600MW超临界汽轮机顺序阀控制方式优化.pdf

江西电力第 3 3 卷2 0 0 9年第 5期 1 9 文章编号 ： 1 0 0 6 3 4 8 x( 2 0 0 9 ) 0 5 0 0 1 9 0 4 6 0 0 m w 超临界汽轮机顺序 阀控制方式优化 刘景森 ， 张卫斌 ， 熊建华 ( 国电黄金埠电厂 ， 江西 余 干 3 3 5 1 0 1 ) 摘要 ： 本文介绍了国电黄金埠 电厂二 台 6 0 0 mw 超临界机组汽轮机在投入顺序阀方式时所遇到的问题 ， 在对 问题 原因进行 分析 的基础上， 通过优化汽轮机配汽方式 和相关控制参数 ， 并 经试验得 出了有效 的解决方案。在保证安全 性的基础 上， 降低 了煤耗， 极大地提高 了机组的运行经济性。 关键词 ： 汽轮机调节； 控制参数； 顺序阀 中图分类号 ： t p 2 7 3 文献标识码 ： b a b s t r a c t ： t h e p a p e r i n t r o d u c e d p r o b l e m s o f t w o 6 0 0 mw s u p e r c r i t i c al s t e a m t u r b i n e s o f h u a n g j i n b u p o w e r p l a n t w h e n t h e v s w i t c h t o s e q u e n c e v a l v e c o n t r o l mo d e wi t h t h e a n a l y s i s o f t h e p r o b l e ms a n d h e l p o f s t c ， t h e e ff e c t i v e s o l u t i o n h a s b e e n p r o p o s e d b y o p t i mi z i n g t h e s e q u e n c e o f v a l v e a n d r e l a t e d c o n t r o l p a r a me t e r s c o a l c o n s u mp t i o n c a n b e r e d u c e d a n d t h e s e t s o p e r a t i o n a l e c o n o my r e ma r k a b l y i mp r o v e d ke y wo r d s ： s t e a m t u r b i n e g o v e r n a n c e ； c o n t r o l p a r a me t e r s ； s e q u e n c e v a l v e l 机组简 介 2 进汽 方式切换 时存在 的问题 国电黄金埠电厂两台汽轮机为上海汽轮机厂生 产的型号为： n 6 0 0 2 4 2 5 6 6 5 6 6超临界 、 一次中间 再热 、 单轴 、 三缸、 四排汽凝汽式汽轮机组 。 整个轴系 由 9个轴承支撑 ， 1 6号轴承为四瓦可倾 瓦， 7 - 9号 轴承为上瓦圆拄瓦下瓦两块可倾瓦。汽轮机控制系 统采 用 了西屋 的 o v a t i on d e h系统 。 汽 轮机设 置 了 2个高压 自动主汽门( r ) 、 4个高压调节汽f q ( g v ) 和 2个 中压主汽门( r s v) 、 4个 中压调节 汽门( i v ) 。 其 中高压主汽 门( t v )和高压调节 汽门( g v )的排列 及各阀控制喷嘴数量见图 1 。 