火电机组最优滑压曲线的影响因素及优化策略

孙建国　李越男　赵军　杨春宇　陈学科　江飞　李兴朔

摘 要：目前，许多大功率火电机组因为风电等新能源电力大规模并网发电而不得不进行深度变负荷运行，机组调峰运行的滑压运行曲线优化值得深入研究。该文在概述传统滑压运行曲线获取方式的基础上，分析了汽轮机最优运行主蒸汽压力的影响因素。以达拉特电厂8台机组面临的实际问题为研究案例，提出了一种大功率火电机组深度滑压运行的优化策略，所得到的滑压运行曲线能够克服背压和抽汽量的变化。这对进一步提高参与调峰的大功率火电机组的滑压运行经济性有一定的指导意义。

关键词：汽轮机 滑压 背压 抽汽量 优化策略

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（a）-0113-03

目前，国内越来越多的大功率高参数机组不得不参与调峰运行，负荷甚至低至50%以下；而所涉及的机组容量范围为200～660 MW，机组参数从超高压、亚临界和超（超）临界。并且，越来越多的大功率供热机组也开始参与调峰；当然，不仅仅是国内制造机组，也包括一些国外进口机组[1-5]。为了提高深度变负荷运行机组的运行经济性和安全性，越来越多的研究者将目光转移至滑压运行曲线优化方面[6-8]。然而，机组最优运行主蒸汽压力受多种因素的影响，尤其是背压和抽汽量的影响，直接影响大功率供热机组和空冷机组的运行经济性[9-10]。文章在概述传统滑压运行曲线获取方式的基础上，分析了汽轮机最优运行主蒸汽压力的影响因素。针对以负荷为自变量的滑压运行曲线的局限性和机组运行的实际工况，提出了一种大功率火电机组深度滑压运行的优化策略，所得到的滑压运行曲线能够克服背压和抽汽量的变化。

1 案例机组概况

达拉特电厂配备8台机组，包括6台亚临界330 MW供热机组和2台亚临界600 MW空冷机组。以6台330 MW机组为例，机组具有一定的特殊性：首先，机组配备100%汽泵；并且，在供热期汽泵参与供热。因此，机组的滑压运行曲线也具有一定的特殊性。围绕达拉特电厂6台330 MW机组的特殊运行方式的关键科学和技术问题，希望通过理论分析和实验研究等手段开展330 MW供热机组滑压综合优化技术研究；通过理论分析，获得100%汽泵在供热期和非供热期对机组最优主蒸汽压力的影响规律；重点开展两种运行模式下的最优主蒸汽压力获取方法和机组DCS自动滑压的实现方法，并开展相关的验证实验，最终获得330 MW供热机组滑压综合优化的关键技术。这对推动目前国内占主流的330 MW供热机组的节能减排具有重要意义。此外，将成果平移至2台亚临界600 MW空冷机组上，实现背压大范围变化机组的推广应用。

2 滑压运行曲线的获取方法概述

机组深度变负荷运行时，高调节阀开度变小、调节级节流损失增加，导致机组运行经济性降低。此时机组采用滑压方式运行，负荷降低时的主蒸汽压力也随之降低，不仅会使高调节阀的开度增大、节流损失降低，而且给水泵耗功也会减少，机组运行经济性提高。为了切实提高机组变负荷时滑压运行的经济性，必须确定合适的滑压运行曲线。对最优滑压运行压力的确定国内外主要的方法有以下3种：实验比较法、耗差分析法、建立优化模型法。李虎等人分别针对660 MW和700 MW机组的性能特点，就调峰负荷时不同压力运行时的主要经济指标进行分析，通过对相同负荷不同压力条件下机组的安全性能进行对比，得到了机组调峰时不同负荷下合理的运行方式和滑压曲线[1，4]。赵伟光等人以国产超临界600 MW和超超临界1 000 MW汽轮机为研究案例，通过不同负荷进气压力下的滑压运行方式试验得到了适合滑压运行曲线[2-3]。刘双柏基于试验工况整机性能的拟合计算，研究了定滑压运行曲线及主汽压力与机组效率的关系和定滑压运行曲线的局限性，并在200 MW机组进行应用测试[6]。牛培峰等人针对变工况运行时的汽轮机最优主蒸汽压力进行求解，建立了基于回声状态网络热耗率的预测模型，并通过改进的磷虾群优化算法的全局搜索能力，对所建的预测模型进行主蒸汽压力寻优[7]。童小忠等人针对汽轮机低负荷运行阶段的滑压运行方式寻优，结合试验比较的方法进行分析，提出在缺乏高精度试验条件的情况下较为方便的耗差分析法[8]。针对背压和抽汽变化：文献[5]设计3种抽汽工况滑压曲线作为热电联产机组抽汽供热期的汽轮机滑压运行优化方法，通过DCS切换逻辑克服抽汽变化对机组最优滑压运行曲线的影响。文献[9]通过试验研究得到了实际排气压力变化对机组滑压曲线的影响规律，并给出对应的优化调节手段。文献[10]以主蒸汽流量作为机组滑压曲线的调度变量，实现一条滑压曲线即可克服供热抽汽量和背压变化的问题。

