汽轮机运行调节方式优化策略探析

吕泰萍，杨 明，滕九洋

（辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110000）

引言

传统化石能源的大规模开采和普遍利用，能在一定程度上为人类文明进一步发展提供积极的动力，但同时也对环境、气候、资源造成了严重破坏。为了有效解决资源匮乏、气候恶化、环境污染等问题，使人类可持续发展目标有效实现，必须采取多样化有效措施，促进全球能源结构朝着低碳、绿色、环保方向发展。为了使新能源在电量规模化并网过程中存在的波动性和不确定性等问题得到有效解决，必须加强对电网调控能力的不断强化，从而创建足够的空间容量为新能源的消纳提供有有利环境。在电力能源结构体系中，燃煤火电机组占据60%以上，因此，积极开发燃煤火电机组对电网峰谷差异进行调节的方式势在必行。

1 在35%THA 以下的低级负荷区间

如图1 所示，在此区间，设定蒸汽初压力始终维持在恒定状态，确保Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个调节阀全部开启、Ⅳ调节阀全部关闭，使节流定压运行有效开展[1]。

图1 汽轮机复合调节示意图

当蒸汽初压始终维持在恒定状态，能够使锅炉的燃烧情况和水循环情况始终稳定；在保持一定初始压力的基础上开展定压运行，能够从根源解决在低级负荷情况下，由于继续滑压运行而导致给水泵轴系落入临界共振的情况发生；在开展定压运行的过程中，确保初始压力始终保持在稳定状态，能够使汽轮机的循环热效率保持在较高功率；通过采取节流调节措施，有效解决在低级负荷下，由于采用喷嘴调节导致调节级部分进气损失较大的问题；当气轮机组处于极低负荷的情况下时，对应的蒸汽压力也会随着负荷的下降，滑落到较低水平。此时，如果将调节阀的开度调整到较大状态，并不会因为使用节流调节而产生较大的节流损失；在汽轮机急速启动的过程中，通过同时打开Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个调节阀的方式，能够为汽轮机机组启动安全提供最大保障[2]。

2 在35%～85%THA 以下的低级负荷区间

在此区间内，依然保持Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个调节阀全部开启、Ⅳ调节阀关闭的状态，从而为部分调节阀全部打开的滑压运行创造良好环境。当滑压运行区间保持在35%～85%THA 的低负荷区间内时，可以将处于静态关闭状态的Ⅳ调节阀快速开启，确保汽轮机能够得到一个快速向上的调频能力；也可以将始终处于静态开启的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个调节阀的打开程度暂时调小，确保汽轮机能够得到一个快速向下的调频能力。通过这样的操作方式，能够在低负荷环境下滑压运行具有的经济优势充分发挥出来，将滑压运行具有的安全性和可靠性进一步提升，确保在滑压运行过程中，从根源将由于锅炉具有的热惯性导致汽轮机无法充分适应快速变化的负荷问题彻底解决。长此以往，不仅能够有效解决在稳定工作状态下，由于采用了节流滑压调节，导致调节阀必须保持一定节流开度裕量而产生的节流损失问题，而且还能确保汽轮机在具有较强一次调频能力的基础上，始终具有较高的经济性、安全性、高效性[3]。

3 在85%～100%THA 以下的高级负荷区间

在此区间内，对保持在额定压力下的喷嘴进行定压调节，通过调整Ⅳ调节阀的开启、关闭状态，使调节级的流通面积得到合理改变，从而加强对汽轮机喷嘴定压的有效调节。通过这样的方式，能够从根源解决由于在高压负荷区间采用滑压调节方式而导致蒸汽的初始压力下降使汽轮机循环热效率难以提升的问题，确保汽轮机的工作效率始终保持在较高状态[4]。

4 以旁通调节作为汽轮机的辅助调节手段

将旁通调节措施作为优化汽轮机运行方案的有效辅助手段，当汽轮机的工况变动范围始终保持在THA 能够承受的最大负荷范围内时，整个过程旁通阀都要保持在关闭状态，并且将节流定压—节流滑压—喷嘴定压的负荷滑压调节过程作用在不同的负荷区段；当汽轮机的工况变动范围超出THA 能够承受的最大负荷范围时，可以结合实际需求，对旁通阀的开启、闭合状态进行调整，确保汽轮机超负荷运行的目标得到有效实现，或者在电网始终保持在低频率的状态下，使汽轮机一次调频加负荷的功能得到充分发挥。比如，当汽轮机的工作情况处于满负载状态并且对应的电网电频率具有的大频差呈现明显下降趋势时，为了使汽轮机在较短时间内快速增加功率的目标得到有效实现，可以暂时快速开启旁通阀，利用锅炉的蓄热，使蒸汽流量和功率在较短时间内快速提升，当锅炉的燃烧功率大幅度提升并且蒸发量明显增加之后，主气压力会快速恢复到额定压力水平，从而使旁通阀快速恢复到全部关闭的状态[5]。

因此，将旁通阀调节与复合滑压调节措施进行有效整合，不仅能够有效提升汽轮机的过载能力。而且还能使汽轮机在满负荷的状态下，依然拥有能够快速向上调频能力，使传统汽轮机的负荷响应能力特性得到有效和改善。与此同时，还能够确保汽轮机在滑压运行的过程中，只有Ⅳ调节阀关闭的状态，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个调节阀全部保持开启状态，最大程度降低进气节流的损耗，提高汽轮机可靠性、安全性、经济性的同时，为汽轮机运行调节方式的进一步优化贡献积极力量[6]。

5 结语

2021 年，我国正式实行了限电计划，提高了煤电退出力度，加大了光电和风电等可再生清洁性能源的使用强度。然而这些能源具有较高的随机性、波动性、间歇性特征，特别是随着集中并网规模不断扩大，使电网的峰谷波差差距越来越大，出现的弃光弃风现象越来越严重。因此，应该加强对汽轮机深度调峰能力的充分挖掘，在稳定、安全运行的基础上，快速、灵活地参与到电网深度调控工作中，确保新能源电量得到有效消纳的同时，最大程度降低汽轮机起降调控的频率。在电网电能处于高峰时段时，应该确保汽轮机始终保持在满负荷或超负荷的状态下运行，这样能够使汽轮机在运行调节方式不断优化的带动下，具有的顶峰能力得到充分发挥，为进一步提升电网可靠供电能力提供保障。