汽轮机启动及运行工况流量特性曲线优化

引言

宁夏某电厂一期2×660 Mw汽轮机组为哈尔滨汽轮机厂生产的超临界、一 次中间再热、单轴、三缸四排汽、间接空冷凝汽式汽轮机,机组型号为CLNJK660-24.2/ 566/566 。其高中压缸采用合缸布置 , 并采用双层缸结构,低压缸为双流反向布置、三层缸结构 。流量采用喷嘴调节 ,高压部分共有四个调门对应四组喷嘴。喷嘴组与调门的序号相对应 , 高压调门运行方式分部分进汽(顺序阀)和全周进汽(单阀)。汽轮机启动时采用高主门与中调门联合控制方式 ,运行时采用顺阀调节方式 ,即根据阀门流量特性曲线GV1、GV2同时开启 ,GV1、 GV2没有调节余量后 ,GV3、GV4依次开启参与调节。

汽轮机的阀门流量特性曲线主要用于表征主蒸汽流量与高调门开度之间的关系曲线 。DEH系统的流量特性曲线与实际汽轮机的流量特性曲线偏差较大时 ,将直接影响机组的一 次调频及负荷响应能力 ,严重时将导致阀门在某 一 开度出现间歇性摆动 , 造成阀门 LVDT断裂等恶性事故。

1 机组启动阶段流量曲线优化

机组启动阶段 ,汽轮机采用高中压缸联合进汽的方式,具体为高压主汽门与中调门控制高中压缸的进汽量 ,高调门与中压主汽门处于全开状态。当高压主汽门与中调门的进汽配比为1:1时 , 高压缸进汽处金属温度增长迅速 ,而中压缸进汽处金属温度增长缓慢 ,汽轮机冲转后80 min温升仅有12 ℃ ,严重影响汽轮机中压缸膨胀 。具体温度曲线如图1所示。

根据上述问题 ,对高压主汽门对应中压缸进汽流量特性曲线进行调整 。高压主汽门与中调门的进汽配比为1:1.5时 , 中压缸进汽处金属温度80 min的温升达到72 ℃ ,进汽情况得到明显改善 ,最后高压缸外缸金属温度及中压缸外缸金属温度两者温度基本一致 , 具体如图2所示 。中调门修改前后的进汽流量曲线具体如图3所示。

2 机组运行阶段流量特性曲线优化

机组控制系统根据负荷要求 ,计算出与当时主汽参数相对应的流量值 ,通过阀门函数对应成相应的阀门控制开度。顺序阀控制时 ,在多个函数对流量指令进行分配和修正 , 实现汽轮机实际流量与流量指令呈线性关系 ,根据现场实际的阀门开启顺序 ,对汽轮机流量指令进行分配 ,最终确定各高压调门的开度。实际流量与阀门的综合阀位跟理论的流量阀门开度存在差别 ,因此需要进行阀门特性曲线的优化 ,最终使流量特性曲线呈线性关系。

汽轮机采用顺阀调节时 , 多个高压调节阀按照既定的顺序依次开启 ,通常在前一个阀门未全开之前 ,后一个阀门提前介入开启 ,进行调节。当前一个阀门完全开启后 ,后一个阀门开启的开度即重叠度。当重叠度过大时 ,机组的节流损失较大 ,经济性较差 , 从而失去顺序阀的作用:当重叠度设置过小时 ,则导致机组的流量特性不连续 , 出现负荷跳变、阀门开度跳变等现象 , 影响机组的一次调频及AGC负荷响应性能。

2. 1 实验条件

(1)机组AGC及一次调频处于退出状态 ,机组运行稳定。

(2)维持炉侧负荷稳定 ,主汽压力、主汽温度、再热压力、再热温度、机组背压、各段抽汽压力等参数相对稳定。

(3)检查高压调阀GV1、GV2、GV3、GV4处于 自动状态。

(4)实验过程中 , 以1.5%的幅度 ,手动增加/减少综合阀位指令。

2.2 升负荷阶段阀门流量特性

机组升负荷阶段采用顺阀控制方式 ,GV1、GV2同时开启 ,GV1、GV2没有调节余量后 ,GV3、GV4依次开启 ,其流量特性曲线如图4所示。

通过升负荷实验得到流量与阀门的关系曲线 , 如图5所示。

从1号机组升降负荷的流量曲线中可以观察到 , 目前的流量曲线和高压调节阀存在以下问题:综合阀位在70%时流量曲线有个拐点 ,其会影响机组AGC响应速度和一 次调频精度 ,在GV3与GV1/GV2的重叠度不变的情况下 ,通过修改顺序阀曲线可以修正流量曲线的线性 , 消除拐点 。机组升负荷综合阀位在8l%且GV1=GV2=l00%、GV3=33.44%时,机组流量有个上升的跳变。

2.3 降负荷阶段阀门流量特性

通过降负荷实验得到流量与阀门的特性曲线 , 如图6所示。

机组降负荷时,综合阀位在79%且GV1=GV2=l00%、 GV3=29 .0%时 , 机组流量也有个下降的跳变 , 怀疑是 GV3阀油动机与阀杆、阀杆与阀头、大阀与预启阀的连接处存在着旷量 ,使调节系统出现死区造成的 ,机组运行到此位置易出现负荷等幅振荡现象 ,如出现此情况 ,应立即降压或升压运行 ,避开此位置。

针对此现象 , 就地对GV3调阀就地LVDT(调阀反馈装置)进行检查 ,发现LVDT与阀门连接良好 ,无松动现象 ,且VP卡上无断线报警信号 , 结合LVDT在其他负荷段的运行状况 , 可以排除GV3调阀就地反馈装置异常的情况[3]。

排除阀门 自身问题后 ,针对升降负荷流量特性曲线 ,对阀门的流量特性曲线进行优化。优化后的曲线如图7所示。

3 效果验证

通过升降负荷实验得到流量与阀位对应曲线 , 如图8所示。

通过实验数据可以看出 , 阀门流量曲线优化后 ,在升负荷过程中 ,综合阀位70%时流量曲线已明显改善 ,不存在拐点:升降负荷时 ,综合阀位80%左右的流量跳变现象也已经消失 , 问题已得到解决。

4 结语

通过优化汽轮机启动阶段高中压缸进汽曲线 , 中压缸外缸温升慢的问题得到了解决:通过优化汽轮机高压调门的流量特性曲线 ,解决了升降负荷过程中流量跳变的问题 。以上问题的解决能够有效提升机组一次调频、AGC性能 ,减少阀门异常摆动 ,提升机组本质安全水平。