1v、 i v 、 垣) 、 厂 ) ) _ ( 节 门 调节门开启顺序号 实际位置 ( 从 调速器端 向发 电机方看 ) 图 1 6 0 0 mw 汽 轮 机 调 节 级 配 汽 方式 示意 图 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 10 6 作者简介 ： 刘景森( 1 9 7 4 -) ， 男， 现任 国电黄金埠 电厂副总工程师。 国电黄金埠电厂两台机组汽轮机首次投入顺序 阀调节方式运行时( 采用制造厂原设计配汽方式 ： 3 号+4号一 1号一 2号 和 控 制 参 数 ) ， 均 出现 汽 轮 机 l 、 2号瓦的瓦温升高 ， 机组负荷波动大的问题。2号 机组首次 由单阀切换到顺序阀前后工况数据对 比见 表 1 ： 表 l 2号机组单阀切换到顺序 阀前后工况数据 由表 1可见 ，机组在 5 0 5 mw 负荷式切换到顺 序阀动态过程 中 短时负荷上升到 5 3 9 m w， 主汽压 由 2 4 2 mp a 下降至 2 1 1 mp a 。 切换稳定后 1号瓦 y 向轴承温度爬 升到 1 0 5 1， 2号 瓦的 y 向轴承温 度由爬升到 1 0 2 8 o c，且随着负荷的降低仍有上升 趋势 同时处于调节状态的高压调 门波动较大 。 已经 威胁到机组的安全运行 被迫将机组切换 回单阀方 2 0 江西电力 第 3 3卷2 o 0 9年第 5期 式 。 机 组在 5 1 8 mw 时将顺 序 阀切 回单 阀过程 中 机 组 的负荷 短时下 降 到 4 7 8 mw 、主 汽压 由 2 4 2 mp a 升 高 至 2 6 5 m p a ， 造 成机 组 主 汽 压 超 压 锅 炉 p c v 阀动 作 。 从上 述切 换过 程工 况 可 以看 出 ， 2号机 组在 顺 序阀进汽方式下试运行存在 3个方面的问题 ： 1 ) 机组 1 、 2号 瓦 的 y 向温度异 常升 高 。 2 ) 切换过程中， 机组的负荷和压力波动大。 3 ) 顺 序 阀进 汽方 式下 ， 处 于调节 状态 的调 门抖 动较 大 。 由于 汽 轮机 切 换 顺 序 阀 方 式 运 行存 在上 述 问 题 ， 严重影 响汽 轮机 的安 全运行 ， 因而长 期 以来顺 序 阀调节 方式无 法投 入，只能采 用单 阀调 节 f 节 流 调 节) ， 从而 导致 调节 阀节流损 失增 大且 蒸 汽通过 调 节 级的速率降低， 造成汽轮机效率下降。且机组负荷 越 低 ， 机组 在单 阀 和顺序 阀 进 汽方式 下 的热耗 差 就 越 大 ， 根据上 海 汽轮机有 限公 司提供 的 引进 型超 临 界 6 0 0 mw 中间再热凝汽式汽轮机说明书 中介绍 ， 机组低负荷下 ，这种热耗差可达到 3 l 7 k j l ( w h ， 极 大地影响机组的经济性。为此只有对机组汽轮机顺 序阀配汽方式进行优化改造 ， 解决上述问题 ， 才能保 证机组投入顺序 阀进汽方式后的安全经济运行。 3 异 常产生的原 因分析及解决方案 3 1 轴瓦温度异常升高分析、 处理措施及结果 该 6 0 0 mw 汽轮 机调节 级的 配汽方式 示意 图见 图 1 。机组原设计顺序阀方案的进汽顺序为“ 3号+ 4号一 1号一2号 ” 。 在 这种配 汽方式 下， 汽流力 除产 生推动转子旋转的扭矩外， 在部分负荷下还将产生 很大 的附加 径 向汽流力 ， 这个 力在 3号 、 4号 阀接近 全 开而其 它两 阀 尚未开启 时达 到最 大 因此 高压转 子 上所受 到 的力除转 子 自身 的重力 外，还 增加 了由 于部分进汽引起的径向力 。