超临界600mw超临界汽轮机变负荷运行分析及改造方案

超临界600mw超临界汽轮机变负荷运行分析及改造方案

国泰康发电有限公司2.600mw临界装置配备了2台n6-24.2.566.566和尚，以及具有中心热、单轴、三轴、四驱的电磁机组。整个轴系由9个轴承支撑,1～6号轴承为四瓦可倾瓦,7～8号轴承为上瓦圆下瓦可倾瓦,9号轴承为四瓦可倾瓦,自动主汽门(TV)和调节汽门(GV)的排列及每阀控制喷嘴数量见图1。该机组在多阀调节(喷嘴调节)变负荷运行中,发现机组2号瓦的瓦温明显升高,振动也明显增大,严重影响机组的安全运行,因而长期以来无法投入多阀调节方式,只能采用单阀调节(节流调节),从而导致调节阀节流损失大,影响经济性。为此对2号机配汽方式进行了改造。1调节级进汽方式的确定该600MW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→1号→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横向汽流力,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横向力。转子在这一合力的作用下,轴心位置必然发生偏移。通过对高压缸调节级进行详细的热力计算,发现这一偏移使轴在轴承中的间隙发生了很大变化,从而导致2号瓦瓦温升高。另外,随着机组的增大,配汽剩余汽流力产生的倾覆力矩使得推力瓦的各个瓦块进油油楔面积小,因此推力瓦的瓦温也会升高。要从根本上解决上述故障就应该寻求新的配汽方式,以消除或降低调节级部分进汽时引起的汽流力。从上述分析可知,非对称进汽导致了配汽剩余汽流力的产生。因此为消除此力,可以采用完全对角进汽的方式,并有单阀与双阀2种选择方案。目前机组运行于单阀方式,该方式虽然消除了剩余汽流力,但是节流损失太大,经济性很差。所以首选的方案是双阀对称进汽(简称方案A)。方案A虽然在高负荷区域调节级效率比顺序阀方案会略有下降,但是可以使汽流力互相抵消为零。由于原设计的顺序阀方案实际无法投入运行,所以方案A与目前运行的方式相比平均效率是提高的,大约会从30%提高到45%。为兼顾机组的安全性和经济性,方案A的进汽顺序为“3号+4号→2号→1号”。除此之外,为了进一步降低节流损失,提高调节级的效率,也可采用另外一种顺序阀方案(简称方案B)。方案B的进汽顺序为“1号+2号→3号→4号”。由于方案B最先开的两阀处于对角位置,所以剩余汽流力会比原来的顺序阀方案降低很多,同时也保持了调节级效率高的优势。2比较的对象见表13试验证实3.1第一实验(1)试验条件阀门流量特性曲线(见图2),阀开顺序3号+4号→1号→2号,所有调节控制逻辑均为原设计。(2)“单阀”控制方式1号及2号瓦Y向温度在“单阀”转“顺序阀”后温度变化约20°C。其中1号瓦温度“单阀”控制方式为70°C左右,切“顺序阀”后,最大变化至88°C;2号瓦温度“单阀”控制方式为84°C左右,切“顺序阀”后,最大变化至105°C,调门摆动较大。其余各瓦温度、轴振、轴向位移、缸体温差等参数均无明显变化。3.2第二次试验结束(1)试验条件阀门流量特性(由制造厂提供)见图3。阀开顺序为3号+4号→2号→1号。其余调节控制逻辑为原设计。(2)温度随时间的变化1号及2号瓦温度在“单阀”转“顺序阀”后温度变化约15°C。其中1号瓦温度“单阀”控制方式为70°C左右,切“顺序阀”后,温度最大变化至83°C(原来为88°C);2号瓦温度“单阀”控制方式为84°C左右,切“顺序阀”后,温度最大变化至98°C(原来为105°C),仍存在调门摆动问题。其余各瓦温度、轴振、轴向位移、缸体温差等参数均无明显变化。此次试验对于瓦温只起到缓解作用,只是达到了在“顺序阀”控制方式下不至于威胁机组运行安全的目的,未从根本上解决问题。3.3完成顺序阀试验反映的问题和改进(1)瓦温由于进汽方式为3+4→2→1,上部的3号及4号阀全开后2号阀及1号阀再分别开,这样必将导致转子中心下移,轴瓦承载增加,引起瓦温升高。(2)阀内重叠度的改进因为顺序阀控制方式中,在不同的负荷段,必然导致调节门处于“拐点”区工作,由此必然导致调节门波动。为此调整了7号机阀门特性曲线(见图4)。该曲线因无明显“拐点”,理论上可以解决阀门摆动问题,但必将导致负荷响应速度下降,为此对阀门重叠度进行了修改,由原无阀门重叠度修改为1号+2号阀流量指令达85%时,3号阀开始开;当3号阀流量指令达85%时,4号阀开始开。这样,不但可以防止负荷响应速率下降,也可保证低负荷时进汽室的均匀受热,而且可以削减1号及2号阀先开对机组产生的汽流激振影响。(3)中压调门“终点”区工作因DEH设计逻辑为当高调门流量指令达33%时,中压调门将参与调节。由此,引起中压调门处于“拐点”区工作,导致调门大幅度波动,进而引起EH油管振荡,协调品质恶化。为此,将中压调门增设机组负荷>30%时,闭锁中压调门参与调节逻辑,以保证系统运行安全和协调调节特性。(4)变参数限制由于顺序阀控制时,处于单阀调功,而单阀为4阀调功,所以将DEH在遥控方式下原变负荷速率限制修改为变参数限制(见图5)。