600 MW超临界汽轮机滑压优化研究

侯剑雄，黄碧亮

（广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519050）

0 前言

火电机组汽轮机运行中，其DEH高压调门动作情况会直接影响发电功率和主蒸汽压力运行品质，正确的高压调门流量特性曲线和阀门重叠度曲线，是提高机组AGC品质、一次调频动作质量的关键因素之一。同时，亦需要通过热力试验来确定机组实际运行中经济性最佳的主汽压力。在确保机组长期安全稳定运行的前提下，达到降低供电煤耗的目标。

1 滑压优化试验的问题

以往汽机阀门流量特性曲线试验与汽机滑压优化试验常常是分开的。汽轮机出厂时预设的高压阀门流量特性曲线等由于加工、安装以及就地设备工况点漂移等原因，在实际中会发生高压调门流量特性曲线和重叠度曲线偏离设计值的现象，严重时甚至导致一次调频和AGC品质下降。此时做汽轮机滑压优化试验必然得不到期望的效果。因此，在做汽轮机滑压优化前，应先进行汽轮机阀门特性试验，得到正确的高压调门流量特性曲线和阀门重叠度曲线后，再进行汽轮机滑压优化试验，以得到。这样才能得到最佳滑压优化曲线。

2 滑压优化试验方法

通过汽轮机热力性能试验方法确定汽轮机高压调门开度和主蒸汽流量的关系，拟合出准确的高压调门全行程开度流量特性曲线，计算、校正顺序阀方式下的高压调门重叠度函数，经过实际运行验证，得到汽轮机高压调门流量特性优化曲线；在汽轮机高压调门特性优化的基础上，根据热力循环的理论，通过一系列定、滑压试验，找出各工况下运行的最经济主蒸汽压力，得到机组在全负荷范围运行时热耗率最小情况下的滑压优化曲线，以修正。

2.1 高压调门流量特性试验

分析并给出3号汽轮机在两阀全开(2VWO)至三阀全开(3VWO)不同工况下，调门开度指令与高压缸效率、主蒸汽流量之间的关系，调节级后压力与主蒸汽流量之间的关系，不同综合阀位开度指令与高压缸效率、主蒸汽流量之间的关系。根据得到的汽机修改前高压调门流量特性，校正高压调门流量特性曲线，并在此基础上对各高压调门流量分配函数及重叠度进行优化。在线修改各高压调门阀门流量特性修正曲线和顺序阀运行方式下各调门的流量比例偏置因子(K+B)和GV流量修正函数，然后通过机组变负荷运行检验是否满足要求。

2.2 定滑压优化试验

根据热力循环理论，机组在低负荷下滑压运行时，由于进汽节流损失小，漏汽损失也小，机组相对内效率比定压运行时有较大提高，但由于主汽压力降低，循环热效率也降低。当相对内效率的增加幅度补偿了循环热效率的下降幅度时，此时的滑压参数才是比较经济的。因此，需要通过一系列试验来确定机组经济性最佳的运行压力，具体方法是在各负荷段通过试运行多个主汽压力值，找出热耗率最低的压力值。在确保机组长期安全稳定运行的前提下，达到降低供电煤耗，最大限度降低运行成本的目标。在高压调门流量特性试验完成后，根据机组在50～100%工况下定、滑压优化试验结果，得到3号机组定、滑压运行特性曲线。

3 试验过程及分析

3.1 高压调门特性试验

汽轮机高压调门开度指令的形成过程如图1所示。

图1 汽轮机高压调门开度指令形成过程

从图1可知，汽轮机综合阀位指令(即FDEM流量指令)在顺序阀方式下需要先后经过背压修正函数F(X1)、流量比例分配因子(K+B)和流量修正函数F(X2)，得到分配到单个阀门上的流量指令，最后再经过阀门流量特性曲线F(X3)成为最终的开度指令。其中背压修正函数F(X1)、流量比例分配因子(K+B)是经过汽轮机厂家确认的函数，所以此次试验不进行修改。通过分别对GV3、GV4进行两阀全开(2VWO)和三阀全开(3VWO)的试验，得到了单个阀门开度与蒸汽流量关系，并修改高压调阀流量开度修正函数F(X3) 。修改前、后函数F(X3)曲线比较如图2所示。

图2 修改前后高压调阀流量开度修正函数F(X3)曲线比较

从图2可看出，修改前后的函数存在一定的差异，特别是X轴在0～55%区间时。在同等流量指令下，修改前的阀位开度比实际的要小，会造成阀门出力不够、增大节流损失等问题，这种情况的出现会导致DEH对机组负荷的响应品质变差。

图3为测取的综合阀位指令与等效流量之间的关系曲线（X轴为综合阀位指令，Y轴为汽机等效流量）。从图中画圈部分可以看出曲线存在线性度不佳的区域，有平缓的，也有突变的区间。导致在这些区间内，DEH对机组负荷的响应品质变差，AGC和一次调频品质不好。由图3亦可看出，在调节级压力相同的情况下，修正后主蒸汽流量较设计主蒸汽流量偏小，说明机组的实际通流能力较设计值偏小。

