台山电厂630MW汽轮机运行方式探讨

1汽轮机运行方式介绍

1.1单阀运行和顺阀运行

现代大容量汽轮机的运行方式按照汽轮机的阀门调节方式,可以分为单阀运行和顺阀运行,单阀运行又被称为节流调节或全周进汽,顺阀运行又被称为喷嘴调节或部分进汽。

汽轮机单阀运行时,由于为全周进汽方式,进汽部分的温度分布较为均匀,在负荷大幅变化时不会引起过大的热应力和热变形,机组在并网后带低负荷阶段采用单阀运行。另外,新机组在投产的6个月内,厂家和二十五项反措也要求机组采用单阀运行。汽轮机采用单阀运行时,由于汽门部分开启存在蒸汽节流,汽轮机理想恰降减少,汽轮机相对内效率降低,机组效率也同步降低。

汽轮机顺阀运行时,由于从圆周上看属于部分进汽,汽轮机高压部分的金属温度变化较单阀方式要大,汽缸壁产生较大的热应力,从而限制了机组快速改变负荷的能力。顺阀运行时,只有一个调节汽门处于部分开启状态,其余的调节汽门均处于全开或全关状态,蒸汽只在部分开启的调节汽门中有一定节流,降低了理想恰降,但因流经该汽门的蒸汽流量只占总流量的一部分(不超过25%),因此蒸汽恰降的改变对机组效率的影响相对单阀要小得多,在机组90%以下负荷阶段,机组顺阀运行比单阀运行效率要高。

为了充分发挥顺阀和单阀这两种配汽方式的优点,台山电厂1～5号机组采取了节流配汽一喷嘴配汽联合调节的方式,即第1、第2个调节汽门对角同步开启,使汽缸均匀受热:待第1、2个调节汽门全开后,再根据机组负荷需要依次开启第3、第4调节汽门,同时发挥了节流配汽和喷嘴配汽两者的优势。目前台山电厂1～5号机组的顺阀就是采用这种方式运行。

实际运行中,虽然汽轮机在顺阀运行时比单阀运行效率高,但顺阀运行的进汽方式不均匀,导致部分机组出现主机轴瓦振动增大、轴承温度升高及上下缸温差增大等现象。

台山电厂1、3、5号机组自2016年开始,利用A修机会先后进行了汽轮机通流改造,单台机组容量从600MW增加到630MW,改造后的机组在投入运行半年后切至顺阀运行(2＋1＋1）时,当第四阀GV4逐渐开启至5%～8%开度以上时,出现了1、2轴瓦振动增大的异常现象(y方向振动超过165μm)。为考虑机组安全,目前暂时只能投入2＋2顺阀模式,即第3、第4阀同步开启。

1.2滑压运行和定压运行

机组定压运行时,保持主汽压力恒定,通过锅炉燃料量和汽轮机高压调门来调节机组的负荷,这种运行方式在低负荷阶段由于调速汽门开度小,节流损失很大。

机组滑压运行时,通常保持汽轮机高压调门全开或接近全开。为了更好地响应调度负荷变化曲线,运行更经济,同时满足电网一次调频要求,高压调门一般只开至额定流量的80%～85%,由于汽轮机对应调门流量拐点在40%左右,因此实际阀门开度维持在32%～34%。通过调整锅炉燃料量来改变主汽压力,利用主汽压力的变化调节机组负荷,即主汽压力随机组负荷变化而变化。

综合定压运行和滑压运行的各自优点,我厂630MW机组采用定一滑-定运行方式。在40%以下低负荷阶段,着重考虑锅炉燃烧稳定性、给水调节稳定性等安全因素而采用定压运行方式:在40%～75%中间负荷阶段,考虑到机组的经济性和良好的负荷适应性,采用滑压运行方式:在75%以上高负荷阶段,为了维持额定参数保持机组高效率运行,采用定压运行方式。

1.3综合考虑单阀、顺阀和滑压运行方式

台山电厂1、3、5号机组在40%及以下低负荷阶段,综合考虑到安全稳定因素,采用定压运行方式,此时调门控制若采用单阀运行,则节流损失非常大。在保证安全的前提下(我厂1～5号机组逻辑在顺阀情况下,单个高调门发生突关时,由于阀门开度指令与反馈偏差大,汽轮机会自动切换至单阀运行,安全可靠性较高),采用顺阀运行,低负荷只保持两个调门开启,使得低负荷下节流损失明显减少。

