超临界600MW汽轮机运行优化研究.pdf

第 42 卷第 1 期 20 13 年 3 月 V 0 1 4 2 N O 1 Ma r 2013 超 临界 600 M W汽轮机 运行优化研 究 谭 锐， 刘 晓燕， 陈显辉 ， 唐丽丽， 宋 萍 ， 井芳波 ( 东方汽轮机有限公 司， 德阳 618000 ) 摘要： 针对 目前 600 MW 汽轮机在我国电网中需参与调峰的问题 ， 提 出了用顺序阀配汽方式替代原复合配 汽方式的方案， 并优化机组滑压运行曲线， 使汽轮机在仅修改 D E H 逻辑和锅炉滑压压力的前提下， 提 高超临 界 600 M W汽轮机在部分负荷下的实际运行经济性。通过理论计算和试验验证 ， 运行优化可使机组在部分负 荷 下各 负荷 的算术平均热耗 降低 约 37 kJ (kW h )。 关键词 ： 超临界 600 M W ； 汽轮 机 ； 运行优 化 中图分类号： TK262 文献标识码： A 文章编号： 1672-5549 (2013 )0 1-0015-04 R esearc h on O p erati on O p ti m i zati on for Su perc ri ti c al 600 M W Steam T u i bi n es TA N R ui ，LIU X i a oya n ，C H E N X i an -h ui ，TA N G Li -li S O N G P g 。JlN G F 6m gbo (D ongfang T ui bi ne C o ， Lld ，D eyang 6 18000 ， C hi na ) A bstrac t： W i th respec t to the peak shavi ng of 600 M W steam turbi nes i n dom esti c pow er netw ork ，the sc hem e to replac e the ori g i nal on e b y steam di stri b uti on m ode of seq uenc e valve i s presen ted i n order to op ti m i ze the u ni t sli di ng pressure operati on c urve A s a result，the parti al load ec on om y of 600 M W su perc ri ti c al steam turbi ne i s i m p roved by just c hangi ng the logi c of D EH of the turbi ne and the sli di ng pressure of the boi lerThrough theoreti c al c alc ulati on and test veri fi c ati on ， thi s operati on opti m i zati on c an reduc e the ari thm eti c average heat rate about 37 kJ (kW h ) u nd er parti al lo ad K ey w o rd s ： sup erc ri ti c al 6 00 M W；steam tu rb i n e ；op erati on opti m i zati on 汽轮机 的启动 、 停机和功率变化是通过开大 或关小调节汽阀来改变进入汽轮机的蒸汽流量和 蒸汽参数来实现的。汽阀的开和关有两种方式： 节流调节(又称单阀调节 )和喷嘴调节 (又称顺序 阀调节 ) 。 东方汽轮机有限公 司 (以下简称 “ 东汽” )超 临界 600 M W 汽轮机 的配汽方式系引进的复合配 汽方式 ， 既可以在启 动和低负荷阶段按节流配汽 方式运行 ， 也可以在额定负荷下按喷嘴配汽方式 运行 。此配汽方式是介于节流和喷嘴配汽方式之 间的一种配汽方式， 在高负荷区域的效率较高， 但 在部分负荷时 ， 此配汽方式的节流损失较大。 鉴于 目前 600 M W汽轮机在我国电网中需要 参与调峰的实际情况， 机组常年运行的负荷范围 为50 一 100额定负荷， 为了提高机组在部分 负荷时的经济性 ， 就有必要对复合配汽方式进行 优化改进设计， 以达到节能降耗的目的。 