200MW机组汽机调速汽门变工况优化调节的探讨

200MW机组汽机调速汽门变工况优化调节的探讨

赵兵

华电新疆发电有限公司红雁池分公司 新疆 乌鲁木齐 830047

【文摘】200MW机组参与调峰变工况运行时经济性波动大，通过理论和试验分析得出现行高调门的重叠度变动大，运行方式不尽合理，提出改进方案，为高调门的优化改造经济运行提供一些有益的参考价值。

【关键词】高压调门 顺序阀 单阀 优化调节

1.概述

由于国内电力事业的逐步加快蓬勃发展,我国电网大容量设备的持续投入增加,200MW容量发电机组逐渐由一个过去传统的国家电网动力设备转变为电网调峰型设备,电网运行要求该发电机组负载必须能维持在容量200MW至最大100MW时期间进行任何的调动及变工况连续运行,以有效满足我国电网运行调峰需要持续适应变化。实际发电机组运行管理中,发电机组绝大部分时间是运转工作在额定180MW负载——额定125MW的负载区间,致使部分发电机组长时间脱离正常经济工况的运转,效率大幅降低,这既是因为在200MW火电机组在设计工作之始初,高压调门喷头的调节特性完全是专门为给发电机组所带的基本负荷流量而单独设计考虑的,没有仔细考虑实际发电机组变工况后运行工况高压调门喷头的重叠度系数和节流特性,再者从电厂生产的一些传统技术管理上,经济运行小指标的考核方式一直也是直接以工作额定运行压力值来进行参考,没有办法因机组负荷值的连续变化情况而作出改变,发电机组带工作高负荷运行额定运行压力的运行肯定是很经济可行的,变工况额定运行压力的工作方式却还不那么一定很经济运行。机组性能模拟试验也表明,由于中国现行发电机组高调门固有的自调节工作特性设计和各种不完全合理操作的运行管理方式,发电机组变工况连续运行后最大负荷热耗值与最高工作负载时最低工作热耗值相差达到近726.89kJ/kwh,发电机组效率每年下降达8.4%,增加煤耗值27.53g/kwh,这都与促进企业进行节能和降耗,提高社会经济效益是极的不可能相称,优化发电机组调门经济的运转,迫在眉睫。

随着全国电力市场改革工作的深入不断拓展深化,电力市场领域的专业化竞争已日趋异常激烈,为能适应全国电网统一调度水平要求工作效率的水平不断得以提高,大部分超过200MW超临界机组控制系统都分别通过实施了数字化DCS设备升级及改造,汽轮机调门控制技术也均由原来过去使用的纯电动液压伺服控制逐步改为采用DEH数字电液式伺服控制。改造成功后的大型高压调门切有两个主要运行工作阶段,即顺序阀状况(喷口调整)和单阀状况(节流调整)切换,两个操作状态还能够各自按照各发电机组工况运行条件要求单独实现无扰自动切换。规程规定负荷若大于负荷130MW,高压调门切必须为双顺序阀切换运行,负荷如果低于容量130MW,高压调门切则为单阀切换运行。单阀运行特点就是将四个低压高调门能够同时独立开启,而且每个阀位方向相同,就象同一个闸门那样,故称高压单阀,这其实是汽轮机DEH改造升级后对高压调门的增加设计的一项特殊功能,它独特的主要优点就是可在开启、停机阶段和中低温负荷连续运行工作时实现四个高压调门能够同时单独开启,使整个高压缸壁进的汽全部为高压全周进汽,缸壁温度加热较均匀,低温度负荷长时间运行的缸壁温度的变化波动幅度更小,从而大幅度降低高压汽轮机部件的寿命损耗低;而它存在的致命缺陷即是高压调门节流损失会更大,机组效率将极降低。顺序阀运行是按照DEH数字电液伺服式微机控制,类比液压伺服控制油动机凸轮的传动和机构型线而来设定的,现行高压调门的顺序阀的运行形式就是#1、#2两个高压调门阀同时打开,开至负荷45%时第三阀再打开,第三阀开至负载27%时第四阀再次打开,它主要的性能缺陷就是低中度低负荷的运行形式时,高压和调门阀重叠度会太过大,造成了很大限度的高压调门节流损失,大大降低了高压缸的缸效,中低负荷时运行起来极不经济。

