超临界600MW机组配汽研究.doc

超临界600MW 机组配汽研究于德超 何 辉 匡国强（湖南华电长沙发电有限公司）【摘 要】通过试验方法寻找出汽轮机组的最佳阀门特性。本文结合长沙电厂#1 机组的配汽优化试验结果，对两种配汽方式对机组经济性的影响进行了比较分析，该分析对于复合配汽方式运行机组的优化运行具有指导意义。【关键词】试验 阀门 特性 配汽优化 经济性0 前言湖南华电长沙发电有限公司2X600MW 汽轮机机组系东方汽轮机有限公司生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机。其机组的配汽方式为全电调控制的复合配汽方式，调节阀采用多阀系统，各阀严格按照预定的程序执行启闭、升程关系固定。在启动和较低负荷时，汽轮机采用节流调节，此时四个调节阀同时开启，带一定负荷后，关小或关闭部分阀门，转为喷嘴调节。这种配汽方式的最佳负荷点在90%100%额定负荷范围之内，但仍然兼顾了部分负荷的运行经济性。为减少节流损失，部分负荷采用滑参数配汽，即保持阀门开度不变，靠改变进汽压力来调整负荷。为了达到节能降耗的目标，就有必要对其配汽方式进行优化。1 超临界600MW 机组原设计情况1.1 超临界600MW 机组原设计配汽曲线超临界600MW 机组原设计配汽曲线如图1 所示。01020304050600 20 40 60 80 100 120阀杆行程 mm负荷指令 %HPGV1 HPGV2&3HPGV4图1 超临界600MW 机组设计配汽曲线全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机231.2 超临界600MW 机组的调节级喷嘴组布置情况图2 超临界600MW 机组调节级喷嘴组布置示意图1.3 超临界600MW 机组的运行情况机组采用定压或定滑定运行方式，在低负荷时采用第二种运行方式较为经济。定滑定运行方式的滑压运行范围为3090额定负荷。机组滑压运行时各个调节阀的阀门开度如表1 所示。由表中各个调节阀的阀门开度可见，在机组部分负荷运行时，各个调门的节流损失较大。表1 滑压运行时各高压调节阀的阀门开度项目 1 号调门 2 号调门 3 号调门 4 号调门调门开度（） 8.9 37.0 37.0 54.92 试验方法本次试验主要依据为中国电站汽轮机热力性能验收试验规程（GB8117-87）和美国机械工程师协会汽轮机性能试验规程(ASME PTC6-1996)，由华电电科院和东方汽轮机厂完成该实验。试验中将压力测量更换精度0.075 级ROSEMOUNT 压力变送器；温度测量采用温度变送器转接E型精密级热电偶；主流量测量采用位于3 号高加出口的流量喷嘴测量；数据采集使用IMP 分布式数据采集系统，每30 秒采集一次，每个负荷段数据采集持续12 个小时。整个试验过程中，保持系统单元制运行，期间关闭所有补水系统、疏水系统、旁路系统、锅炉吹灰和连排系统等，保持系统被完全隔离。运行参数保持稳定，不对系统进行无关试验的操作。本次试验选取了600MW、550MW、500MW、450MW、400MW、360MW 共6 个负荷段。为了便于比较全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机24和寻找最优阀位，每个负荷段都进行原阀序的试验。然后，以10%的速率分别开启和关闭不同位置的调门，测试机组的高压缸效率、热耗率等。每个工况进行了4 组6 组试验。本次阀门特性试验工进行了30 组试验，取得了30 组不同阀位下机组的高压缸效率、热耗率等参数。3 试验结果3.1 试验计算及修正求取采集数据的算术平均值，再经过仪表校验值、高差、大气压力等修正后作为试验原始测量数据；根据DCS 记录的各储水容器水位变化量、容器尺寸、记录时间和介质密度计算出当量流量。将处理过的试验原始数据，带入下式中进行计算，求取热耗率：ems ms ffw ffw hrh hrh crh crh rhsp rhspPG H G H G H G H G HHR + =对于计算结果，进行主蒸汽温度、再热蒸汽温度、再热压损、排汽压力的修正，最终求得机组在该负荷段不同阀位下的热耗值。3.2 600MW 负荷段试验结果在600MW 负荷段，不同阀位下共进行了四组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系见图3。600MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系7954.77899.87922.881.9281.9882.1278807900792079407960798023.669 24.352 24.39681.881.981.982.082.082.182.182.2热耗值高压缸效率图3 图600MW 工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系从图3 中可也看出，原阀序状态600MW（原阀位）的热耗并非最佳，而是在顺序阀工况600MW2（#2、3、4 高调门全开，#1 高调门开度接近10%）的阀位开度下，热耗及高缸效率最优。在本负荷段试验过程中，调门开度变化对机组振动无影响。3.3 550MW 负荷段试验结果在550MW 负荷段，不同阀位下共进行了六组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系见图4。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机25550MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系7936.97954.17924.87960.07985.281.28 81.19 81.1080.6779.7379007920794079607980800022.523 22.578 22.515 23.032 23.65978.579.079.580.080.581.081.5热耗值高压缸效率图4 550MW 工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系从图4 可以看出，550MW3（#1 调门全关，#3 高调门开度为60%，#2、4 高调门开度为100%）阀门开度下，热耗低、缸效率高，为最佳运行工况。此工况#3 高调门开度为60%，节流损失已经很小，就地阀位已经接近全开状态，因此在550MW 负荷工况下，#3 高调门也可以采用全开方式运行，也就是可以采用三阀全开的方式运行，此工况的主蒸汽压力为22.51MPa。3.4 500MW 负荷段试验结果在500MW 负荷段，不同阀位下共进行了五组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系见图5。500MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系7966.37971.38000.28020.381.5081.04 81.0980.5179607980800080208040806020.544 20.645 20.944 21.30880.080.280.480.680.881.081.281.481.6热耗值高压缸效率图5 500MW 工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系由图5 中可以看出500MW4（#1 高调门全关，#2、3、4 高调门全开）工况点热耗、缸效率最佳。