于在试验过程中，难以测取所有主汽压力值，因此，在参照汽轮机通流改造后设计值与遵循选点原则的前提下，依据图3曲线，认为在420 MW工况下，主汽压力在18.07 MPa时对应的热耗最低。即便这不是真实最优值，但是对于实际生产来讲，这种选值优化已经具有了可观的经济效益。
图3 420 MW工况热耗率与主汽压力关系曲线
3.4 360 MW工况试验结果分析
在360 MW工况下，试验测得数据结果见表4。依据表4，可以给出360 MW工况热耗率与主汽压力关系曲线图，见图4。
图4 360 MW工况热耗率与主汽压力关系曲线
表4 360 MW工况下试验数据
参照420 MW工况下选点原则，结合试验测定述数据得知，在360 MW工况下，主汽压力在15.69 MPa 时对应的热耗率最低。
3.5 滑压运行公式拟合
取上述试验结果最优值，得到不同负荷工况下最佳主汽压力值，见表5。
表5 各负荷工况下最优参数值
依据表5，得到4种工况下最经济主汽压力拟合曲线，如图5所示。不同工况下负荷最经济主汽压力对应热耗率如图6所示。
图5 不同工况下最经济主汽压力拟合曲线
图6 不同负荷最经济主汽压力对应热耗率
依据上述数据，同时结合汽轮机通流改造后原设计值方案，给出不同负荷下机组定—滑压运行最经济主汽压力分段函数。
(2)
式中：pms为主汽压力，MPa；
Pe为发电机功率，MW。
采用分段函数，计算出滑压运行方式下负荷与主汽压力插值对应表，见表6。
表6 滑压运行方式下负荷与主汽压力值对应表
结合DCS原设计值、汽轮机通流改造后设计值、此次优化设计值，以上三种滑压运行值对比见表7。
表7 三次改造后滑压运行值对比
3.6 节能量评估
540 MW工况下，DCS原设计主汽压力滑压值为24.2 MPa，对应修正后热耗率为7 917 kJ/(kW·h)(根据该试验数据插值得出，下同)。更改为23.23 MPa，对应修正后热耗率为7 886 kJ/(kW·h)。热耗率降低31 kJ/(kW·h)。厂用电率为4.02%，管道效率取99%，锅炉效率取94.52%(根据该火电厂提供报告数据插值得出，下同)。据以上数据，得到540 MW工况滑压优化后，降低煤耗1.18 g/(kW·h)[5]。
480 MW工况下，DCS原设计主汽压力滑压值为23.94 MPa，对应修正后热耗率为7 967 kJ/(kW·h)。更改为20.72 MPa，对应修正后热耗率为7 956 kJ/(kW·h)。热耗率降低11 kJ/(kW·h)。厂用电率为4.2%，管道效率取99%，锅炉效率取94.55%。据以上数据，得到480 MW工况滑压优化后，降低煤耗0.42 g/(kW·h)。
420 MW工况下，DCS原设计主汽压力滑压值为21.05 MPa，对应修正后热耗率为8 003 kJ/(kW·h)。更改为18.2 MPa，对应修正后热耗率为7 982 kJ/(kW·h)。热耗率降低21 kJ/(kW·h)。厂用电率为4.58%，管道效率取99%，锅炉效率取94.5%。据以上数据，得到420 MW工况滑压优化后，降低煤耗0.8 g/(kW·h)。
360 MW工况下，DCS原设计主汽压力滑压值为18.16 MPa，对应修正后热耗率为8 062 kJ/(kW·h)。更改为15.69 MPa，对应修正后热耗率为8 046 kJ/(kW·h)。热耗率降低16 kJ/(kW·h)。厂用电率为4.87%，管道效率取99%，锅炉效率取94.42%。据以上数据，得到360 MW工况滑压优化后，降低煤耗0.61 g/(kW·h)。
以630 MW超临界火电机组为例，通过540、480、420、360 MW负荷工况下不同主汽压力下热耗对比，寻找最经济主汽压力，同时依据试验结果，修正负荷与主汽压力滑压值对应数值，更好地指导了机组的运行，即机组功率Pe≥563.13 MW时采用原定压运行，机前主汽压力维持在24.2 MPa；
机组功率处于300～563.13 MW区间时采用滑压运行方式，依据修正后滑压曲线控制机前压力。对于机组负荷低于300 MW的工况比较少见，该种状况下应当将机组设备安全放置于首要位置，防止低压级蒸汽湿度过大引起汽轮机叶片水蚀，依据运行规程保持机组水动力特性，机前主汽压力保持在10.2 MPa定压运行。
通过此次滑压运行优化后，机组平均供电煤耗降低0.75 g/(kW·h)，为同类型超临界机组滑压优化运行提供参考案例。
猜你喜欢 主汽汽轮机机组 浮动平台小汽轮机高压主汽调节联合阀设计初探应用能源技术(2022年8期)2022-09-20双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制大电机技术(2022年3期)2022-08-06300MW和600MW等级汽轮机通流改造经济性研究能源工程(2021年6期)2022-01-06基于自编码神经网络的汽轮机故障诊断能源工程(2021年3期)2021-08-05660MW亚临界机组清洁疏水系统节能改造河北电力技术(2021年2期)2021-07-29凤电4号机组高负荷主汽压力波动大原因及调节手段科学与财富(2021年13期)2021-07-04我国首台采用四支路技术抽水蓄能机组投入试运行水泵技术(2021年6期)2021-02-16汽轮机轴封风机疏水管线改造电子制作(2019年22期)2020-01-14灵活性改造抽汽口的选择商品与质量(2018年42期)2018-04-22对汽轮机调速及检修相关问题研究山东工业技术(2016年15期)2016-12-01