转子在这一附加的径向 力的作用下， 轴心位置必然发生偏移。由于这种附加 的径向力总体方向指 向下方 从而导致 1 、 2号瓦瓦 温升高。 为解决 这一 问题 ， 在征 得 制造 厂 的意 见 以及 参 考其他成功解决此类问题的电厂经验后 决定改变 顺序阀进汽方式为： “ 1 号+ 2 号一3 号珥号” 或“ 1 号+ 2号一4号一3号” 。 在这两种进汽方式下 ， 首先开启 下部进汽的 1 、 2号高压调 门， 后开启 3、 4号高压调 门 ， 这样产 生 的径 向附加力 偏 向上方 ， 使得转 子加 载 在轴 瓦上 的重力有 所下 降。 按照 此种 配 汽方 式 ， 通过 试 验投 入顺 序 阀方式 运行后较好地解决了 1 、 2号轴瓦温度温升较大的问 题 。2号机组顺序阀进汽方式优化后 由单阀切换到 顺序阀进汽工况数据对比见表 2 。 表 2 顺 序阀进 汽方式 优化 后 由单阀切换 到顺 序阀下 工况数 据 由表 2可知 ，顺序阀进汽方式优化后机组投入 顺序阀控制方式 ，通过改变阀门的开启顺序来改变 转子受力，较好解决了汽轮机轴承温度的异常升高 的 问题 。机 组进行 正 常升 、 降 负荷过 程 中 ， 汽轮 机轴 承温度最高 8 9， 2 号瓦轴承 x向振动最高 8 0 m， 能够保证汽轮机运行在安全范围之内。 3 2 机组负荷及压力波动大分析 、 处理措施及结果 在进行 阀门进汽方式切换时 机组运行于 c c s 协调方式 c c s系统送人 d e h系统的指令信号为汽 轮 机蒸 汽流 量 指令 ( f d e m) ， 汽 轮机 d e h 系统 的功 率调节运算 回路 、调节级压力运算 回路退 出， d e h 系统相对机组 c c s协调系统实 际上只是一个执行 系统 ， d e h 系统 接受 c c s系统 的 蒸 汽流 量指 令 ， 经 过运算转化为各 阀门的开度指令 。在从单阀方式切 换 为顺 序 阀方 式 时 ，在 f d e m 指 令 不变 的情 况 下 ， 切换为顺序阀方式时高压调门的总当量开度相对单 阀方式有一个较大的增加量， 相 当于 d e h系统 自身 发生的一个调 门开度增加的扰动， 造成了负荷增加， 压力下 降 。由于原 设计 的切换 过程 为 1 0 0 s ， 虽 然上 层 c c s系统通 过调 节运 算 减小 了送 入 d e h 系统 的 f d e m指令 ， 但不能够及时消除扰动 ， 造成了负荷 、 压力的短时间波动。 随着时间的增加 ， 约在切换完成 后 2 0 s 后 ， 机组负荷 、 压力恢复到设定值。由顺序阀 方式切换至单阀方式的负荷 、压力扰动也是这个原 因 ， 只不过 扰动 方 向相 反 。 要解决以上切换过程发生的扰动较大的问题 ， 我们从 d e h系统着手，通过对 d e h系统顺穿阀方 式 实 现和 切换 逻辑 的分析 ( 如 图 2所 示 ) ， 在机 组 协 调 c c s方式 下 上 层 c c s系统送 入 d e h 系统 的蒸 汽汽流量指令 f d e m 经过单阀 j n序 阀两路分别运 算形成每个高压调 门( g v) 流量指令后 ， 经过单阀， 顺序 阀切换 回路选 择汽轮机处于何种 阀门控制方 江西电力第 3 3卷2 0 0 9年第 5期 21 式 ， 送 到每个 g v的阀门流量指令 f 再经过 阀门特 性修正函数形成阀门开度指令( g v p o s ) 。 p匮 单 顺 序 阀 f l 切换 l ： ： ： ! ：i 逻辑 图 2 deh 系统 单 阀 顺 序 阀逻 辑 示 意 图 图 2中顺序阀命令运算支路中， 函数 f ( x 2 1 是顺 序阀方式下 的蒸汽蒸汽流量背压修正 函数 是机组 蒸汽蒸汽流量需求与蒸汽蒸汽流量指令之间的修正 函数 。