在當(dāng)前技術(shù)條件的支持下，汽輪機(jī)機(jī)組在不同配氣方式下的運(yùn)行特性也存在一定的差異。這種差異主要體現(xiàn)在汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率、安全性和動(dòng)作響應(yīng)靈活性的實(shí)現(xiàn)上。對(duì)于大型汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，如何提高機(jī)組效率是一項(xiàng)非常困難的任務(wù)。目前常用的方法是通過(guò)改變汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行模式，從單閥控制到順閥控制，從而減少節(jié)流損失，提高機(jī)組效率。將其應(yīng)用于本文所列的大唐寧德電廠2×600MW在機(jī)組優(yōu)化改造中，綜合效益極為突出。本文試圖對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析和說(shuō)明。

1 汽輪機(jī)組基本概況分析

大唐寧德電廠2×600MW機(jī)組由哈爾濱汽輪機(jī)廠有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)CLN600-24.2/566/566超臨界中間再熱、高中壓合缸、單軸三缸四排汽凝汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)啟動(dòng)模式為高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)，0-2900RPM由高壓主門和中壓調(diào)門控制，轉(zhuǎn)速達(dá)到2900RPM切換到高壓調(diào)門和中壓調(diào)門，控制升速、并網(wǎng)和負(fù)載。機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行模式：固定滑動(dòng)固定運(yùn)行，高中壓力缸聯(lián)合啟動(dòng)；主閥前額定蒸汽壓力：24.2MPa（a）；前額定蒸汽溫度為566℃。600大唐寧德電廠MW汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)配備了哈爾濱汽輪機(jī)控制工程有限公司成套的高壓耐燃油數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱DEH），其電子設(shè)備采用上海西屋控制系統(tǒng)有限公司OVATION液壓系統(tǒng)采用高壓耐燃油EH裝置。

2 汽輪機(jī)高壓主氣門和高中調(diào)門閥問(wèn)題分析

2.1 汽輪機(jī)高壓主氣門運(yùn)行中存在的問(wèn)題分析

大唐寧德電廠涉及的2×600MW對(duì)于汽輪機(jī)機(jī)組，高壓主氣門位置最關(guān)鍵的問(wèn)題是單側(cè)高壓主氣門關(guān)閉異常。實(shí)踐研究結(jié)果表明，這種異常關(guān)閉故障對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組的正常運(yùn)行影響極其嚴(yán)重，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組的非計(jì)劃停機(jī)。當(dāng)大唐寧德電廠汽輪機(jī)高壓主氣門異常關(guān)閉時(shí)，鍋爐反應(yīng)裝置蒸汽壓力實(shí)時(shí)參數(shù)將顯著突然上升，導(dǎo)致給水泵裝置輸出不足，導(dǎo)致汽輪機(jī)機(jī)組和發(fā)電機(jī)裝置連續(xù)跳躍。這些問(wèn)題不僅在于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的故障，而且還受到汽輪機(jī)高壓主氣門預(yù)設(shè)參數(shù)的影響。優(yōu)化這部分曲線參數(shù)是非常關(guān)鍵的。

2.2 汽輪機(jī)高中調(diào)門閥運(yùn)行問(wèn)題分析

對(duì)于汽輪機(jī)組高中閥門部件，高中閥門部件可以說(shuō)是整個(gè)汽輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行安全和運(yùn)行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，高中閥門調(diào)節(jié)質(zhì)量在一定程度上直接關(guān)系到整個(gè)汽輪機(jī)組實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和汽輪機(jī)組負(fù)荷控制的穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段，通過(guò)實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)大唐寧德電廠涉及2×600MW在汽輪機(jī)機(jī)組中，高中調(diào)門閥在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)明顯而嚴(yán)重的擺動(dòng)問(wèn)題。這種嚴(yán)重?cái)[動(dòng)現(xiàn)象的持續(xù)存在，必然會(huì)使整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組的負(fù)載參數(shù)顯著增加，這也可能導(dǎo)致門體和EH油波動(dòng)呈同步趨勢(shì)，在此作用下，由于彈簧裝置疲勞運(yùn)行，汽輪機(jī)組高壓調(diào)門斷裂。同時(shí)，彈簧斷裂問(wèn)題的產(chǎn)生也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)汽輪機(jī)組在正常運(yùn)行狀態(tài)下的調(diào)速系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間顯著增加，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致整個(gè)汽輪機(jī)組處于超速運(yùn)行狀態(tài)。從這個(gè)角度來(lái)看，優(yōu)化這部分曲線參數(shù)也是極其必要和關(guān)鍵的。

