臺山電廠630MW汽輪機運行方式探討

1汽輪機運行方式介紹

1.1單閥運行和順閥運行

現(xiàn)代大容量汽輪機的運行方式按照汽輪機的閥門調(diào)節(jié)方式,可以分為單閥運行和順閥運行,單閥運行又被稱為節(jié)流調(diào)節(jié)或全周進汽,順閥運行又被稱為噴嘴調(diào)節(jié)或部分進汽。

汽輪機單閥運行時,由于為全周進汽方式,進汽部分的溫度分布較為均勻,在負荷大幅變化時不會引起過大的熱應力和熱變形,機組在并網(wǎng)后帶低負荷階段采用單閥運行。另外,新機組在投產(chǎn)的6個月內(nèi),廠家和二十五項反措也要求機組采用單閥運行。汽輪機采用單閥運行時,由于汽門部分開啟存在蒸汽節(jié)流,汽輪機理想恰降減少,汽輪機相對內(nèi)效率降低,機組效率也同步降低。

汽輪機順閥運行時,由于從圓周上看屬于部分進汽,汽輪機高壓部分的金屬溫度變化較單閥方式要大,汽缸壁產(chǎn)生較大的熱應力,從而限制了機組快速改變負荷的能力。順閥運行時,只有一個調(diào)節(jié)汽門處于部分開啟狀態(tài),其余的調(diào)節(jié)汽門均處于全開或全關狀態(tài),蒸汽只在部分開啟的調(diào)節(jié)汽門中有一定節(jié)流,降低了理想恰降,但因流經(jīng)該汽門的蒸汽流量只占總流量的一部分(不超過25%),因此蒸汽恰降的改變對機組效率的影響相對單閥要小得多,在機組90%以下負荷階段,機組順閥運行比單閥運行效率要高。

為了充分發(fā)揮順閥和單閥這兩種配汽方式的優(yōu)點,臺山電廠1～5號機組采取了節(jié)流配汽一噴嘴配汽聯(lián)合調(diào)節(jié)的方式,即第1、第2個調(diào)節(jié)汽門對角同步開啟,使汽缸均勻受熱:待第1、2個調(diào)節(jié)汽門全開后,再根據(jù)機組負荷需要依次開啟第3、第4調(diào)節(jié)汽門,同時發(fā)揮了節(jié)流配汽和噴嘴配汽兩者的優(yōu)勢。目前臺山電廠1～5號機組的順閥就是采用這種方式運行。

實際運行中,雖然汽輪機在順閥運行時比單閥運行效率高,但順閥運行的進汽方式不均勻,導致部分機組出現(xiàn)主機軸瓦振動增大、軸承溫度升高及上下缸溫差增大等現(xiàn)象。

臺山電廠1、3、5號機組自2016年開始,利用A修機會先后進行了汽輪機通流改造,單臺機組容量從600MW增加到630MW,改造后的機組在投入運行半年后切至順閥運行(2＋1＋1）時,當?shù)谒拈yGV4逐漸開啟至5%～8%開度以上時,出現(xiàn)了1、2軸瓦振動增大的異?，F(xiàn)象(y方向振動超過165μm)。為考慮機組安全,目前暫時只能投入2＋2順閥模式,即第3、第4閥同步開啟。

1.2滑壓運行和定壓運行

機組定壓運行時,保持主汽壓力恒定,通過鍋爐燃料量和汽輪機高壓調(diào)門來調(diào)節(jié)機組的負荷,這種運行方式在低負荷階段由于調(diào)速汽門開度小,節(jié)流損失很大。

機組滑壓運行時,通常保持汽輪機高壓調(diào)門全開或接近全開。為了更好地響應調(diào)度負荷變化曲線,運行更經(jīng)濟,同時滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻要求,高壓調(diào)門一般只開至額定流量的80%～85%,由于汽輪機對應調(diào)門流量拐點在40%左右,因此實際閥門開度維持在32%～34%。通過調(diào)整鍋爐燃料量來改變主汽壓力,利用主汽壓力的變化調(diào)節(jié)機組負荷,即主汽壓力隨機組負荷變化而變化。

綜合定壓運行和滑壓運行的各自優(yōu)點,我廠630MW機組采用定一滑-定運行方式。在40%以下低負荷階段,著重考慮鍋爐燃燒穩(wěn)定性、給水調(diào)節(jié)穩(wěn)定性等安全因素而采用定壓運行方式:在40%～75%中間負荷階段,考慮到機組的經(jīng)濟性和良好的負荷適應性,采用滑壓運行方式:在75%以上高負荷階段,為了維持額定參數(shù)保持機組高效率運行,采用定壓運行方式。

1.3綜合考慮單閥、順閥和滑壓運行方式

臺山電廠1、3、5號機組在40%及以下低負荷階段,綜合考慮到安全穩(wěn)定因素,采用定壓運行方式,此時調(diào)門控制若采用單閥運行,則節(jié)流損失非常大。在保證安全的前提下(我廠1～5號機組邏輯在順閥情況下,單個高調(diào)門發(fā)生突關時,由于閥門開度指令與反饋偏差大,汽輪機會自動切換至單閥運行,安全可靠性較高),采用順閥運行,低負荷只保持兩個調(diào)門開啟,使得低負荷下節(jié)流損失明顯減少。

