国产引进型330MW汽轮机组流量特性诊断及评估_徐俊华.pdf

2023年 第3期 总第261期江西电力 2023JIANGXI DIANLI 2023国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型国产引进型330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330330 MWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMW汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估汽轮机组流量特性诊断及评估徐俊华1，占阜元1，吴辉2，沈永流1，敖丽华1（1.国能丰城发电有限公司，江西 丰城 331100；2.国家电投集团江西电力有限公司新昌发电分公司，江西 南昌 330117）摘要：以某亚临界国产引进型汽轮机组为例，深入开展六阀喷嘴配汽机组的定功率变压运行仿真研究，获取了该机组在定功率可行阀位区间内不同初压下热耗的连续变化趋势。仿真结果显示，该类型机组在深度调峰工况下采用两阀点滑压运行方式相对三阀点滑压运行方式，主汽压力呈升高趋势，机组热耗和煤耗呈下降趋势。倘若在确保调节级安全的前提下，该类型机组两阀点滑压运行在深度调峰过程中可取得更为理想的运行灵活性和经济性。关键词：汽轮机组；喷嘴配汽；配汽方式；运行方式；变压运行中图分类号：TM 621文献标志码：B文章编号：1006-348X（2023）03-0057-03收稿日期：2023-02-06作者简介：徐俊华（1973），男，大学本科，工程师，主要从事火力发电厂设备经济运行及检修维护管理。0引言某电厂3号汽轮机组系上海汽轮机有限公司引进美国西屋公司技术制造的N300-16.7/538/538型亚临界、中间再热式、高中压合缸、双缸双排汽、单轴、冷凝式汽轮机，1998年1月投产发电。2010年，该机组完成了高、中压缸通流部分改造，改造后机组铭牌变更为N340-16.7/538/538型。该机组调速系统为DEH数字电液控制系统，高压缸进汽部分配置了两个高压主汽阀及六个高压调节阀。依据设计资料，该类型机组在额定压力下的最小进汽度为50%。故而投产以来，该机组在中低负荷下一直采用三阀点滑压运行方式1。目前，煤电汽轮机组深度调频调峰运行已成为常态。该机组在30%50%额定负荷深度调峰工况下，存在主汽压力偏低，一次调频响应不足的现象。同时，该机组在低负荷快速调峰过程中，即便偶尔处于两阀运行状态，轴承振动、轴瓦温度及轴向位移等运行参数均无异常。文中借助德国STEAG电站能源公司Ebsilon Professional电站系统设计软件，深入开展六阀喷嘴配汽机组的变压运行特性仿真研究，为该类型机组深度调峰运行方式优化提供技术参考。1仿真模型简介对 于 喷 嘴 配 汽 方 式，汽 轮 机 配 汽 端 包 含 主汽门、调门以及调节级等。正常运行中，主汽门通常处于全开状态。运行中，为提高机组运行安全性，喷嘴配汽方式往往设计成“节流喷嘴混合配汽方式”2。3 号机组顺序阀阀门开启顺序 为 CV1/2（同 步）CV6CV5CV3CV4，即随总阀位指令的增长，低负荷下 CV1 和 CV2 同步 开 启，CV6、CV5、CV3 和 CV4 随 后 依 次 顺 序开启。为了改善蒸汽的流动性能，提高级的效率，调节级的动叶和静叶都设计成有少量的反动度，并且反动度的数值是随工况变化的，因此喷嘴后的压力与动叶后的压力是不相等的3。鉴于调节级在变工况下的热力计算比较复杂，通常需借助制造厂家所提供的调节级通用特性曲线，通过查图得出有关数据，再进行相应计算4。汽轮机调门行程直接影响着汽轮机变负荷热经济特性、变压热经济特性以及流量特性5。从系统结构而言，单个调节阀往往控制单个喷嘴组（即单个喷嘴弧段和与之对应的动叶），因此，可将单个调节阀和与之连接的喷嘴组视为一个配汽单元。文中在仿真建模过程中，3 号机组配汽端由 6个配汽单元并联组成；调门模型根据国际电工委员会标准 IEC 534-22确定调门流量系数和开度；喷嘴组模型则根据制造厂提供的调节级通用特性数据进行变工况计算。57发电技术POWER GENERATION TECHNOLOGY图1无重叠度配汽曲线如图 1所示，总阀位指令 49.41%对应该机组的两阀点，总阀位指令72.18%对应该机组的三阀点，总阀位指令86.20%对应该机组的四阀点，总阀位指令94.59%对应该机组的五阀点。2变压热经济特性仿真当汽轮机组定功率运行时，其在既定配汽方式与阀门开启顺序下主汽压力与机组热耗之间的数值对应关系，可称为汽轮机组变压运行热经济特性（下文简称变压热经济特性）5。文中着重研究3号机组在50%以下额定负荷的变压运行热经济特性。图2-图6分别给出了150 MW、140 MW、130 MW以及120 MW等工况下定功率可行阀位区间内不同初压下机组热耗的连续变化趋势（额定压力16.67 MPa）。图2150 MW工况变压运行热经济特性图3150 MW工况变阀位运行热经济特性由图 2 可知，在 150MW 工况下，当主汽压力为 9.66 MPa 时，机组热耗为 8 837.10 kJ.