2.高压调门优化调节的性能试验

电力科学研究院在某厂的一台200MW机组设备上连续进行的了一系列的高压调门改造性能比较及可靠性优化经济运行试验,为判断高压调门可靠优化及经济合理运行效果与设备改造工艺可行性优劣提供出了坚实可靠准确的技术依据。试验负荷工况分别选择在200千MW、190亿MW、180百万MW、160千万MW、140万亿MW、120万MW共计六个工况负荷试验点,每个工作负荷试点都按顺序阀、二阀、三阀、四阀同步全开试验;按两阀同时全开、两阀同步额定中间压力、两阀同步额定压力共计19个负荷工况点分别同时进行。性能试验结果测报得炉效系数为91.08%,管道效率系数为99%,各工况状态下因为中高压调气门的开量足,中低压缸效率系数基本固定不变,在为88%左右。

表式1内容为200MW超临界机组下各负载点高压调门的不同负荷状态热耗率数据(kJ/kwh)、最短时间经济阀运行压差与最大顺序阀的运行状态热耗率差、160MW级及级以下负载二阀择优压力差值与负载二阀定压运行热耗差等试验参考数据。

试验数据与结果表明:

1、高压调车门阀的最佳负荷经济的运行控制方式应是:200MW以上负载三阀同时全开运转为最理想经济,190MW左右负载三阀同时全开,180MW以内负载同时两阀同时全开,160MW、140MW以内负载同时两阀同时,具有某一负载最佳工作工作压力点,120Mw两阀同时定压运转。

2、从上表数据中我们可清晰看出各负荷点高压调门的最佳运转方式及与顺序阀同时运行时的最大热耗散差,200MW时顺序。阀全开#1、#2高调门基本开足度为88.3%,节流调速效率高,损失系数小,#3、#4节高压空调门基本开度为分别仅为43.7%、15.4%,#3、#4节蒸汽流量约只为空调总蒸汽流量的约15%,所以与三阀全开比#3、#4高调门节流调速效率影响多损耗了电能121.39千瓦特kJ/度kwh;另外如果此时机组目标要调升目标负载至最大190MW,那么目标负载一调过去180MW#3的高压调门就会被很快地开足,机组负载扰动变大,缸温的变化难度也比较大的;但如果是此时机组目标负载小于200MW,调门又已经完全开了足,只能再靠锅炉调整给煤粉量和燃烧来提升负载,这样提高升负荷率可能就更跟的不适应上下电网负荷调峰的要求。

比较成熟可行有效的设计方案之一是为有效避开高压两级阀未开足负荷时存在的两个最常见危险的工况点,升满负荷时#1、2高压调门同步开启至负荷85%并保持位置不变,而后同时开启至#3高压调门,#3高压调门在开满至负载85%左右时则与#1、2高调门保持同步开启状态直至完全开足。该控制方案主要的控制优势主要是高压调门速度变化时比较的稳定而安全可靠,调门重合度损失相应的较小,节流效率损失一般也较为小,这样一来高调门时的阀位状况就仍会和它原有状况一致,即只有单阀状况和顺序阀状况二种状况。

结束语

从事高压调峰工作的近200MW的发电机组,绝大部分时候负载段在180MW——125MW负载期间频繁变化,其它各负载段稳定运行的时间变化则基本很少,而且发电机组变峰负载的节能技术效果也较高峰负载要明显,调整和改造后的顺序阀组使发电机我们能够保持在负载170MW或以下期间都能可保证两台阀的同步平稳经济地工作,也就是说高压调门技术能使整个发电机组绝大部分时候工作都稳定在一个经济而高效状态下工作。经过综合平衡计算改造运营后发电机组的高调门数优化经济运行能使整个发电机组能降低总热耗达到184.5兆焦kJ/kwh,降低总煤耗约7.05g/千kwh,单台发电机组的年实际发电量如以年产11亿kwh发电机组计,则每年度平均节省发电标的煤为7050T,节约能源成本282万元。

参考文献

［1］王国清．汽机设备运行．中国电力出版社，2008

［2］王彦忠．汽机设备及系统．中国电力出版社，2010