3.5 450MW 负荷段试验结果在450MW 负荷段，不同阀位下共进行了五组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系见图6。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机26450MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系8036.38009.88033.28024.681.5580.8279.7177.8480008020804080608080810018.406 19.085 19.614 21.60675.076.077.078.079.080.081.082.0热耗值高压缸效率图6 450MW 工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系从上图中可以看出，450MW3 工况（#1 高调门全关，#3 高调门开度为40%，#2、4 高调门开度100%）热耗率、高压缸效率优于其他工况。此工况的主汽压力为19.085MPa。3.6 400MW 负荷段试验结果在450MW 负荷段，不同阀位下共进行了五组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系见图7。400MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系8058.38026.68014.88048.581.1880.7978.8177.8180108020803080408050806016.378 16.548 18.046 20.24276.077.078.079.080.081.082.0热耗值高压缸效率图7 400MW 工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系从图7 中可以看出，400MW 工况下，400MW2 工况（1 高调门全关，#3 高调门开度为25%，#2和#4 高调门全开）下的热耗优于其他工况。3.7 360MW 负荷段试验结果在360MW 负荷段，不同阀位下共进行了五组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系见图8。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机27360MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系8079.68042.4 8043.08045.279.7177.69 77.65 77.5880408050806080708080809015.258 17.068 18.918 18.93877.077.578.078.579.079.580.0热耗值高压缸效率图8 360MW 工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系从图8 中可以看出，360MW 负荷工况下，360MW3 工况（#1 高调门为全关，#3 高调门开度为20%，#2 和#4 高调门全开）点热耗最低，此负荷工况点主汽压力保持在17.068MPa 时，经济性最佳。4 对比分析从以上各负荷工况下不同阀位时取得的试验数据可以得出，机组在原阀序工况下的经济性较差。由于在原阀序工况下阀门存在进汽节流损失，使机组的相对内效率偏低，机组热耗偏高。从图8 中可以明显看出，机组在原阀序状态下，#1 高调门开度较小，#2、3、4 高调门的开度均没有达到部分阀门全开的进汽方式，造成进汽节流损失较大，热耗值偏高。原阀序工况下各调门开度与负荷对应关系曲线020406080100350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625负荷（MW）开度（%）#1高调门#2高调门#3高调门#4高调门图9 各负荷段原阀门开度与负荷的对应关系曲线通过试验，得出的各负荷段下阀门开度与负荷对应关系如图10 所示：全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机28阀门优化后调门开度及热耗与负荷的关系曲线020406080100120350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600负荷(MW)开度(%)78507900795080008050热耗（kJ/kWh）#1高调门#2高调门#3高调门#4高调门修正后热耗图10 试验得出各负荷段下不同阀位所对应的最优热耗关系曲线从优化后的阀门开度曲线（图10 所示）可以看出，采用优化后的阀门开启控制方式，#1 高调门在机组带550MW 以上负荷时才有开度，到600MW 工况时，#1 高调门开度为010%（根据季节控制），#2、4 高调门开度均为100%的全开状态，所以#2、4 高调门的节流损失最小。#3 高调门在360MW 负荷工况开度为20%，至500MW 负荷时，#3 高调门的开度为100%，所以在360MW500MW 负荷段，只有#3 调门存在节流损失，其他3 个调门不存在节流损失，故机组热耗较原阀序有很大降幅。5 配汽优化根据试验，我们对机组的优化配汽改造，即将原来的复合配汽方式改为顺序阀方式运行，由原来的“两阀组”运行改为“三阀组”运行方式。根据机组原有的调门开启顺序及喷嘴组布置情况，提供顺序阀配汽方案的调门开启顺序为#2、#4#3#1。此阀门开启顺序对应的阀门开启曲线如图11 所示。0.000.050.100.150.200.250.300.350 20 40 60 80 100 120流量百分数 %H/DHPGV2&HPGV4HPGV3HPGV1图11 优化后机组的配汽曲线全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机29根据理论计算分析，机组三阀全开对应的功率为605MW，两阀全开对应的功率为402MW。机组在300600MW 负荷之间运行时，三阀全开滑压运行较为经济。机组在180300MW 负荷之间运行时，两阀全开滑压运行较为经济。由于此配汽方式在部分负荷运行时，最多只存在一个阀门处于节流状态，并不会出现四个调门都处于节流状态，所以优化后的配汽方式能明显提高机组的经济性。经过华电电科院和东方汽轮机厂的试验确认，采用优化后的顺序阀控制方式，将使机组进汽节流损失降低或消除，机组的经济性得到明显提高，热耗平均下降37kJ/kWh，煤耗约下降1.39g/kWh。6 切换过程根据上述长沙电厂#1 机组配汽优化方案，2010 年7 月2 日湖南华电长沙发电有限公司对#1 机组进行配汽优化，实施过程如下：1) 机组负荷升至一定数值 450MW 左右，解除AGC 指令，将CCS 控制切除，点击画面上功率控制按钮，将功率控制投入；2) 点击画面上阀控方式切换按钮，在弹出窗口中点击顺序阀按钮进行切换。3) 整个切换过程大约持续 10 分钟，在此期间应监视机组的一些重要参数是否超限，如机组负荷、主汽压力、主汽温度、再热蒸汽温度、调节级后压力、机组1#4#轴振。4) 切换完成，切除功率闭环回路，投入 AGC 指令，投入AGC 指令。图12 至图15 是机组切换前后混合阀与顺序阀阀门