1原设计配汽方式 东汽超临界 600 M W 汽轮机采用 的是全 电调 控制的复合配汽方 式 (部 分进汽 全 周进汽 ) ， 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4 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。超临界 600 M W 汽轮机调节级喷嘴组的布置 如图 1 所示 ， 复合配汽曲线如图 2 所示。 采用复合配汽方式的最佳负荷点在 90额 定负荷以上， 但仍然兼顾了部分负荷的运行经济 收稿 日期 ： 201210-22 修订 日期： 2012-12-25 作者简介： 谭锐(1971一 )， 男， 毕业于哈尔滨工业大学， 工程硕士， 高级工程师， 从事汽轮机热力设计工作。 l l l l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 超临界 600 M W汽轮机运行优化研究 从 电机 向汽机方向看 图 1 调节级喷嘴组布置示意图 阀杆行程 m m ， GV2 3 ， ， J tP G V 4j P G V 1 、 ， lI 2 1) 6 【 】 8 O l0 0 12 0 负荷指令， 图 2复合配汽曲线 性 。为减少节流损失 ， 部分负荷采用滑参数运行 ， 即保持阀门开度不变 ， 靠改变进 汽压力来调整 负 荷。采用复合配汽方式滑压运行时各个高压调节 阀的阀门开度如表 1 所示 (阀门开度对应图 2 中 的负荷指令 90)。由表 1 可见 ， 4 个调节阀均处 于节流状态， 且 2 号和 3 号调节阀阀门节流损失 较 大 。 表 1 滑压运行时各高压调节阀的阀门开度 (复合配汽方式 ) 2运行优化方案 经研究 ， 东汽提出了机组 的优化运行方式 ， 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 ” 运行方式改为“ 三阀组 ” 运行方 I圜 _ 一 一 式 。根据各个高压调节阀所对应的不同喷嘴组个 数， 提出了3 个不同的高压调节阀阀门开启顺序 方案 ， 其中优化方案一 的高调阀阀序为 2 、 4 号 一3 号 一1 号 ； 优化方案二 的阀序为 2 、 3 号 一 4 号 一1 号； 优化方案三的阀序为 4 、 1 号 一 2 号 一 3 号。 2 1调节级强度 配汽方式改变后， 调节级强度需重新进行校 核。经校核 ， 优化方案一和方案三在 主蒸汽压力 为额定 (24 2 M Pa)时， 调节级强度可以满足两阀 全开的要求 。对于优化方案二 ， 由于两 阀全开对 应 的喷嘴组只数较少 ， 两阀全开时， 主蒸汽压力需 低于 21 0 M Pa 才能满足调节级强度的要求 。 2 2 滑压运行 曲线 由于各优 化方案 的两 阀和三 阀通 流能力不 同， 其对应的最佳运行方式也不相 同。通过理论 计算得到各负荷的最佳运行方式， 对应的滑压运 行压力如图 3 所示。 圈 2 5 0 3 LJLJ 3 5 0 4 【 JU 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 【 JU ( 【 】 功 率 M W 图3各优化方案的滑压运行曲线 说明： 图中圆点表示机组采用两阀滑压运行方式， 其 他为采用三阀滑压运行方式。 由图 3 可见 ， 由于优化方案一和方案二 的三 阀全开通流能力相同， 两方案在高负荷区域采用 三阀滑压运行时， 各负荷的主汽压力基本相同； 优 化方案三的三阀通流能力最大， 在高负荷区域采 用三阀滑压运行时， 其各负荷的主汽压力较低。 在低负荷区域 ， 机组采用两阀滑压运行方式 较为经济 ， 由于 3 个优化方案的两 阀通流能力不 同， 各个方案 由三阀转为两阀运行 的负荷点也不 相同。由图3 可知， 方案一 和方案三转为两阀滑 如 如 加 m 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 超临界 600 M W汽轮机运行优化研 究 热力透 平 压运行 的负荷点分别为 270 M W和 400 M W 。 2 3 机 组 热耗 通过理论计算得到各优化方案的经济收益， 为了更清晰地 比较各优化方案的经济性 ， 将 3 个 方案的经济收益以曲线的形式画出， 详见图 4 。 经济收益 kJ (kWh) F l +方 案 二 I j 立 塞 二 J - - k - _ ， I 、 一 一 I ) 、 j 25 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 50 50 0 5 5 0 6 00 6 5 0 功率 M W 图4各优化方案的经济收益 注： (1) 图中圆点表示机组采用两阀滑压运行方式 ， 其他为采用三阀滑压运行方式。 (2) 经济收益 ： 机组负荷相 同时采用顺序阀配汽 方式的机组热耗较采用复合配汽方式时的机组 热耗改善值。 运行优化后， 受各个配汽优化方案通流能力 及滑压压力的影响 ， 各优化方案的经济收益 略有 不 同。由图 4 可见 ， 各优化方案 在三阀滑压运行 区域各负荷的经济收益相当， 低负荷区域转为两 阀滑压后经济 收益有所增大。综合各负荷 ， 运行 优化方案一 的经济收益最大 。 2 4 机组煤耗 根据各运行优化方案的经济收益 ， 可 以得 到 各方案节约的煤耗 (注 ： 在以下 的煤耗计算 中， 煤 的热值按照标准煤 29 271 kJ kg 考虑 ， 锅炉热效率 按照 93考虑 ， 系统管道效率按照 99考虑 ) ， 计 算结果如表 2 所示。 表 2各优化方案节约的发电煤耗 (kWh ) 由表 2 各优化方案在各负荷节约的发电煤 耗 ， 可以得到各优化方案 中各负荷的平均 发电煤 耗收益 分别 为 1 362 、 1 256 和 1 102 g (kW h)， 其中优化方案一的发电煤耗收益最大。 2 5 年收益 根据表 2 中优化方案一发 电煤耗收益 ， 以及 通过统计 2009 年 A 电厂 l 、 2 号机组和 B 电厂 1 号机组的负荷率 、 运行时间以及采购煤价的情况 ， 可以初步得出 2 个电厂单 台机组在进行运行优化 后的年收益 ， 如表 3 所示。由表 中的年收益可知 ， 单台机组进行 运行 优化 的年 收益 可达 500 万 元 。 表 3单台机组进行运行优化的年收益 2 6优化后配汽曲线 综合考虑各运行优化方案中高调 阀开启顺序 所对应的喷嘴组位置、 通 流能力 以及经 济收益情 况， 推荐采用优化方案一， 即高调门开启顺序为2、4 号 一 3 号 一1 号 ， 其对应的配汽曲线如图 5 所示。 H D O 35 | | H PGV2 H PGV4 HPGV 书 r HI GV1 l ， O 20 40 6O 80 lO0 l2O 流量百分数 图5优化后配汽曲线 3 电厂实施 在实施运行优化前需进行配汽优化试验 ， 将 J i l l 固 如 柏 如 加 m 0 如 m 0 O O O O O 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 超临界 600 M W 汽轮机运行优化研究 4 个高调阀解列， 通过手动调整高调门至 目标阀 位， 一方面观察汽轮机在新阀序下的轴承振动、 瓦 温和其他重要参数运行情况， 另一方面可以得到 优化后的经济收益。 运行优化试验内容是在不同负荷 的情况时汽 轮机分别在复合配汽方式和新阀序方式下进行的 试验， 在新阀序下的最佳经济点与机组采用复合 配汽方式 的机组热耗进行 比较得到配汽优化后 的 经济收益。由于配汽优化试验的主要 目的是在相 同负荷下对不同阀门开度的机组经济性进行横向 比较， 因此对试验的绝对精确度要求不高， 试验标 准为 G B T 8117 2-2008 。下面 以 500 M W负 荷为例说明运行优化的试验工况， 详见表 4。 表4 500 M W 负荷运行优化试验工况 试验工况500M W -YD 500M W 1一 SX 500 M W 2SX 500M W 3一 SX 采 开度 () 原阀序 1 _0 l _0 1 _0 目前 ， 在超临界 600 M W汽轮机中已完成运 行优化试验的电厂有4 个。由于各个电厂汽轮机 的实际运行情况不同， 因此运行优化试验结果也 不尽相同。各电厂汽轮机进行运行优化的经济收 益如表 5 所示 ， 新 阀序下经济最佳点所对应的滑 压压力如图 6 所示。 表5各电厂汽轮机运行优化后经济收益 kJ (kWh ) 主蒸汽压力 M Pa C电 厂 ， J I 电厂 盘 一 r 300 350 400 450 500 550 600 机组负荷 M W 图6 各电厂实 施滑 压的曲 线 I I I I 由表 5 可见 ， 汽轮机运行优化后 的机组热耗 改善约 37 kJ (kWh )， 折合发电煤耗降低 1 373 g (kW h)， 与理论计算 的发电煤耗降低量相 当。同时从 已实施 运行 优化 的 电厂 反馈 知道 ， 汽轮机采 用新 阀序运 行稳 定 ， 轴承振 动及 瓦温 情况与采用老阀序运行相 比有所变化， 但在安 全范围内。 4 结 论 东汽超临界 600 M W 汽轮机的配汽方式系引 进的复合配汽