国产700MW超超临界汽轮...通流改造后运行优化试验研究_张志鹏.pdf

2023年 第3期 总第261期江西电力 2023JIANGXI DIANLI 2023国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产国产700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700700 MWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMWMW超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后超超临界汽轮机组通流改造后运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究运行优化试验研究张志鹏1，孙涛2，贾愚1，吴辉1，陈文3（1.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；2.国家电投集团江西电力有限公司，江西 南昌 330096；3.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌 330096）摘要：汽轮机组通流部分改造是降低煤电机组能耗，提高清洁高效水平，促进电力行业清洁低碳转型的有效途径。通常，机组改造后额定工况下的节能效果显著，但由于配汽参数和滑压参数不合理，往往影响并制约了机组部分负荷下的节能效果。通过现场试验优化调整，有针对性地进一步提升和巩固了通流改造后部分负荷下的节能效果，可为同类型机组的后续改造和运行优化提供参考。关键词：汽轮机；通流改造；调门；运行方式；配汽方式中图分类号：TM 621文献标志码：B文章编号：1006-348X（2023）03-0051-06收稿日期：2023-01-07作者简介：张志鹏（1985），男，硕士研究生，高级工程师，主要从事火力发电厂设备经济运行及检修维护管理。0引言截止2021年，火电以 54.6%的装机容量贡献了67.4%的发电量，其中煤电是最主要电源，占全部装机容量的 46.7%，贡献了全国 60%的发电量。同时，煤电机组作为传统能源，机组单机容量大、投资体量达数十亿元，寿命期长达30年，而目前我国煤电机组的加权平均寿命仅15年左右，多处于“青壮年”时期。近年来，我国发电供应能力持续增强，电源结构发生显著变化，火电产能过剩的情况不断加重，普遍处于发电量不足、低负荷运行的状态，给能耗指标的完成及企业的经营带来了很大的困扰。可以预见“十四五”期间，风能、太阳能、生物质能等可再生能源的比重在我国能源消耗中的占比会继续大幅增加，落后高能耗机组淘汰会加快，火电机组发电空间将进一步压缩。在这种形势下，以技术创新为引领，解决好进一步降低能耗水平、适应电网调峰需求、温室气体减排等突出问题，是未来火电领域高质量发展的关键。某厂 2 号汽轮机为东方汽轮机有限公司制造N700-25/600/600型超超临界喷嘴配汽汽轮机组，该机组于2010年2月投产。2022年，东方汽轮机有限公司（以下简称东汽）采用了自带冠高效调节级、高效通流技术、高效宽负荷末级叶片、优化型隔板以及新型涂层汽封等一系列新技术，对该机组实施了通流部分改造，以改进机组变负荷热经济性，提高机组安全可靠性1-3。文中对国产700 MW超超临界机组通流改造后运行方式开展现场试验研究，为同类型机组通流改造后运行优化提供借鉴和参考。1 调门流量特性整定对于喷嘴配汽机组，汽轮机通过依次（或同步）开启若干个调门来增加汽轮机的进汽流量。线性优良的汽轮机组流量特性是开展汽轮机组调速系统建模、机网协调响应以及主参数寻优等工作的基础4。DEH 系 统 配 汽 函 数 负 责 将 接 收 到 的 流 量 指 令（FDEM）转化为每个调门的阀位指令。因此，配汽函数能否正确反映调门（阀组）的非线性特征直接影响到汽轮发电机组的调节性能、经济性能、安全性能以及机网协调性能。1.1配汽方式2 号机组配置有两个主汽门和四个高压调门，DEH（Digital Electro-Hydraulic Control System）系统发电技术POWER GENERATION TECHNOLOGY江西电力201751发电技术POWER GENERATION TECHNOLOGY设有单阀和顺序阀两种配汽方式。该次通流改造保留原有高压调门，GV1GV4各调门对应调节级静叶数目依次为9/6/8/11。2号机组DEH阀序方式包含单阀和顺序阀，如图1所示。图1原单阀/顺序阀配汽曲线1.2试验结果及分析根据现场单阀/顺序阀流量特性测试情况，对照2号机组原配汽曲线，分析如下：1）如图2和图3所示，在65%100%实际流量范围，单阀和顺序阀流量特性线性度均较差，不利于机组日常运行过程中进汽流量及功率的精确调节。同时，单阀流量特性与顺序阀流量特性彼此偏差大，易造成阀序切换过程中系统参数波动大。图2单阀流量特性试验与整定结果图3顺序阀流量特性试验与整定结果2）原顺序阀配汽函数未充分反映高调门预开阶段的节流特性（见图4）：比如，CV4/CV1大致在15%开度以上，才明显有蒸汽通过该阀进入汽轮机。3）原顺序阀配汽函数未充分反映CV4节流特性（见图5），使得在70%90%总阀位指令范围内流量特性与参照线出现偏差，破坏了进汽流量的线性度。