超临界350MW空冷机组阀门管理综合优化策略研究

黄宝成　任江涛　党峰　陈苗　刘金龙

摘 要：针对国产超临界350MW空冷机组四季背压变化范围大、汽耗率高的问题，利用高调门对应喷嘴组数目存在差异性的特点，设计了阀门管理综合优化策略，通过控制不同负荷段所开启的阀门喷嘴组总数目，来提升机组的整体运行效率。实际运行试验证明：通过阀门管理综合优化，在不同负荷段采用不同高调门的进汽方式，可以有效提高汽轮机的高压缸效率，从而降低机组的发电煤耗。这对我国火力发电的节能降耗工作具有一定的借鉴意义。

关键词：超临界 350MW 空冷机组 喷嘴组 阀门管理 进汽顺序 高压缸效率

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（b）-0178-03

当前，我国富煤缺水的北方运行着大量的300 MW级别空冷机组[1]，不仅有亚临界机组甚至还开发研制出超临界的供热机组[2]；许多文献资料显示这个级别的机组在实际运行中会存在很多问题，如供电效率偏低煤耗偏高[3-5]、投运顺序阀时出现轴系振动大瓦温高等问题[7]。因此，超临界350 MW级别空冷机组的运行优化及改造经验都是非常宝贵的。

该文针对两台国产超临界350 MW空冷机组阀门管理优化进行了相关试验研究，利用高调门对应喷嘴组数目存在差异性的特点，设计了不同的阀门管理方案，通过控制不同负荷段所开启的阀门喷嘴组总数目，来提升机组的整体运行效率，从而对有效解决机组四季背压变化范围大、汽耗率高的问题指出了一条途径。实际运行试验证明：通过阀门管理优化，可以有效提高汽轮机的高压缸效率，从而降低机组的发电煤耗。这对我国目前国内供热机组中占主流的350MW级别机组在顺序阀运行方式下的运行稳定性、调节性和经济性具有很大的参考价值。

1 国产典型超临界350 MW机组喷嘴结构

目前，由于350 MW级超临界机组的性能价格比优于同容量亚临界机组，因此，国产超临界350 MW机组在国内所占比例逐步提升。以东汽的D350 E型超临界直接空冷机组为例，其高压部分共有4个调节阀，对应于4组喷嘴，其中，1、2组25个汽道，3、4组24个汽道，喷嘴布置图如图1所示。高压进汽既可采用节流配汽（全周进汽）又可以采用喷嘴配汽（部分进汽）；中压部分为全周进汽，中压联合汽阀内主汽阀和调节阀共用1个阀座，由各自独立的油动机分别控制。

2 空冷机组阀门管理综合优化策略

在汽轮机组实际运行中发现，由于受机组负荷、真空严密性 、抽汽量、环境温度等诸多因素的影响，机组背压会发生很大变化，尤其是直接空冷机组，背压变化范围在8～33 kPa之间，如图2所示。当实际背压偏离设计值时，机组运行经济性就会下降。通过配汽优化，选择合理的阀门开启顺序的不同喷嘴组组合，使机组在不同工况下（不同季节下的被压差异大和高低负荷的差异）的效率能够达到最优，从而提高机组效率，降低供电煤耗。

3 试验过程及结果分析

3.1 试验过程

为了使顺序阀优化后的机组在常运行负荷点的效率最优，试验时需要大范围变化机组的负荷，负荷变化范围为230～350 MW。该试验需要大范围变化4个高压调节阀门的开度，而对机组负荷和主汽压力值没有要求，因此，为了配合试验的进行，主汽压力设定改为手动模式调节，以便能够根据需要手动调整主蒸汽压力设定值；并且，4个高压调节阀门控制改为手动模式调节，以便能够手动单独调整每1个高压调节阀门的开度。然后，依次进行如下2种阀门开关试验，特别注意的是在调整高压调节阀门开度时，每一步高压调节阀门开度的调整量要尽可能小，以保证试验过程的平稳。