图3 优化前综合阀位指令与实际等效流量关系曲线

综合以上可看出，由于DEH阀门流量特性的不准确，出现当DEH综合阀位指令增加时，主汽流量却不增加或突变，导致机组负荷不会变化或突变的情况。AGC和一次调频在这个区间内会出现调节、响应不及时等问题，使电厂频遭电网公司考核，遭受一定经济损失。另外如阀门重叠度设置不当，也会造成在两阀重叠的区间（即在顺序阀方式下，前一个阀尚未开完，下一个阀已经开启）阀门容易突升突降，开度大幅波动，造成机组负荷不稳定，同时带来一定节流损失。

3.2 定、滑压优化试验

高压调门流量特性试验完成后，3号汽轮机在50～100%额定负荷下进行定、滑压运行试验，试验在高压调门顺序阀运行方式下进行，通过在各负荷下选择不同的主蒸汽压力进行对比试验，寻找出科学合理的定、滑压运行特性曲线。根据试验结果，给出50～100%额定负荷下，各负荷最佳主汽压力工况下电功率与热耗率关系曲线，电功率与主蒸汽流量关系曲线，主蒸汽流量与缸效率关系曲线，最后给出机组最佳定、滑压运行曲线。

3.2.1 100%额定负荷定压运行试验

100%额定负荷定压工况下，主汽压为

24.20 MPa。试验得到修正到设计参数下的主蒸汽流量为1 729.417 t/h，修正后电功率为600.944 MW，修正后热耗率为7 721.7 kJ/(kW.h)。

3.2.2 90%额定负荷（540 MW）定、滑压试验90%额定负荷试验结果见表1。由表中数据可看出，在90%额定负荷工况下，汽轮机热耗率的变化是一个随主蒸汽压力降低而升高的过程，因此在90%额定负荷时采用定压(即选择在24.2 MPa)运行最经济。

表1 90%额定负荷工况定滑压试验数据表

80～50%额定负荷工况下定、滑压试验结果可看出，在此类工况下汽轮机热耗率的变化是一个随主蒸汽压力降低而先降低后升高的过程，通过找出汽机热耗率最低的点可找出最佳运行主蒸汽压力。

3.2.3 定、滑压运行特性曲线

通过对上述各工况试验结果分析可看出，随着机组负荷的降低，滑压运行的经济性体现得越来越明显，在额定负荷600 MW时，机组应按额定压力运行；小于480 MW负荷时，机组应该滑压运行。这样在不同负荷下，通过选择不同的运行方式，结合高压调门开度的变化，就能使机组在变工况下保持较高经济性。

4 试验成果的实施

4.1 修改阀门重叠度

根据计算的实际阀门流量曲线，对重叠度做了相应修改。修改前、后综合阀位指令与各调门的开度曲线如图4所示，虚线为修改前关系曲线，实线为修改后关系曲线，从图中可以清晰看出修改前后综合阀位指令与各调门的开度曲线比较，修改后调阀开度曲线要比修改前调阀开度曲线平顺。

图4 修改前、后综合阀位指令与各调阀开度指令间关系

在线修改完毕高压调门流量特性曲线和重叠度后，进行了280～600 MW变动负荷试验，其中包括单阀和顺序阀之间的切换。单阀和顺序阀切换结果表明负荷扰动明显变小，切换期间负荷波动＜3 MW，远小于修改前的波动值15 MW。负荷变动时阀门流量指令和等效流量的关系曲线如图5所示。对比图3和图5可明显可以看出修改前的两处负荷变动平缓和突变的情况已得到明显改善。整个变负荷过程汽轮机轴承温度、轴承振动无大幅变化，均低于报警值。运行近两年来，电厂未因AGC、一次调频等遭电网考核，表明调门流量特性试验取得明显效果。

图5 优化后综合阀位指令与实际等效流量关系

4.2 修正滑压曲线

通过定、滑压优化的试验结果，修正各最佳主蒸汽压力对应工况下机组电功率与热耗率关系曲线见图6，修正主蒸汽流量与机组电功率关系曲线见图7，修正定、滑压运行曲线见图8。

图6 修正后电功率与热耗率关系

图7 修正后主蒸汽流量与机组电功率关系

图8 机组定、滑压运行曲线

5 结束语

1) 修改高压调门流量特性曲线和重叠度后，单阀和顺序阀切换时负荷扰动明显变小，两处负荷变动平缓和突变的情况得到明显改善。经电厂一次调频完善试验后，未发生过因一次调频品质等遭电网考核，调门特性试验取得明显效果，AGC调节品质得到提高。

2) 优化后机组在变负荷过程中负荷、汽温、汽压等参数稳定，汽机瓦温、振动符合要求。汽机流量指令和实际流量呈良好的线性关系，减少高压调门压损，提高了机组运行经济性和控制稳定性。

3) 负荷在480～600 MW时，机组采用定压方式运行。当负荷小于480 MW时，采用滑压方式运行。优化后供电煤耗下降1.2 g/kW.h，经济性可相对提高0.5～1%。

4) 把高压调门特性优化调整和机组定、滑压运行优化结合起来已经逐步成为越来越多电厂的一种技术需求，也是更为合理的一种优化技术方案。通过优化试验在确保增强机组变负荷和一次调频的能力的同时，提高控制的稳定性、快速性，达到降低运行煤耗的目标。具有较好的社会效益和经济效益。