（kWh）-1；当主汽压力为 13.69 MPa 时，机组热耗达到最优值8 793.66 kJ.（kWh）-1。图3将图2中的横坐标主汽压力替换为相应的汽机指令。由于定功率下主汽压力越高，汽机指令越低，二者为负相关6，故而，二者的机组热耗的高、低变化趋势相反。对照图3，主汽压力 9.66 MPa 对应汽机指令三阀点位置，主汽压力13.69 MPa对应汽机指令两阀点位置。显然，对于3号机组，在150 MW负荷下，采用两阀点滑压运行可以取得更为理想的运行经济性。图4140 MW工况变压运行热经济特性图5140 MW工况变阀位运行热经济特性由图 4 可知，在 140 MW 工况下，当主汽压力为 9.04 MPa 时，机组热耗为 8 901.16 kJ.（kWh）-1；当主汽压力为 12.81 MPa 时，机组热耗达到最优值8 851.93 kJ.（kWh）-1。对照图5，前者对应汽机指令三阀点位置，后者对应汽机指令两阀点位置。显然，对于3号机组，在140 MW负荷下，采用两阀点滑压运行可以取得更为理想的运行经济性。图6130 MW工况变压运行热经济特性图7130 MW工况变阀位运行热经济特性582023年 第3期 总第261期江西电力 2023JIANGXI DIANLI 2023由图 6 可知，在 130 MW 工况下，当主汽压力为 8.42 MPa 时，机组热耗为 8 971.83 kJ.（kWh）-1；当主汽压力为 11.93 MPa 时，机组热耗达到最优值8 916.93 kJ.（kWh）-1。对照图 7，前者对应汽机指令三阀点位置，后者对应汽机指令两阀点位置。显然，对于3号机组，在130 MW负荷下，采用两阀点滑压运行可以取得更为理想的运行经济性。由图 8 可知，在 120 MW 工况下，当主汽压力为 7.80 MPa 时，机组热耗为 9 049.73 kJ.（kWh）-1；当主汽压力为 11.05 MPa 时，机组热耗达到最优值8 988.75 kJ.（kWh）-1。对照图 9，前者对应汽机指令三阀点位置，后者对应汽机指令两阀点位置。显然，对于3号机组，在120 MW负荷下，采用两阀点滑压运行可以取得更为理想的运行经济性。图8120 MW工况变压运行热经济特性图9120 MW工况变阀位运行热经济特性综上所述，根据图3、图5、图7以及图9，在不同负荷下，当汽机指令由三阀点 72.18%向两阀点49.41%演变过程中，大致以汽机指令 62.23%为界，先升后降。但上升幅度明显小于下降幅度。换而言之，即便汽机指令未达到两阀点，只要低于62.23%一定范围，机组热耗便比三阀点有所降低；且越是靠近两阀点位置，降幅越大。如表1所示，3号机组在120150 MW负荷下采用两阀点滑压运行方式相对三阀点滑压运行方式，主汽压力升高 3.254.03 MPa，机组热耗下降 43.4460.98 kJ.（kWh）-1，煤耗降幅 1.692.38 g.（kWh）-1，既有利于提升机组的一次调频响应能力，又具备较为显著的节能降耗成效。表1三阀点和两阀点参数对比、机组负荷MW150140130120三阀点压力MPa9.669.048.427.80两阀点压力MPa13.6912.8111.9311.05热耗降幅kJ.（kWh）-143.4449.2354.9060.98煤耗降幅g.（kWh）-11.691.922.142.383结语文中以某亚临界国产引进型六阀配汽汽轮机组为例，深入开展阀点工况定功率变压运行仿真研究，获取了汽轮机组在定功率下可行阀位区间内不同初压下热耗的连续变化趋势。仿真结果显示，该类型机组在深度调峰工况下采用两阀点滑压运行方式相对三阀点滑压运行方式，主汽压力得到不同程度的提升，机组热耗和煤耗呈不同程度的下降。依据设计资料，为保障调节级安全运行，该类型机组在额定压力 16.67 MPa 下的最小进汽度为 50%，即三阀点。尽管两阀点部分进汽度仅33.33%，但在150 MW负荷两阀点工况下，主汽压力13.69 MPa约为额定压力 16.67 MPa 的 82.12%；在 120 MW 负荷两阀点工况下，主汽压力 11.05 MPa 更是低至额定压力 16.67 MPa 的 66.29%；主汽压力均有不同程度的降低，这为调节级安全运行带来了有利因素。因此，建议制造厂对调节级强度进行核算。倘若在确保安全的前提下，该类型机组在深度调峰工况下采用两阀点滑压运行方式可取得更为理想的运行灵活性和经济性。参考文献：1 游永坤，姚华.机组滑压优化运行试验方法与阀点滑压分析J.华北电力技术，2008（10）16-19.2 曹祖庆.汽轮机变工况特性M.北京：水利电力出版社，19913 沈士一.汽轮机原理M.北京：水利电力出版社，19924 蔡颐年.蒸汽轮机M.西安：西安交通大学出版社，19885 万忠海，晏涛，鲁锦，等.汽轮机组变压运行热经济特性研究J.中国电力，2017，50（12）81-866 张春发，王惠杰，宋之平，等.火电厂单元机组最优运行初压的定量研究J.中国电机工程学报，2006，26（4）36-4059