汽 轮机 在 不 同的 流量 作 功 时 ， 汽 轮 机排 汽 压 力随之变化 ， 蒸汽焓降变化 ， 相应的作功能力不同， 因此需对不同的蒸汽流量指令进行修正 。 函数 f ( x3 1 是个高压调门流量指令分配 函数 ， f ( x 3 ) 通过不 同的 指令比例和偏置运算成每个 g v的流量指令 f 。通 过修改每个调 门的 f ( x 3 ) 中的比例和偏置就可 以改 变顺序阀的开启顺序( 配汽方式) 。函数 f f x 4 1 是阀门 重叠度函数 ，决定了不同流量指令 f d e m下 g v的 开度重叠度大小 。函数 f ( x 6 ) 是 阀门特性修正函数 ， 使 得每 个 g v的 实际 蒸 汽蒸 汽流 量 和每 个 g v 的流 量指令 f 成线性关系。函数 f ( x ) 是单阀方式下的 蒸汽蒸汽流量背压修正函数。 单阀 顷 序阀方式切换 回路完成单阀方式下 g v的流量指令 f 与顺 序阀 方式下 的 g v的流量指令 f 4 之间的切换 ， 通过设置 切换时问保证切换的平稳进行 。 通过上面的分析 ， 造成由单 阀方式切换位顺序 阀方式时负荷增加 ， 压力下降 ， 可以认为同样的单阀 方式下 f d e m 指令切换 为顺序 阀方式后 实际上偏 大。表 3是 2号机组不同负荷指令及工况下 。 由单 阀方式切换为顺序 阀方式后 f d e m 的变化情况对 比表。其中切换后 f d e m是指负荷 、 压力恢复到指 令值稳定后的 f d e m指令值 它经过上层 c c s系统 通过调节运算后相 比于切换前 f d e m有所减小。因 此 可 以把 送 入顺 序 阀运 算 回路 的 f d e m 相 应 地 减 小 ， 这样就可以保证切换前后机组负荷基本不变化 。 在 d e h 逻辑 中可 以通 过修 改 函数 f ( x2 ) 的 f d e m 输 入 系数来 实现 。 由于单阀 顺序 阀方式切换动态过程 中高压调 门的总 当量开度存在变化 。 所以动态过程 中机组负 荷压力的扰动还是存在。为了使上层 c c s调节系统 能够及时调节消除这种扰动 可 以把切换时间适 当 延长 ， 一方面减小扰动的强度 一方面上层 c c s调 节系统有相对充裕的时间来克服扰动。通过试验 。 表 3 单阀方 式切 换为 顺序 阀方式 后 f de m 的 变化 注 ： f d e m 为切换前 f d e m值 ， f d e m 为切换后 f d e m值。 我们把切换时间由 1 0 0 s 延长到 3 0 0 s 后 加上上述 修改函数 f ( x2 ) 的 f d e m输入系数为 o 9 5 ， 整个切换 过 程 中和 切换 后 负荷 的最 大 变化 量 为 1 0 mw 相 应 主汽压 力 的变化 量也 较小 汽 轮机进 汽方 式切 换时 所引起的负荷、 压力波动现象得到很好的解决。 3 3 调节状态的调门抖动较大 由于调门的非线性特性 ， 如图 4所示 。 为了保证 阀门蒸汽流量需求指令 f 和阀门实际 的通过 的流 量成线性 ， 单个 阀门蒸汽流量需求指令 f 通过阀门 特性修正函数 f ( x ) 运算后形成实际的阀门开度指 令 g v p o s 。可 以发现在指令 f 大于 9 8 调门开度 大于 4 8 t ，特性曲线变得斜率很陡 ， f 很小的变 化量都会引起 阀门开度较大的变化。