大功率汽轮机自动调节系统的改进

大功率汽轮机自动调节系统的改进

李天旺

京能盛乐热电有限公司 内蒙古呼和浩特  011518

摘要：由于燃煤火电机组调节方式缺乏多元化特征，导致负荷响应速度迟缓、调峰能力不足，从而在长期偏离设计工况的情况下，严重降低汽轮机的经济性、安全性。通过对汽轮机滑压调节、定压调节、旁通调节、节流调节和喷嘴调节等几种基础调节方式相关特点的详细分析，对目前我国普遍使用的燃煤火电机组存在不足之处进行深入研究。

关键词：大功率；汽轮机；自动调节系统；改进

化石能源的大规模开发利用，在推动人类文明进步的同时，也带来了资源匮乏、环境污染、气候恶化等问题。要保障能源安全，实现人类的可持续发展，就必须积极推动能源结构向低碳绿色转型。因此，近年来我国在加大煤电退出力度的同时，也加快了风电和光电等可再生清洁能源的发展。然而，风电和光电等新能源都具有较强的随机性、间歇性和波动性，其大规模的集中并网，加大了电网的峰谷差，导致弃风弃光现象日益严重。

要破解具有强随机波动不确定性的新能源电量规模化并网的困境，就得极力提升电网的调峰能力，为新能源消纳提供足够的容量空间，为此，电源结构中装机容量占60%左右的燃煤火电机组开展快速深度调峰已然势在必行。但是，煤电机组调峰运行时工况的频繁变化，一方面将因运行工况经常偏离设计工况而导致汽轮机热效率降低;另一方面因温度场的频繁变化引发的热应力、热膨胀和热变形也将影响着汽轮机设备的安全稳定运行。因此，优化汽轮机运行调节方式，确保煤电机组安全、经济、灵活、快速地参与深度调峰，是破解新能源电量规模化消纳困境的题中应有之义。

1. 在35%THA以下的低级负荷区间

如图1所示，在此区间，设定蒸汽初压力始终维持在恒定状态，确保Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个调节阀全部开启、Ⅳ调节阀全部关闭，使节流定压运行有效开展。

当蒸汽初压始终维持在恒定状态，能够使锅炉的燃烧情况和水循环情况始终稳定；在保持一定初始压力的基础上开展定压运行，能够从根源解决在低级负荷情况下，由于继续滑压运行而导致给水泵轴系落入临界共振的情况发生；在开展定压运行的过程中，确保初始压力始终保持在稳定状态，能够使汽轮机的循环热效率保持在较高功率；通过采取节流调节措施，有效解决在低级负荷下，由于采用喷嘴调节导致调节级部分进气损失较大的问题；当气轮机组处于极低负荷的情况下时，对应的蒸汽压力也会随着负荷的下降，滑落到较低水平。此时，如果将调节阀的开度调整到较大状态，并不会因为使用节流调节而产生较大的节流损失；在汽轮机急速启动的过程中，通过同时打开Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个调节阀的方式，能够为汽轮机机组启动安全提供最大保障。

2. 在35%~85%THA以下的低级负荷区间

在此区间内，依然保持Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个调节阀全部开启、Ⅳ调节阀关闭的状态，从而为部分调节阀全部打开的滑压运行创造良好环境。当滑压运行区间保持在35％~85％THA的低负荷区间内时，可以将处于静态关闭状态的Ⅳ调节阀快速开启，确保汽轮机能够得到一个快速向上的调频能力；也可以将始终处于静态开启的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个调节阀的打开程度暂时调小，确保汽轮机能够得到一个快速向下的调频能力。通过这样的操作方式，能够在低负荷环境下滑压运行具有的经济优势充分发挥出来，将滑压运行具有的安全性和可靠性进一步提升，确保在滑压运行过程中，从根源将由于锅炉具有的热惯性导致汽轮机无法充分适应快速变化的负荷问题彻底解决。长此以往，不仅能够有效解决在稳定工作状态下，由于采用了节流滑压调节，导致调节阀必须保持一定节流开度裕量而产生的节流损失问题，而且还能确保汽轮机在具有较强一次调频能力的基础上，始终具有较高的经济性、安全性、高效性。

3. 在85%~100%THA以下的高级负荷区间

在此区间内，对保持在额定压力下的喷嘴进行定压调节，通过调整Ⅳ调节阀的开启、关闭状态，使调节级的流通面积得到合理改变，从而加强对汽轮机喷嘴定压的有效调节。通过这样的方式，能够从根源解决由于在高压负荷区间采用滑压调节方式而导致蒸汽的初始压力下降使汽轮机循环热效率难以提升的问题，确保汽轮机的工作效率始终保持在较高状态。

4. 以旁通调节作为汽轮机的辅助调节手段

将旁通调节措施作为优化汽轮机运行方案的有效辅助手段，当汽轮机的工况变动范围始终保持在THA能够承受的最大负荷范围内时，整个过程旁通阀都要保持在关闭状态，并且将节流定压—节流滑压—喷嘴定压的负荷滑压调节过程作用在不同的负荷区段；当汽轮机的工况变动范围超出THA能够承受的最大负荷范围时，可以结合实际需求，对旁通阀的开启、闭合状态进行调整，确保汽轮机超负荷运行的目标得到有效实现，或者在电网始终保持在低频率的状态下，使汽轮机一次调频加负荷的功能得到充分发挥。比如，当汽轮机的工作情况处于满负载状

态并且对应的电网电频率具有的大频差呈现明显下降趋势时，为了使汽轮机在较短时间内快速增加功率的目标得到有效实现，可以暂时快速开启旁通阀，利用锅炉的蓄热，使蒸汽流量和功率在较短时间内快速提升，当锅炉的燃烧功率大幅度提升并且蒸发量明显增加之后，主气压力会快速恢复到额定压力水平，从而使旁通阀快速恢复到全部关闭的状态。

因此，将旁通阀调节与复合滑压调节措施进行有效整合，不仅能够有效提升汽轮机的过载能力。而且还能使汽轮机在满负荷的状态下，依然拥有能够快速向上调频能力，使传统汽轮机的负荷响应能力特性得到有效和改善。与此同时，还能够确保汽轮机在滑压运行的过程中，只有Ⅳ调节阀关闭的状态，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个调节阀全部保持开启状态，最大程度降低进气节流的损耗，提高汽轮机可靠性、安全性、经济性的同时，为汽轮机运行调节方式的进一步优化贡献积极力量。

结语：

2021年，我国正式实行了限电计划，提高了煤电退出力度，加大了光电和风电等可再生清洁性能源的使用强度。然而这些能源具有较高的随机性、波动性、间歇性特征，特别是随着集中并网规模不断扩大，使电网的峰谷波差差距越来越大，出现的弃光弃风现象越来越严重。因此，应该加强对汽轮机深度调峰能力的充分挖掘，在稳定、安全运行的基础上，快速、灵活地参与到电网深度调控工作中，确保新能源电量得到有效消纳的同时，最大程度降低汽轮机起降调控的频率。在电网电能处于高峰时段时，应该确保汽轮机始终保持在满负荷或超负荷的状态下运行，这样能够使汽轮机在运行调节方式不断优化的带动下，具有的顶峰能力得到充分发挥，为进一步提升电网可靠供电能力提供保障。

参考文献：

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[2]马国强.电厂集控运行中汽轮机运行优化策略的分析[J].商品与质量，2019（4）：85.

[3]徐乃华，王峰，王安庆，等.超超临界1000MW节流配汽机组滑压运行曲线优化[J].热力发电，2019，48（8）：116-121.