600MW机组长周期低负荷汽轮机运行优化探讨

600MW机组长周期低负荷汽轮机运行优化探讨

蒋辉

（华能云南滇东能源有限责任公司滇东电厂云南省曲靖市655508）

摘要：针对目前火电机组调峰方式运行，长周期低负荷运行已是常态，结合国内同类型机组，提出用顺序阀配汽方式替代原设计复合阀配汽方式方案，论证其可行性并优化调门配置方式，自主试验，修改DEH逻辑并投入使用，提高600MW机组长周期低负荷汽轮机运行实际经济性，同时解决了1、2号支持轴承温度偏高的问题，提高了提高了机组运行的安全性。

关键词：汽轮机；低负荷；配汽优化；调门配置方式；经济性；安全性

1配汽优化调整

1.1优化方案拟定

高压调节阀喷嘴组面积（喷嘴数量）不同时，配汽方式有多种组合方式，即在投入相同调门数量的情况下，对应的调节级面积将不同，在相同进汽流量条件下，主蒸汽压力也将不同，导致汽轮机运行安全经济性不同。

采用对角进汽方式进汽调节级叶片每转动一周叶片经过两次汽流冲击，调节级叶片寿命会缩短，并且受汽流激振影响1、2号支持轴承振动不稳定，高压调节阀配汽组合方式（1+4）-3（或2）-2（或3）和（2+3）-1（或4）-4（或1）不满足要求，不予考虑。可采取（1+3）-2（或4）-4（或2）或（2+4）-1（或3）-3（或1）配汽优化方式。

根据汽轮机的进汽流量G可由下式确定：

（1）

式中：P’0、A表示汽轮机调节级前压力（高压调节阀后压力）及进汽面积；T0为高压调节阀前主蒸汽温度；R为气体常数；β为彭台门系数，而亚临界状态下β由下式确定：

（2）

其中εn、εnc分别为调节级压比和临界压比，由于β仅与调节级前后压比有关，因此实际上进汽量也主要取决于调节级前压力P’0和进汽面积A。通过高压调节阀开启的方式控制所投入的喷嘴数来调节调节级进汽面积A。当投入的高压调节阀数量较多，则进汽面积A越大，则所需的调节级前压力P’0就越低，机组循环效率相对降低，反之投入的高压调节阀数量较少时，则调节级的进汽面积A就相对较小，所需的调节级前压力P’0就越高，机组循环效率相对提升。应根据实际运行负荷情况选择合适的高压调节阀配汽组合方式，方能获得最好的经济性。机组常年360MW、短时400MW负荷点运行，负荷较低，排除其他影响因素外，应选择喷嘴数较少的调门组合，即可保持较高的主蒸汽压力，又可使高压调节阀节流损失最小。因此根据喷嘴布置可采取（1+3）-2-4或（2+4）-1-3配汽优化方式。

1.2配汽优化试验

机组常年在360MW、400MW两种工况下运行，结合同类型机组运行经验，现场仅对两种工况做不同阀序切换的试验。

首先进行360MW、400MW单顺阀的切换试验，按照（1+3）-2-4配汽优化方式，在试验中，严密监视机组的油温、瓦温、振动、膨胀、胀差、轴向位移等相关安全参数，切换试验正常。

再次进行360MW、400MW单顺阀的切换试验，按照（2+4）-1-3配汽优化方式，在试验中，严密监视机组的油温、瓦温、振动、膨胀、胀差、轴向位移等相关安全参数，切换试验正常。

360MW、400MW两种工况下，按照（1+3）-2-4配汽优化方式，1、2号轴承的瓦块温度几乎同步变化,一侧瓦块的温度升高,另一侧则下降,但总体水平与原阀序没有明显变化,说明轴承瓦温的变化与调节级的进汽方式及调门开度有关；润滑油油温、轴瓦振动、推力瓦瓦温、缸热膨胀、胀差、轴向位移等主要参数无明显变化；按照（2+4）-1-3配汽优化方式，1号、2号轴承的瓦块温度下降明显，各测点降幅均在10℃以上，但1号轴振1Y方向幅值增大较明显，增大35μm，总体平稳。润滑油油温、轴瓦振动、推力瓦瓦温、缸热膨胀、胀差、轴向位移等主要参数无明显变。

综上所述，考虑到原阀序运行方式下，在夏季工况时，低负荷运行时1、2号轴承瓦块温度都到达90℃以上，如果采取（1+3）-2-4配汽优化方式，1、2号轴承瓦块温度可能达到100℃风险，根据推算，如有高负荷时段轴承瓦块温度将达到报警值，基于安全性考虑，顺序阀采取（2+4）-1-3配汽优化方式。