对于在顺序阀 方式下后续开启 的调门 g v 3 ， g v 4蒸汽流量需求指 令是通过对总流量指令 f d e m 乘 了比例系数 4再 减去不同的偏置而形成的 ，所 以调门 g v 3 g v 4在 开 度 大 于 4 8 时相 对 于 总流 量 指 令 f d e m 变 化 更 为剧 烈 图 4高 压 调 门 特 性 曲线 图 5优 化 后 各 调 门 开启 曲线 由于顺序阀方式时调门 g v 3 g v 4在较大开度 时的调节抖动会引起 e h油系统压力和 e h油管路 的抖动 ， 对机组的安全运行不利。为解决以上问题 ， 可以通过降低 阀门特性修正函数 f ( x ) 在指令 f 大 于 9 8 时的开度变化斜率 ， 使阀门特性 曲线变得相 对平缓 ， 从而减轻阀门在大开度时的抖动， 如图 4中 所示 。 由于修改了阀门特性曲线 ， 使得蒸汽流量需求 指令 f 5 和 阀门实际的通过的流量不 ( 下转第 2 4页) 2 4 江西电力第 3 3 卷2 0 0 9年第 5期 油压 ，便勿忙进行试验 。由于发电机 内氢压较高 ( 0 2 5 5 mp a ) 。 致使试验过程中油压波动下降至低于 氢压以下 ， 从而导致漏氢。后在增开交流密封油泵 、 倒泵过程中， 又 由于调整不到位 ， 使汽端 、 励端的空 侧密封油进油瞬时升高 ， 造成回油不畅， 最终造成主 励磁机 8 、 9号瓦往外喷油事故。 2 ) 运行人员的操作水平及责任心有待提高。 正常停运密封油系统时 ， 在发电机 内压缩空气 压力 尚未 泄 至最低 时 ( 还有 0 0 3 mp a ) ， 运 行人 员 即 直接停止了空氢侧交流密封油泵运行 ， 造成发电机 内压缩空气进入回油管道 ， 进而使 8 、 9号瓦漏油。 3 ) 机组的润滑油回油系统结构上存在问题 。 在密封油系统出现密封油压异常 发电机内氢 气通过 6 、 7号密封瓦外泄时 ， 发电机本身的 6 、 7号 瓦并没有 向外喷油。 却造成与密封油系统本身不相 关的主励磁机 8 、 9号轴 承喷油 ， 这说明在机组的润 滑油回油系统结构上存在问题。 4 防范措施 4 1 运行操作方面 在 倒 换 密封 油泵 操 作及 调 整 密 封 油压 过 程 中 加强对密封油泵再循环 门的调整 ， 以保持倒换或调 ( 上接第2 1页) 成线性关系，造成在阀门指令 f 5 大 于 9 8 时阀门实际的通过的流量偏小。 这时通过提 前 开 启 下一 一个 调 门来 加 以补 充 ，从 而使 得 在 整 个 f d e m 指 令 范 围 内 。进 入 汽 轮 机 的 蒸 汽 流 量 和 f d e m基本成线性关系。 通过修改阀门特性曲线( 如 图 4所示) ， 设置合适的重叠度并通过试验 ， 最终较 好地解决了调门抖动较大的问题 。图 5是在顺序阀 时各调 门对应 总流量指 令 f d e m 的开 度关 系曲线 。 4 结束语 通过调整顺序阀高压调门的开启顺序 、延长切 换时间、修改阀门特性 曲线和设置合适的顺序阀重 叠度等相关控制参数的优化措施 ， 使得机组在单阀， 顺序 阀方式切 换过程 中及切换 后满 足安全 运行 的要 求 ， 从而机组顺序阀方式能正常地投入运行。 通过对 切换前后机组相关参数的比较，由单阀进汽方式切 换到顺序阀进汽方式后 ， 机组的调节级压力 、 高排压 力 、 高排温度 、 主汽流量都有所降低 ， 高压缸焓降增 整过程中密封油压稳定。防止油压波动造成发电机 内气体窜至回油母管内。 在停止密封油系统运行时， 一 定要待发电机内空气压力泄至最低，才能停止密 封 油泵运 行 。 4 2 设备改进方面 1 ) 加大 8 、 9号瓦回油管径 ， 防止回油不畅漏油。 2 ) 由于