式中下标“1”代表级组前参数，“2”代表级组后参数；带“”为变工况参数，不带“”为额定工况参数。并且，该公式的适用条件是：在同一工况下通过级组各级的流量应相等；在同一工况下级组的通流面积应相等；通过级组各级汽流应是一股均质流；且应用级数一般应多于5～6级[8]。所以，一般应用此公式进行相应的计算，结果如下图4～图8所示。

从4和图5的对比中可以看出：两种开启方式的压力变化基本相当；然而，从图6和图7的对比中可以看出：两种开启方式的蒸汽做功能力不同，主要体现在调节级和高排温度的降低程度不同，即焓降不同。因此，这也验证图8的计算结果：机组内采用不同的阀门开启方式时所对应的高压缸效率平均是不同的，最大相差1%以上，折合煤耗大约为0.5g/kWh。因此，机组在这两种开启方式时，同一负荷点所对应的运行经济性是不同的。其中，88%的流量处为经济性的分界点。所以，对于此型空冷机组的阀门管理综合优化策略为：在88%的流量以下时，可以采用#1+#4→#2→#3的开启方式；而在88%的流量以上时，可以采用#2+#3→#4→#1的开启方式。这样，比单纯只采用一种进汽方式，各负荷段要经济得多，每年累计经济效益还是很可观的。

4 结语

该文针对两台国产超临界350 MW空冷机组高调门对应喷嘴组数目存在差异性的特点，设计了阀门管理综合优化策略方案：通过阀门开关试验找到经济性的分界流量，在经济性流量分界点前后采用不同的阀门开启顺序，来提升机组的整体运行效率，从而对有效解决机组四季背压变化范围大、汽耗率高的问题指出了一条途径。这对我国目前国内供热机组中占主流的350 MW级别机组在顺序阀运行方式下的运行稳定性、调节性和经济性具有很大的参考价值。

参考文献

[1] 谢大幸，赵永江，吴建红，等.350 MW汽轮发电机组直接空冷凝汽器严密性试验几种计算方法分析与探讨[J].科学时代，2011，21（11）：155-157.

[2] 任贵龙，孙佳南，梁秀珍. 高效节能330MW超临界空冷供热汽轮机组的研制[J].节能技术，2010，3（2）：122-125.

[3] 冯克蓬，孙翔.冬季空冷机组的真空优化运行[J].现代电力，2011，12（6）：60-63.

[4] 王鹏，王进仕，邵珺.330MW机组凝汽器改造及其经济性分析[J].汽轮机技术，2010，2（52）：71-73.

[5] 张久锋.300MW汽轮机扩容改造及经济效益分析[J].节能技术，2010，1（1）：92-96.

[6] 欧一顺.350MW超临界机组给水系统的优化[J].重庆电力高等专科学校学报，2012，4（2）：82-84.

[7] 于达仁，刘占生，李强，等.汽轮机配汽设计的优化[J].动力工程，2007（2）：1-5.

[8] 王仲奇，秦仁.透平机械原理[M].机械工业出版社，1979.endprint

摘 要：针对国产超临界350MW空冷机组四季背压变化范围大、汽耗率高的问题，利用高调门对应喷嘴组数目存在差异性的特点，设计了阀门管理综合优化策略，通过控制不同负荷段所开启的阀门喷嘴组总数目，来提升机组的整体运行效率。实际运行试验证明：通过阀门管理综合优化，在不同负荷段采用不同高调门的进汽方式，可以有效提高汽轮机的高压缸效率，从而降低机组的发电煤耗。这对我国火力发电的节能降耗工作具有一定的借鉴意义。

关键词：超临界 350MW 空冷机组 喷嘴组 阀门管理 进汽顺序 高压缸效率

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（b）-0178-03

当前，我国富煤缺水的北方运行着大量的300 MW级别空冷机组[1]，不仅有亚临界机组甚至还开发研制出超临界的供热机组[2]；许多文献资料显示这个级别的机组在实际运行中会存在很多问题，如供电效率偏低煤耗偏高[3-5]、投运顺序阀时出现轴系振动大瓦温高等问题[7]。因此，超临界350 MW级别空冷机组的运行优化及改造经验都是非常宝贵的。