在40%～75%中间负荷阶段,机组采用滑压运行方式,采用单阀还是顺阀运行方式,要结合具体情况进行分析:机组顺阀运行时,在三阀全开、第4阀关闭的情况下,顺阀运行的效率最高(四阀全开除外,四阀全开和单阀运行已经区别不大),其次是第3阀接近全开或第4阀开度很小或第4阀开度很大的情况,效率也很高:但是在第3阀或第4阀处于中间位置时,虽然只有一个调节阀节流,节流损失仍旧比较大,相比较同负荷下的单阀运行,效率未必很高。特别是台山电厂1、3、5号机组,由于第4阀开启后振动偏大,目前只能采用2＋2顺阀运行,在第3、第4高调门开度较小时,节流损失并不小。因此,滑压运行阶段,顺阀运行效率的高低取决于滑压曲线的设定情况。

机组在75%以上高负荷阶段,为了维持额定参数保持机组的高效率运行,采用定压运行方式。

2我厂单阀、顺阀运行方式的问题分析

对于标准的滑压运行工况,在整个滑压运行段不同负荷下,工况稳定后,汽轮机高压调门的通流百分数(即汽机主控反馈百分数)应该是接近的(不考虑主/再热汽温大幅变化、凝汽器真空大幅变化及加热器退出运行的影响）,但是由于种种原因,目前我厂机组在滑压阶段运行时,不同负荷下汽轮机高压调门的开度均偏小,如表1所示。

表1单阀运行方式下机组运行参数情况(#号机组）

从表1可以看出,在机组整个滑压运行阶段,最低负荷和最高负荷时,汽机主控反馈相差并不大。但是在滑压全过程中(240～450MW）,高调门开度均偏小（15%～17%）,造成在单阀运行时节流损失较大,考虑我厂600MW机组负荷率一般不高于70%,因此在绝大部分运行时间内,汽轮机效率偏低。因此,笔者认为滑压曲线的设定主要因考虑3点:（1）尽量减少节流损失,当然主汽压也不能过低:（2）机组日常负荷区间情况:（3）机组单阀、顺阀选择情况。可以通过完善滑压曲线的设定,提高单顺阀运行方式下机组的效率（单阀运行时,保持比较大的高压调门通流百分数,机组效率同样比较高）。

2018年5月,粤能公司对台电3号机组进行机组试验,试验期间高压调门按照2+2的顺阀方式运行,进行600～250MW负荷间的滑压优化试验。试验工况如表2所示。

表3试验工况表

我厂机组目前的定_滑一定压力曲线（3号机）如表3所示。

按照粤能公司优化后设置的定一滑-定曲线（3号机）如表4所示 。

表3 定一滑一定曲线(3号机）

表4 粤能推荐的定4滑一定曲线(#号机）

从表3、表4可以看出,优化前后的曲线相比:

（1）在250～280MW负荷段,压力设置比旧曲线偏高:

（2）在280MW以上,压力设置比旧曲线偏低,适合我厂高调门开度偏小的特点,有利于减少节流损失。

（3）粤能优化曲线中所采取的250MW、300MW、350MW的压力均为试验工况的最低压力值,压力继续降低后的汽轮机热耗情况如何变化建议通过试验取得,以此达到最优滑压曲线。

(4）考虑到我厂1～5号机组负荷率在迎峰度夏前一般不超过70%,而在当前滑压曲线下,机组以2+2模式运行时,GV2、GV3在机组负荷大于450MW以上才会逐渐开启,因此机组目前投入2+2模式相比单阀运行有较大的节能效果,与2+1+1顺阀模式亦相差不大。

3结语

在目前情况下,综合考虑经济和安全因素,采用2+2顺阀模式较为合适,同时滑压曲线建议针对我厂高调门开启偏小的特点,同时为达到最好的节能效果(煤耗下降3g/kwh以上）,尽量避免GV2、GV3在450MW以下开启,建议采取如表5所示的曲线。

表5优化后设置的定一滑一定曲线

(1）跟定州、沧东等兄弟单位进行交流,同时对250～350MW工况滑压曲线进行试验,结合试验结果,确定最合理的滑压曲线,以提高机组效率,同时改善机组对工况变化的适应性。

(2）与电科院加强沟通,利用调停机会加装平衡块进行配重,满足机组2+1+1顺阀模式的投入需求,争取在迎峰度夏前投入正常阀序,配合优化后的滑压曲线,达到机组节能的最优效果。