在40%～75%中間負荷階段,機組采用滑壓運行方式,采用單閥還是順閥運行方式,要結(jié)合具體情況進行分析:機組順閥運行時,在三閥全開、第4閥關閉的情況下,順閥運行的效率最高(四閥全開除外,四閥全開和單閥運行已經(jīng)區(qū)別不大),其次是第3閥接近全開或第4閥開度很小或第4閥開度很大的情況,效率也很高:但是在第3閥或第4閥處于中間位置時,雖然只有一個調(diào)節(jié)閥節(jié)流,節(jié)流損失仍舊比較大,相比較同負荷下的單閥運行,效率未必很高。特別是臺山電廠1、3、5號機組,由于第4閥開啟后振動偏大,目前只能采用2＋2順閥運行,在第3、第4高調(diào)門開度較小時,節(jié)流損失并不小。因此,滑壓運行階段,順閥運行效率的高低取決于滑壓曲線的設定情況。

機組在75%以上高負荷階段,為了維持額定參數(shù)保持機組的高效率運行,采用定壓運行方式。

2我廠單閥、順閥運行方式的問題分析

對于標準的滑壓運行工況,在整個滑壓運行段不同負荷下,工況穩(wěn)定后,汽輪機高壓調(diào)門的通流百分數(shù)(即汽機主控反饋百分數(shù))應該是接近的(不考慮主/再熱汽溫大幅變化、凝汽器真空大幅變化及加熱器退出運行的影響）,但是由于種種原因,目前我廠機組在滑壓階段運行時,不同負荷下汽輪機高壓調(diào)門的開度均偏小,如表1所示。

表1單閥運行方式下機組運行參數(shù)情況(#號機組）

從表1可以看出,在機組整個滑壓運行階段,最低負荷和最高負荷時,汽機主控反饋相差并不大。但是在滑壓全過程中(240～450MW）,高調(diào)門開度均偏?。?5%～17%）,造成在單閥運行時節(jié)流損失較大,考慮我廠600MW機組負荷率一般不高于70%,因此在絕大部分運行時間內(nèi),汽輪機效率偏低。因此,筆者認為滑壓曲線的設定主要因考慮3點:（1）盡量減少節(jié)流損失,當然主汽壓也不能過低:（2）機組日常負荷區(qū)間情況:（3）機組單閥、順閥選擇情況?？梢酝ㄟ^完善滑壓曲線的設定,提高單順閥運行方式下機組的效率（單閥運行時,保持比較大的高壓調(diào)門通流百分數(shù),機組效率同樣比較高）。

2018年5月,粵能公司對臺電3號機組進行機組試驗,試驗期間高壓調(diào)門按照2+2的順閥方式運行,進行600～250MW負荷間的滑壓優(yōu)化試驗。試驗工況如表2所示。

表3試驗工況表

我廠機組目前的定_滑一定壓力曲線（3號機）如表3所示。

按照粵能公司優(yōu)化后設置的定一滑-定曲線（3號機）如表4所示 。

表3 定一滑一定曲線(3號機）

表4 粵能推薦的定4滑一定曲線(#號機）

從表3、表4可以看出,優(yōu)化前后的曲線相比:

（1）在250～280MW負荷段,壓力設置比舊曲線偏高:

（2）在280MW以上,壓力設置比舊曲線偏低,適合我廠高調(diào)門開度偏小的特點,有利于減少節(jié)流損失。

（3）粵能優(yōu)化曲線中所采取的250MW、300MW、350MW的壓力均為試驗工況的最低壓力值,壓力繼續(xù)降低后的汽輪機熱耗情況如何變化建議通過試驗取得,以此達到最優(yōu)滑壓曲線。

(4）考慮到我廠1～5號機組負荷率在迎峰度夏前一般不超過70%,而在當前滑壓曲線下,機組以2+2模式運行時,GV2、GV3在機組負荷大于450MW以上才會逐漸開啟,因此機組目前投入2+2模式相比單閥運行有較大的節(jié)能效果,與2+1+1順閥模式亦相差不大。

3結(jié)語

在目前情況下,綜合考慮經(jīng)濟和安全因素,采用2+2順閥模式較為合適,同時滑壓曲線建議針對我廠高調(diào)門開啟偏小的特點,同時為達到最好的節(jié)能效果(煤耗下降3g/kwh以上）,盡量避免GV2、GV3在450MW以下開啟,建議采取如表5所示的曲線。

表5優(yōu)化后設置的定一滑一定曲線

(1）跟定州、滄東等兄弟單位進行交流,同時對250～350MW工況滑壓曲線進行試驗,結(jié)合試驗結(jié)果,確定最合理的滑壓曲線,以提高機組效率,同時改善機組對工況變化的適應性。

(2）與電科院加強溝通,利用調(diào)停機會加裝平衡塊進行配重,滿足機組2+1+1順閥模式的投入需求,爭取在迎峰度夏前投入正常閥序,配合優(yōu)化后的滑壓曲線,達到機組節(jié)能的最優(yōu)效果。