该文针对两台国产超临界350 MW空冷机组阀门管理优化进行了相关试验研究，利用高调门对应喷嘴组数目存在差异性的特点，设计了不同的阀门管理方案，通过控制不同负荷段所开启的阀门喷嘴组总数目，来提升机组的整体运行效率，从而对有效解决机组四季背压变化范围大、汽耗率高的问题指出了一条途径。实际运行试验证明：通过阀门管理优化，可以有效提高汽轮机的高压缸效率，从而降低机组的发电煤耗。这对我国目前国内供热机组中占主流的350MW级别机组在顺序阀运行方式下的运行稳定性、调节性和经济性具有很大的参考价值。

1 国产典型超临界350 MW机组喷嘴结构

目前，由于350 MW级超临界机组的性能价格比优于同容量亚临界机组，因此，国产超临界350 MW机组在国内所占比例逐步提升。以东汽的D350 E型超临界直接空冷机组为例，其高压部分共有4个调节阀，对应于4组喷嘴，其中，1、2组25个汽道，3、4组24个汽道，喷嘴布置图如图1所示。高压进汽既可采用节流配汽（全周进汽）又可以采用喷嘴配汽（部分进汽）；中压部分为全周进汽，中压联合汽阀内主汽阀和调节阀共用1个阀座，由各自独立的油动机分别控制。

2 空冷机组阀门管理综合优化策略

在汽轮机组实际运行中发现，由于受机组负荷、真空严密性 、抽汽量、环境温度等诸多因素的影响，机组背压会发生很大变化，尤其是直接空冷机组，背压变化范围在8～33 kPa之间，如图2所示。当实际背压偏离设计值时，机组运行经济性就会下降。通过配汽优化，选择合理的阀门开启顺序的不同喷嘴组组合，使机组在不同工况下（不同季节下的被压差异大和高低负荷的差异）的效率能够达到最优，从而提高机组效率，降低供电煤耗。

3 试验过程及结果分析

3.1 试验过程

为了使顺序阀优化后的机组在常运行负荷点的效率最优，试验时需要大范围变化机组的负荷，负荷变化范围为230～350 MW。该试验需要大范围变化4个高压调节阀门的开度，而对机组负荷和主汽压力值没有要求，因此，为了配合试验的进行，主汽压力设定改为手动模式调节，以便能够根据需要手动调整主蒸汽压力设定值；并且，4个高压调节阀门控制改为手动模式调节，以便能够手动单独调整每1个高压调节阀门的开度。然后，依次进行如下2种阀门开关试验，特别注意的是在调整高压调节阀门开度时，每一步高压调节阀门开度的调整量要尽可能小，以保证试验过程的平稳。

式中下标“1”代表级组前参数，“2”代表级组后参数；带“”为变工况参数，不带“”为额定工况参数。并且，该公式的适用条件是：在同一工况下通过级组各级的流量应相等；在同一工况下级组的通流面积应相等；通过级组各级汽流应是一股均质流；且应用级数一般应多于5～6级[8]。所以，一般应用此公式进行相应的计算，结果如下图4～图8所示。

从4和图5的对比中可以看出：两种开启方式的压力变化基本相当；然而，从图6和图7的对比中可以看出：两种开启方式的蒸汽做功能力不同，主要体现在调节级和高排温度的降低程度不同，即焓降不同。因此，这也验证图8的计算结果：机组内采用不同的阀门开启方式时所对应的高压缸效率平均是不同的，最大相差1%以上，折合煤耗大约为0.5g/kWh。因此，机组在这两种开启方式时，同一负荷点所对应的运行经济性是不同的。其中，88%的流量处为经济性的分界点。所以，对于此型空冷机组的阀门管理综合优化策略为：在88%的流量以下时，可以采用#1+#4→#2→#3的开启方式；而在88%的流量以上时，可以采用#2+#3→#4→#1的开启方式。这样，比单纯只采用一种进汽方式，各负荷段要经济得多，每年累计经济效益还是很可观的。

4 结语

该文针对两台国产超临界350 MW空冷机组高调门对应喷嘴组数目存在差异性的特点，设计了阀门管理综合优化策略方案：通过阀门开关试验找到经济性的分界流量，在经济性流量分界点前后采用不同的阀门开启顺序，来提升机组的整体运行效率，从而对有效解决机组四季背压变化范围大、汽耗率高的问题指出了一条途径。这对我国目前国内供热机组中占主流的350 MW级别机组在顺序阀运行方式下的运行稳定性、调节性和经济性具有很大的参考价值。

参考文献

[1] 谢大幸，赵永江，吴建红，等.350 MW汽轮发电机组直接空冷凝汽器严密性试验几种计算方法分析与探讨[J].科学时代，2011，21（11）：155-157.