图4单阀配汽曲线整定前、后对比图5顺序阀配汽曲线整定前、后对比4）通常，高调门大致在阀位指令 40%50%左右进入流量控制相对薄弱的“空行程区域”。原顺序阀配汽函数在调门空行程区域给定的开启速率过快（见图1），使得调门在此区域易出现大幅晃动，不利于调速系统和EH油系统的安全稳定运行。1.3整定说明针对原配汽函数存在的问题，做出如下改进：1）在试验总阀位指令区域内，均以图中参照标定线为流量基准，对2号机组单阀、顺序阀配汽函数进行整定。相较原配汽函数而言，遵循2号机组的实际流量特性，适度调整单阀、顺序阀下相同总阀位指令对应的各调门开度（见图4、图5），避免流量特性出522023年 第3期 总第261期江西电力 2023JIANGXI DIANLI 2023现陡变或缓滞现象，实现进汽流量的线性精确控制；同时，也确保了单阀和顺序阀流量特性在常用总阀位指令范围内二者完全一致，减少阀序切换时系统参数的波动。2）顺序阀重叠度的设定：基于调门节流损失，合理选择顺序阀前序调门的重叠区域起始点；适当延缓了调门 CV2/3和 CV4在空行程区域的开启速率（见图5），避免调门出现异常晃动；同时，合理设定前序/后序调门的阀位指令，以实现调门重叠区域良好的流量线性度5。2变压运行方式优化对于喷嘴配汽机组，其变负荷变压运行热经济特性与调节级特性息息相关6。随着机组功率增大、参数的提高，调节级设计难度加大。东汽考虑国内电力发展情况，加大调节级技术的研发，开发了气动特性优良，强度振动特性满足要求的高效超超临界600 MW等级机组自带冠高效调节级叶片。该叶片具有气动性能优、承载力强、振动特性优良的特点。该次改造尤为显著的是2号汽轮机调节级静叶只数由改造前的102只优化为34只，降低了静叶损失。由性能试验可知，调节级效率的提高对高压缸效率和部分负荷经济性的提升较为明显。同时，经东汽核算，改造后调节级个体更大，其强度得到大幅提升，两阀全开工况可承受额定压力运行（改造前须降压10%）。这使得2号机组有可能在更宽的负荷范围内采用两阀阀点滑压运行。2.1试验工况基于2号机组流量特性曲线，并结合与单阀运行方式下经济性的比较，该次试验完成表1所示工况的测试：表1试验工况明细表负荷MW单阀顺序阀680节能对比变压寻优560节能对比变压寻优530节能对比变压寻优490节能对比变压寻优420节能对比变压寻优350节能对比变压寻优2.2试验结果与分析该项目依据2号机组现场试验数据，见表2，通过对主汽压力（其决定了理想循环热效率的高低）、高压缸内效率（其反映了高压缸热功转换的效率）、高压缸有效焓降（其反映了单位工质在高压缸的实际做功量）、给水泵焓升（其反映了给水泵耗功量）等主要指标的对比，深入分析2号机组在不同负荷下变压热经济特性的变化规律。表2680 MW工况试验数据项目名称电功率总阀位指令CV1阀位CV2阀位CV3阀位CV4阀位主汽压力主汽温度高压缸效率高压缸焓降汽泵焓升机组热耗单位MW%MPa%kJ/kgkJ/kgkJ/（kWh）680单阀679.9393.7340.8040.8040.8040.8025.01600.183.61397.4439.517 502.19680-顺01682.6595.0019.73100.00100.0073.6025.03601.5687.09416.9439.377 458.00680-顺02679.4696.7626.03100.00100.0084.1124.58601.0587.42415.6238.887 458.84680-顺03680.3098.5236.15100.00100.0094.6924.12601.1387.85414.4538.447 461.15680-顺04679.88100.04100.00100.00100.00100.0023.72601.9188.24414.2337.677 458.992号机组680 MW工况在单阀方式下，CV1/2/3/4开度为40.8%，四个调门均存在节流损失；而顺序阀方式下，CV2/3/4处于全开或接近全开状态，仅 CV1处于节流状态。如表2所示，顺序阀方式下的高压缸效率、高压缸有效焓降以及机组热耗率均明显优于单阀方式。同时，680 MW工况在顺序阀方式（顺1-顺4）下随主汽压力下降，主调门开度逐渐增大，高压缸效率逐渐升高；而高压缸有效焓降逐渐下降，意味着单位蒸汽做功能力被削弱，这对机组热经济性不利。同时，随主汽压力降低，汽动给水泵出口压力逐渐降低，汽泵焓升（即单位蒸汽对应的小机轴功）呈下降趋势，这对机组热经济性有利。在680 MW工况下，高压缸有效焓降的下降幅度与汽泵焓升的下降幅度相当，故而，不同主汽压力下的热经济性差异不大。表3560 MW工况试验数据项目名称电功率总阀位指令CV1阀位CV2阀位CV3阀位CV4阀位主汽压力主汽温度高压缸效率高压缸焓降汽泵焓升机组热耗单位MW%MPa%kJ/kgkJ/kgkJ/（kWh）560单阀561.4976.6931.4331.4331.4331.4324.98600.1475.29388.0835.937 648.41560-顺01560.5474.730.0193.7293.7220.0924.96598.9083.41438.7936.857 511.98560-顺02559.9582.670.01100.00100.003