修改的目的是提高负荷响应速率,同时避免锅炉主控调节滞后引起主汽压力指令与测量值偏差大时,导致锅炉超压,因为当锅炉主控调节压力出现大的偏差时,汽轮机主控会因为压力变化调节阀门开度加剧而压力突变(如锅炉压力实际值超过设定值时,DEH会因为调节功率关小调门,造成压力越来越高)。(5)调节前开度的影响修改了协调控制压力的参数(见表2)。由于机组处于滑压运行方式,经修改后,使得机组在顺序阀控制方式下,1号及2号阀始终处于全开状态,负荷变化由3号及4号阀进行调节;同时使得3号及4号阀同样工况下,较修改前开度增加,不但削减了汽流激振的影响,同时也降低了节流损失,提高了机组运行经济性,改善了协调品质。并优化了协调调节参数,修改了煤-水比及中间点温度修正曲线。3.4第三次试验结束(1)调整阀关系控制方式①机组“AGC及一次调频“退出;②机组负荷在450MW稳定;③“DEH在单阀”控制方式,将1号及2号高压调门切至手动控制状态。手动强制开1号及2号高压调门,每次操作幅度为2%。每操作一次观察2min,确认瓦温、振动等参数均无异常,再进行下一次操作。1号及2号调阀全开后,保持其手动控制状态,并适当提高主汽压力,使3号及4号阀逐渐全关。在整个操作过程中,监视瓦温及振动变化,发现异常立即终止。当3号及4号高压调门全关后,振动、瓦温均无明显变化,各项指标均在合格范围,逐渐关小1号及2号高调门,当1、2、3、4号调门开度基本一致时,将1、2号调门恢复自动控制方式,进行下步操作;④按修改方案修改阀门特性曲线及阀门开启顺序,进行“单阀”“顺序阀”切换,一切正常后,再由“顺序阀”切为“单阀”。均无异常时重新切为“顺序阀”控制方式;⑤转“顺序阀”控制后,对机组瓦温、振动、声音进行全面检查,确认一切正常,请示网调进行“顺序阀”控制方式下的变负荷试验。试验范围300～600MW,负荷变化率为4～6MW/min,压力变化率0.2～0.3MPa/min,负荷连续变化范围50～100MW;⑥升降负荷试验完毕,确认机组在整个试验过程中瓦温、振动、轴移、缸温、汽温、汽压等参数正常,则以8～12MW/min负荷变化率、0.2～0.3MPa/min压力变化率进行升、降负荷试验,试验范围300～600MW,以考察“顺序阀”控制方式下协调控制特性。(2)试验结果瓦温2x/2y方向负荷变化范围300～600MW,1X方向振动反应较明显。“单阀”控制方式,1X/1Y方向振动分别为55.8/57.2μm;瓦温1X/1Y方向方向分别为68.3/73.9°C;2X/2Y方向振动分别为34.9/35.8μm;瓦温2X/2Y方向分别为79.6/86.5°C。转“顺序阀”控制方式后,1X/1Y方向振动方向分别为82.7/59.7μm;瓦温1X/1Y方向分别为71/58.5°C;2X/2Y方向振动分别为44/39.4μm;瓦温2X/2Y方向分别为82.7/74.8°C;1X方向振动,受汽流激振的影响,振动最大变化幅度为8μm,振动最大峰值为97μm,正常稳定值约76μm左右,1Y方向振动最大峰值为70μm。1X/2X方向瓦温升高约3°C,1Y/2Y方向瓦温降低约15°C左右,其余各瓦振动、温度均无明显变化,阀切换前后“顺序阀”较“单阀”控制方式,缸温、上、下缸温差、差胀、轴移等参数均无明显变化,较稳定;协调调节品质基本满足运行要求;各方向振动负荷变化范围100～600MW,1X方向振动反应较明显。“单阀”控制方式,1X/1Y方向振动分别为42.3/24.7μm;瓦温1X/1Y方向分别为72.1/63.2°C;2X/2Y方向振动分别为21.6/26.5μm;瓦温2X/2Y方向分别为82.3/78.4°C。转“顺序阀”控制方式后,1X/1Y方向振动分别为56.2/38.6μm;瓦温1X/1Y方向分别为69.2/59.9°C;2X/2Y方向振动分别为23.2/29.6μm;瓦温2X/2Y方向分别为80.9/75.7°C。1X方向振动,受汽流激振的影响,振动最大变化幅度为13μm,振动最大峰值为73μm,正常稳定值约60μm。1Y方向振动最大峰值为40.5μm。1X/2X方向瓦温降低约3°C,1Y/2Y瓦温降低约4°C。上述参数变化主要集中在450～550MW之间,其余各瓦振动、温度均无明显变化。在负荷变化过程中,1X/2X方向瓦温最高上升至78/86.3°C,同时,1Y/2Y方向瓦温较单阀降低约6°C(57.3/71.5°C),阀切换前后“顺序阀”较“单阀”控制方式,缸温、上、下缸温差、差胀、轴移等参数均无明显变化,较稳定,CCS调节特性基本满足要求;阀”控制方式下压力调节偏差8号机启动中300～450MW“单阀”控制方式下压力调节偏差最大1.2MPa,但由于负荷较低,虽有负荷超调现象,但不会威胁到机组运行安全。4比较(1)安全改造后的顺序阀方式中瓦温明显降低,符合机组运行的安全性指标要求。(2)经济机组切换到顺序阀控制后经济性得到明显改善,参考同类型机组数据约降低煤耗1.8g/(kW·h)。5变负荷过程中振动稳定性分析经过对国华太仓发电有限责任公司600MW超临界机组阀门管理进行优化改造,解决了调门摆动、瓦温高问题。受汽流激振影响,1号及2号轴承轴振稳定性有所下降,在450～550MW变负荷