1.3配汽优化经济性

360MW负荷运行，原阀序汽轮机热耗8415.11kJ/kW.h，（2+4）-1-3配汽优化方式汽轮机热耗8376.17kJ/kW.h；热耗降低38.94kJ/kW.h；400MW负荷运行，原阀序汽轮机热耗8215.91kJ/kW.h，（2+4）-1-3配汽优化方式汽轮机热耗8176.43kJ/kW.h；热耗降低39.48kJ/kW.h。管道效率按照99％、锅炉效率按照92％计算，则发电标煤率分别降低1.459g/kW.h、1.479g/kW.h。

1.4汽轮机调节级安全性

汽轮机调节级级前是高温、高压的新蒸汽，比容小，容积流量也小，所以叶片有效高度最短，但是调节级焓降大，配汽方式改变后，部分进汽的不利影响，调节级强度需重新校核，根据国内同类型机组相关强度计算，调节级动叶的安全性符合设计要求，在机组的寿命周期内，可以满足其安全可靠运行，但是需要注意两阀全开，主蒸汽参数又是在额定工况，是不允许机组长期运行的。

2配汽优化逻辑修改完善

2.1配汽优化前后的配汽曲线

受机组运行影响，优化试验仅在低负荷360MW、400MW工况点进行，各高压调节阀流量特性及滑压曲线没有进行全面试验，仅根据机组两工况点试验参数和国内同类型机组配汽优化效果，结合理论及经验进行了配汽优化曲线完善，机组采用两阀点滑压运行方式最为经济。

2.2配汽优化逻辑修改完善

根据机组运行实际情况，要求顺序阀和复合阀配汽（原设计）方式能实现互相切换。鉴于DEH操作画面无法修改，配汽方式切换按钮及状态反馈功能在DCS画面中实现，在DCS操作员站画面中增加有操作按钮，并有切换状态的监视，由运行人员操作。

两种配汽方式的切换时间设定为10分钟，切换过程中，如出现支持轴承振动偏大或轴承温度偏高等情况，可暂停切换，在DCS操作员站上操作“切换暂停”按钮，待正常后再切除暂停按钮继续进行切换，若不能消除振动继续偏大等状况，则允许回切，重新选择原来的配汽方式，机组启动必须采用复合配汽方式（默认启动）。

投入顺序阀配汽方式需要满足以下条件：1）60%(额定)<发电机功率<90%(额定)；2）阀门未进行试验；3）机组处于挂闸、并网状态；4）机组未处于两阀全开、两阀全关、且主汽压力过大（正常范围）的情况。

当达到以下条件时，机组顺序阀切回复合阀配汽方式需要满足以下条件：1）发电机功率<40%(额定)；2）机组解列或掉闸时；3）机组出现两阀全开、两阀全关、且主汽压力过大（正常范围）的情况（此类极端工况，可能造成轴系振动大，瓦温高）；4）机组并网且未进行阀门试验的情况下，投入切回原复合配汽方式的按钮。

当以下条件满足时，机组配汽方式的切换将立刻完成：1）机组解列或跳闸时；2）机组在高调门全开或全关（通过高调总流量判断）时，投入配汽方式切换。

3结论

鉴于目前火电机组调峰方式运行已是常态，长周期低负荷（360MW、400MW）运行，借鉴研究采用成熟可靠的顺序阀配汽运行方式，通过现场进行优化试验，采取（2+4）-1–3阀序来优化，该方式明显提升了机组同样负荷情况下运行经济性，360MW负荷，汽轮机热耗降低38.94kJ/kW.h；400MW负荷运行，汽轮机热耗降低39.48kJ/kW.h。管道效率按照99％、锅炉效率按照92％计算，则发电标煤率分别降低1.459g/kW.h、1.479g/kW.h。

配汽优化同时解决了机组长期以来存在的1、2号支持轴承运行温度偏高的问题，其他安全性参数则基本保持不变，优化后的配汽方式保证了机组运行的安全性。

参考文献：

[1]郑体宽．热力发电厂［M］．北京：中国电力出版社，2001．

[2]黄树红，孙奉仲，盛德仁，等．汽轮机原理［M］．北京：中国电力出版社，2008．

作者简介：蒋辉（1980-11），汉族，籍贯：四川仁寿，当前职务：主管，当前职称：工程师，学历：本科，研究方向：热能动力