[2] 任贵龙，孙佳南，梁秀珍. 高效节能330MW超临界空冷供热汽轮机组的研制[J].节能技术，2010，3（2）：122-125.

[3] 冯克蓬，孙翔.冬季空冷机组的真空优化运行[J].现代电力，2011，12（6）：60-63.

[4] 王鹏，王进仕，邵珺.330MW机组凝汽器改造及其经济性分析[J].汽轮机技术，2010，2（52）：71-73.

[5] 张久锋.300MW汽轮机扩容改造及经济效益分析[J].节能技术，2010，1（1）：92-96.

[6] 欧一顺.350MW超临界机组给水系统的优化[J].重庆电力高等专科学校学报，2012，4（2）：82-84.

[7] 于达仁，刘占生，李强，等.汽轮机配汽设计的优化[J].动力工程，2007（2）：1-5.

[8] 王仲奇，秦仁.透平机械原理[M].机械工业出版社，1979.endprint

摘 要：针对国产超临界350MW空冷机组四季背压变化范围大、汽耗率高的问题，利用高调门对应喷嘴组数目存在差异性的特点，设计了阀门管理综合优化策略，通过控制不同负荷段所开启的阀门喷嘴组总数目，来提升机组的整体运行效率。实际运行试验证明：通过阀门管理综合优化，在不同负荷段采用不同高调门的进汽方式，可以有效提高汽轮机的高压缸效率，从而降低机组的发电煤耗。这对我国火力发电的节能降耗工作具有一定的借鉴意义。

关键词：超临界 350MW 空冷机组 喷嘴组 阀门管理 进汽顺序 高压缸效率

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（b）-0178-03

当前，我国富煤缺水的北方运行着大量的300 MW级别空冷机组[1]，不仅有亚临界机组甚至还开发研制出超临界的供热机组[2]；许多文献资料显示这个级别的机组在实际运行中会存在很多问题，如供电效率偏低煤耗偏高[3-5]、投运顺序阀时出现轴系振动大瓦温高等问题[7]。因此，超临界350 MW级别空冷机组的运行优化及改造经验都是非常宝贵的。

该文针对两台国产超临界350 MW空冷机组阀门管理优化进行了相关试验研究，利用高调门对应喷嘴组数目存在差异性的特点，设计了不同的阀门管理方案，通过控制不同负荷段所开启的阀门喷嘴组总数目，来提升机组的整体运行效率，从而对有效解决机组四季背压变化范围大、汽耗率高的问题指出了一条途径。实际运行试验证明：通过阀门管理优化，可以有效提高汽轮机的高压缸效率，从而降低机组的发电煤耗。这对我国目前国内供热机组中占主流的350MW级别机组在顺序阀运行方式下的运行稳定性、调节性和经济性具有很大的参考价值。

1 国产典型超临界350 MW机组喷嘴结构

目前，由于350 MW级超临界机组的性能价格比优于同容量亚临界机组，因此，国产超临界350 MW机组在国内所占比例逐步提升。以东汽的D350 E型超临界直接空冷机组为例，其高压部分共有4个调节阀，对应于4组喷嘴，其中，1、2组25个汽道，3、4组24个汽道，喷嘴布置图如图1所示。高压进汽既可采用节流配汽（全周进汽）又可以采用喷嘴配汽（部分进汽）；中压部分为全周进汽，中压联合汽阀内主汽阀和调节阀共用1个阀座，由各自独立的油动机分别控制。

