超临界600MW汽轮机运行方式的优化研究

范 鑫， 秦建明， 李 明， 付晨鹏

（1.河南电力试验研究院，郑州450052；2.河南工业大学 电气工程学院，郑州450007）

滑压运行是目前汽轮机组低负荷运行时经常采用的运行方式，大多数发电厂均按汽轮机生产厂家提供的滑压曲线运行.但是厂家的滑压曲线是根据理论计算得出的，不可能考虑到机组实际的设备运行效率、系统条件及系统环境的变化，在经济性上并不一定是最优的.

通过近年来多次热力性能试验，对影响机组效率的各个环节进行分析和对比发现，低负荷超临界汽轮机设计滑压曲线的主蒸汽压力设定值偏低，对机组低负荷运行时的经济性有一定影响.所以有必要对超临界汽轮机进行变负荷运行优化试验，来确定不同负荷运行时的最佳阀门开度及主蒸汽压力，提高机组低负荷运行时的经济性，从而可以进一步挖掘机组节能潜力，降低机组供电煤耗.

1 汽轮机变负荷运行的优化原理

从热力循环的角度分析，影响机组经济性的主要因素有循环的热效率和汽轮机的相对内效率.

机组在低负荷运行时，当主蒸汽压力较高时，进汽节流损失大，汽轮机相对内效率较低，给水泵耗功较大，但是循环的热效率较高；当主蒸汽压力较低时，进汽节流损失小，汽轮机相对内效率较高，给水泵耗功较小，但是循环的热效率较低.所以只有在汽轮机相对内效率提高所带来的效益大于循环热效率降低的影响时，单元机组汽轮机的绝对内效率才有可能提高［1］.也就是说，低负荷运行的压力参数必然存在一个最佳值，使机组在不同负荷下都保持较高的经济性.

根据以上理论分析，在不同典型负荷下采用热力试验的方法来确定单元机组最佳运行参数；在同一负荷下，通过试验计算出不同压力下机组的热耗率；以此为比较基准，修正后热耗率（主汽压不做修正）最低时对应的压力点即为最佳压力点.

2 变负荷运行优化试验过程

某电厂1号汽轮机为600MW超临界汽轮机，机组型号为 CLN600－24.2／566／566，给水泵驱动方式为蒸汽驱动，给水泵小汽轮机用汽由四段抽汽供给.厂家提供的设计滑压参数是按照阀点工况设计的，这种设计理论上没有节流损失，但会使汽轮机进汽压力偏低.在实际运行中，从保证机组运行的安全性和汽轮机进汽流量的平滑性考虑，阀门开启过程中均有一定的重叠度，若按原设计的滑压参数运行并不经济.所以很有必要按照机组实际的阀门流量特性进行变负荷运行参数的优化，从而确定当前阀门流量特性下汽轮机的最佳运行主蒸汽压力［2－3］.

为了得到不同负荷下机组的最佳运行参数，提高机组低负荷下的运行经济性，于2011年10月进行了变负荷运行优化试验.优化时采用改变主汽压进行热效率对比试验的方法，在机组通常运行范围内选取若干个典型负荷点，分别在540MW、480 MW、420MW、360MW、330MW 和300MW 共6个负荷下进行了汽轮机热效率试验，采用负荷作为试验基准.在每个负荷点上分别选取不同的主蒸汽压力以及高压调门开度对应关系.试验中主机、辅机设备正常投入运行，按照相关试验标准要求进行了系统隔离［4－5］.机组优化试验在试验条件接近（即蒸汽温度、机组真空及各辅机运行状况变化不大）的情况下进行，每个工况进行30min左右，在不同压力下求得各工况下的高压缸效率和热耗率［6］，以机组修正后热耗率［7］最小为原则来选取机组最佳运行主蒸汽压力.

3 运行优化试验曲线

根据机组在540MW、480MW、420MW、360 MW、330MW和300MW负荷下的优化试验结果（见表1～表6），可绘制出对应负荷下的运行优化试验曲线，见图1～图6.