3 最优滑压运行曲线的影响因素分析

目前机组普遍采用的滑压运行曲线是以负荷作为自变量，然而，机组负荷的影响因素较多，需要考虑这些因素的综合影响，得到机组的最优滑压运行压力。

3.1 给水泵功耗的影响

图1为给水泵的工作热力过程图。图中，4w点代表给水泵入口工况点，4wb点代表给水泵出口工况点，其参数值由主系统变工况确定；4ws代表给水泵定熵工作到出口压力下的工况点。给水泵消耗的功率是主蒸汽流量和主蒸汽压力的函数。文献[10]指出：随着主蒸汽流量的增大，给水泵耗功增大，随着主蒸汽压力的降低，给水泵功耗减少。

3.2 通流部分变工况的分析

在汽轮机变工况时，需要对调节级效率进行变工况计算。调节级的热力过程线，如图2所示[10]。

3.3 滑压运行时，理想循环效率的变化

汽轮机滑压运行时，由于主蒸汽压力的降低，从而使朗肯循环的循环平均吸热温度降低，而平均放热温度没有发生变化，使整个机组的循环热效率降低。随着主蒸汽流量的变化，理想循环效率也发生变化。在额定工况时，达到最高。对同一流量，压力越低，理想循环热效率越差，如图3所示。

3.4 背压的影响

其中背压对机组负荷的影响最大。当其他运行参数不变，而背压提高时，在同样的调节汽门开度情况下，汽轮机的功率降低，反之功率提高。

3.5 供热抽汽量的影响

对于供热抽汽机组，最优滑压运行曲线的确定较一般的中间再热凝汽式机组更为复杂，抽汽量的改变会使机组电负荷发生显著的变化。在抽汽工况和非抽汽模式时，机组和回热加热器的变工况特性将会存在较大差异。因此，当以机组负荷作为自变量确定滑压曲线时，对于抽汽机组必须考虑背压和抽汽量两个因素的影响，滑压曲线图已变成三维图。

4 滑压运行曲线的综合优化策略

根据上述分析看出：机组三维滑压运行曲线的设计及实现方法是关键。实时修正是一种有效方法：采用背压和抽汽量对压力实时修正，可以消除背压和抽汽对最优运行主蒸汽压力的影响。在采用理论建模的变工况运行计算的基础上，结合实验法确定机组的滑压运行曲线；然后，结合实际运行大数据进行结果进一步校核。因此，可以得到具有较高准确性的滑压运行曲线，能够较好地应用于工程实际。

5 结语

此文首先概述了传统滑压运行曲线的获取方式，分析了汽轮机最优运行主蒸汽压力的影响因素。然后，针对电厂实际机组面临的背压和抽汽变化范围大的情况，提出了一种大功率火电机组深度滑压运行的优化策略，从而克服了背压和抽汽量对最优滑压运行曲线的影响。这对进一步提高参与调峰的大功率火电机组的滑压运行经济性有一定的指导意义。

参考文献

[1] 李虎.大型亚临界汽轮机发电机组的滑压运行安全经济性对比研究[J].电力科学与工程.2006（3）：5-8.

[2] 赵伟光，刘明远，杨尚文，等.国产超临界600MW汽轮机深化滑压运行试验研究[J].东北电力技术，2014， 35（3）：13-17.

[3] 赵伟光，孟林辉，陈正飞，等.东汽超超临界1000MW汽轮机优化滑压运行方式的试验研究[J].汽轮机技术，2014，56（5）：391-394.

[4] 李虎，李法众，陈良勇.进口660MW机组调峰负荷下滑压运行经济性分析法[J].电站系统工程，2006，22（4）：23-25.

[5] 万杰，许天宁，李泽，等.热电联产机组抽汽供热期的汽轮机滑压运行优化方法[J].节能技术，2015，33（1）：33-37.

[6] 刘双白.汽轮机定滑压运行曲线测试方法研究[J].华北电力技术，2007（12）：9-12.

[7] 牛培峰，杨潇，马云鹏，等.基于改进的磷虾群优化算法的汽轮机初压优化研究[J].动力工程学报，2015，35（9）：709-714.

[8] 童小忠，孙永平，樊印龙.汽轮发电机组滑压运行寻优方法的试验研究[J].浙江电力，2008（5）：24-26.

[9] 陈胜利，荆涛，李高潮，等.排汽压力对汽轮机运行优化试验结果的影响研究[J].热力发电，2013，42（4）：28-30.

[10] 刘金福，万鹏程，刘娇，等.一种以主蒸汽流量作为调度变量获取汽轮机滑压曲线方法：CN102661176A[P].2012.