2 空冷机组阀门管理综合优化策略

在汽轮机组实际运行中发现，由于受机组负荷、真空严密性 、抽汽量、环境温度等诸多因素的影响，机组背压会发生很大变化，尤其是直接空冷机组，背压变化范围在8～33 kPa之间，如图2所示。当实际背压偏离设计值时，机组运行经济性就会下降。通过配汽优化，选择合理的阀门开启顺序的不同喷嘴组组合，使机组在不同工况下（不同季节下的被压差异大和高低负荷的差异）的效率能够达到最优，从而提高机组效率，降低供电煤耗。

3 试验过程及结果分析

3.1 试验过程

为了使顺序阀优化后的机组在常运行负荷点的效率最优，试验时需要大范围变化机组的负荷，负荷变化范围为230～350 MW。该试验需要大范围变化4个高压调节阀门的开度，而对机组负荷和主汽压力值没有要求，因此，为了配合试验的进行，主汽压力设定改为手动模式调节，以便能够根据需要手动调整主蒸汽压力设定值；并且，4个高压调节阀门控制改为手动模式调节，以便能够手动单独调整每1个高压调节阀门的开度。然后，依次进行如下2种阀门开关试验，特别注意的是在调整高压调节阀门开度时，每一步高压调节阀门开度的调整量要尽可能小，以保证试验过程的平稳。

式中下标“1”代表级组前参数，“2”代表级组后参数；带“”为变工况参数，不带“”为额定工况参数。并且，该公式的适用条件是：在同一工况下通过级组各级的流量应相等；在同一工况下级组的通流面积应相等；通过级组各级汽流应是一股均质流；且应用级数一般应多于5～6级[8]。所以，一般应用此公式进行相应的计算，结果如下图4～图8所示。

从4和图5的对比中可以看出：两种开启方式的压力变化基本相当；然而，从图6和图7的对比中可以看出：两种开启方式的蒸汽做功能力不同，主要体现在调节级和高排温度的降低程度不同，即焓降不同。因此，这也验证图8的计算结果：机组内采用不同的阀门开启方式时所对应的高压缸效率平均是不同的，最大相差1%以上，折合煤耗大约为0.5g/kWh。因此，机组在这两种开启方式时，同一负荷点所对应的运行经济性是不同的。其中，88%的流量处为经济性的分界点。所以，对于此型空冷机组的阀门管理综合优化策略为：在88%的流量以下时，可以采用#1+#4→#2→#3的开启方式；而在88%的流量以上时，可以采用#2+#3→#4→#1的开启方式。这样，比单纯只采用一种进汽方式，各负荷段要经济得多，每年累计经济效益还是很可观的。

4 结语

该文针对两台国产超临界350 MW空冷机组高调门对应喷嘴组数目存在差异性的特点，设计了阀门管理综合优化策略方案：通过阀门开关试验找到经济性的分界流量，在经济性流量分界点前后采用不同的阀门开启顺序，来提升机组的整体运行效率，从而对有效解决机组四季背压变化范围大、汽耗率高的问题指出了一条途径。这对我国目前国内供热机组中占主流的350 MW级别机组在顺序阀运行方式下的运行稳定性、调节性和经济性具有很大的参考价值。

参考文献

[1] 谢大幸，赵永江，吴建红，等.350 MW汽轮发电机组直接空冷凝汽器严密性试验几种计算方法分析与探讨[J].科学时代，2011，21（11）：155-157.

[2] 任贵龙，孙佳南，梁秀珍. 高效节能330MW超临界空冷供热汽轮机组的研制[J].节能技术，2010，3（2）：122-125.

[3] 冯克蓬，孙翔.冬季空冷机组的真空优化运行[J].现代电力，2011，12（6）：60-63.

[4] 王鹏，王进仕，邵珺.330MW机组凝汽器改造及其经济性分析[J].汽轮机技术，2010，2（52）：71-73.

[5] 张久锋.300MW汽轮机扩容改造及经济效益分析[J].节能技术，2010，1（1）：92-96.

[6] 欧一顺.350MW超临界机组给水系统的优化[J].重庆电力高等专科学校学报，2012，4（2）：82-84.

[7] 于达仁，刘占生，李强，等.汽轮机配汽设计的优化[J].动力工程，2007（2）：1-5.

[8] 王仲奇，秦仁.透平机械原理[M].机械工业出版社，1979.endprint