图1 540MW负荷下运行优化试验曲线Fig.1 Optimized operating curves at 540MW

表1 540MW负荷下运行优化试验主要数据Tab.1 Main data of operation optimization test at 540MW

图2 480MW负荷下运行优化试验曲线Fig.2 Optimized operating curves at 480MW

表2 480MW负荷下运行优化试验主要数据Tab.2 Main data of operation optimization test at 480MW

图3 420MW负荷下运行优化试验曲线Fig.3 Optimized operating curves at 420MW

图4 360MW负荷下运行优化试验曲线Fig.4 Optimized operating curves at 360MW

表3 420MW负荷下运行优化试验主要数据Tab.3 Main data of operation optimization test at 420MW

表4 360MW负荷下运行优化试验主要数据Tab.4 Main data of operation optimization test at 360MW

图5 330MW负荷下运行优化试验曲线Fig.5 Optimized operating curves at 330MW

图6 300MW负荷下运行优化试验曲线Fig.6 Optimized operating curves at 300MW

表5 330MW负荷下运行优化试验主要数据Tab.5 Main data of operation optimization test at 330MW

表6 300MW负荷下运行优化试验主要数据Tab.6 Main data of operation optimization test at 300MW

由图1～图6中的运行优化试验曲线可以看出：540MW负荷时，汽轮机在额定主蒸汽压力下运行最经济；480MW负荷时，汽轮机在主蒸汽压力为22.0MPa左右下运行最经济；420MW负荷时，汽轮机在主蒸汽压力为19.7MPa左右下运行最经济；360MW负荷时，汽轮机在主蒸汽压力为17.4 MPa左右下运行最经济；330MW负荷时，汽轮机在主蒸汽压力为16.3MPa左右运行最经济；300 MW负荷时，汽轮机在主蒸汽压力为15.1MPa左右运行最经济.

4 优化后主蒸汽压力运行曲线与设计值的比较

通过不同负荷下的热效率对比试验得到了机组相应的最佳运行主蒸汽压力，相关数据见表7.可以看出与原设计滑压参数相比，试验得出的最佳运行主蒸汽压力均有所提高，而且随着负荷的降低，优化后取得的节能效果越来越明显.

优化后主蒸汽压力运行曲线见图7.图7中下方曲线是制造厂的设计滑压运行曲线，上方曲线是试验得到的优化后主蒸汽压力运行曲线.

由表7可以看出，与原设计滑压参数相比，优化后的运行参数在低负荷下节能效果较明显：360 MW工况下主蒸汽压力由原设计的15.16MPa提高到17.4MPa，优化后热耗率下降了25.52kJ／（kW·h），供电煤耗率下降约1.02g／（kW·h）［8］.

表7 不同负荷下的最佳主蒸汽压力Tab.7 Optimal main steam pressure at different loads

图7 机组变负荷主蒸汽压力运行曲线Fig.7 Operation curves of main steam pressure under varying load conditions

该机组年平均负荷率约为60%，对应负荷360 MW，如按年利用4 500h、平均标煤煤价800元／t计算，该负荷率下年节约标准煤约2 754t，折合人民币约220万元.

5 不同排汽压力下的主蒸汽压力运行曲线

以上运行曲线是在汽轮机排汽压力（真空）修正到设计值的情况下得出的.但是由于不同气温下循环水温度的变化会影响汽轮机的排汽压力，进而使机组实际功率和主蒸汽流量的对应关系发生变化.因此，机组排汽压力发生变化时，对应的最佳主蒸汽压力也会变化.根据汽轮机排汽压力修正曲线［9］，经过计算可以得到不同排汽压力下的主蒸汽压力运行曲线.图8为考虑机组排汽压力修正后的运行曲线，排汽压力一年中大部分时间在4.9～11.8kPa，不同负荷下机组的最佳主蒸汽压力运行点涵盖在图中这两段曲线之间.可以根据不同的排汽压力，选取图8中相应的主蒸汽压力运行曲线.

图8 不同排汽压力下机组主蒸汽压力运行曲线Fig.8 Operation curves of main steam pressure at different exhaust pressures

6 运行曲线的拟合函数

由图8可以看出：机组运行的最佳主蒸汽压力不仅与发电机功率有关，还与汽轮机的排汽压力有关，是由排汽压力和发电机功率共同决定的.由于现场汽轮机排汽压力不易准确测量，为了便于现场使用，用测量准确度相对较高的排汽温度求出对应的排汽压力，再根据发电机功率来共同进行函数拟合.因此，得到的最佳主蒸汽压力是发电机功率和排汽温度的函数，即

式中：pzq为最佳主蒸汽压力，MPa；Q为发电机功率，MW；t为排汽温度，℃.

按照上述方法，对图8中的运行曲线进行分段拟合，得出的函数共分为三段：

（1）发电机功率在280～505MW时

式中：15.1＜pzq≤24.2；pk为排汽压力，MPa，pk＝见文献［10］；0＜t＜60.

（2）发电机功率在505～540MW时

（3）发电机功率在540～660MW时

7 结 论

通过对超临界600MW汽轮机进行变负荷运行优化试验，得到了机组优化后的主蒸汽压力运行控制曲线，新的运行方式考虑了不同季节环境温度对机组真空（排汽压力）的影响.与原设计滑压运行方式相比，优化后的运行方式在机组低负荷运行时，汽轮机热耗率明显降低.所以，用优化后的运行曲线来指导机组运行能取得显著的节能降耗效果.试验得到的优化运行结果对同类型超临界汽轮机组也具有一定的参考价值.

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