3 單閥/順序閥控制原理

從汽輪機(jī)單閥/順序閥開(kāi)關(guān)的行為目的來(lái)看，通過(guò)單閥/順序閥控制需要實(shí)現(xiàn)的是整個(gè)汽輪機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和相應(yīng)的動(dòng)作及時(shí)性。本質(zhì)上，單閥/順序閥控制功能的實(shí)現(xiàn)需要借助噴嘴節(jié)流配汽和噴嘴配汽開(kāi)關(guān)過(guò)程中的無(wú)擾動(dòng)處理，這也是單閥控制和順序閥控制動(dòng)作開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)操作的核心。在此過(guò)程中，在變載過(guò)程中，部分負(fù)載經(jīng)濟(jì)性實(shí)現(xiàn)與均勻加熱處理的矛盾也可以有效地聯(lián)系和控制。一方面，從單閥控制的角度來(lái)看，蒸汽可以在單閥控制的作用下通過(guò)高壓調(diào)節(jié)閥裝置和噴嘴室在360°全周轉(zhuǎn)移到調(diào)節(jié)葉片反應(yīng)過(guò)程中，以確保調(diào)節(jié)葉片加熱處理的均勻性。顯然，與調(diào)節(jié)葉片應(yīng)力分布的改進(jìn)和優(yōu)化相比，這是非常明顯的，整個(gè)汽輪機(jī)組的負(fù)荷狀態(tài)也可以實(shí)現(xiàn)更快的反應(yīng)和執(zhí)行。然而，在整個(gè)汽輪機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下，所有調(diào)節(jié)閥裝置都處于開(kāi)啟狀態(tài)，單閥控制應(yīng)用過(guò)程中存在較大的節(jié)流損失。另一方面，從順序閥控制的角度來(lái)看，主要是按照預(yù)設(shè)的方式逐一打開(kāi)和關(guān)閉調(diào)節(jié)閥裝置。蒸汽在通過(guò)調(diào)節(jié)閥安裝在噴嘴室的過(guò)程中表現(xiàn)為部分進(jìn)氣形式，顯著控制了整個(gè)汽輪機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的節(jié)流損失，在此基礎(chǔ)上有效提高了整個(gè)汽輪機(jī)組的運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于低參數(shù)下的變負(fù)荷運(yùn)行，單閥的應(yīng)用可以有效控制整個(gè)汽輪機(jī)組的熱膨脹問(wèn)題，合理緩解機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下的熱應(yīng)力問(wèn)題，有效延長(zhǎng)整個(gè)汽輪機(jī)組在正常狀態(tài)下的使用壽命。同時(shí)，對(duì)于額定參數(shù)下變負(fù)荷運(yùn)行的汽輪機(jī)組，考慮到電廠運(yùn)行管理對(duì)汽輪機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)關(guān)注的實(shí)際情況，在合理降低節(jié)流損失的基礎(chǔ)上，選擇控制閥的實(shí)際情況。

假設(shè)在閥門切換過(guò)程中，蒸汽機(jī)的運(yùn)行條件穩(wěn)定，即真空和主蒸汽參數(shù)不變，不考慮抽汽的影響，蒸汽機(jī)的負(fù)荷僅由蒸汽流量決定，每個(gè)調(diào)節(jié)閥控制的流量?jī)H與閥門開(kāi)度有關(guān)，因此可以認(rèn)為蒸汽機(jī)的負(fù)荷進(jìn)入只是閥門開(kāi)度的單函數(shù)。閥門開(kāi)度用汽機(jī)負(fù)荷表示。

單閥方式：

順序閥模式：

在任何狀態(tài)下切換單閥/順序閥:

切換過(guò)程中單閥/順序閥模式和負(fù)載不受干擾的，

即：

由于四個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)相似，理想情況下完全相同，閥門開(kāi)度與流量成正比，即閥門開(kāi)度與蒸汽機(jī)負(fù)荷成正比。

則：

因此，滿足閥門無(wú)擾切換的條件如下：

顯然，這個(gè)問(wèn)題有很多解決方案。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，可以設(shè)置邊界條件

♂

最簡(jiǎn)單的解決方案是滿足邊界條件

其中：k_a稱為單閥系數(shù)，k_b稱為順序閥系數(shù)。

當(dāng)閥門處于單閥模式時(shí)：k_a=1，k_b=0。

當(dāng)閥門處于順序閥模式時(shí)：k_a=0，k_b=1.當(dāng)閥門處于切換中間時(shí)：0k_a＜1，0＜k_b＜1且k_a    k_b=1。

從汽輪機(jī)閥門裝置的實(shí)際操作和切換動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)來(lái)看，上述各種假設(shè)條件的實(shí)現(xiàn)存在很大的難度和局限性。從這個(gè)角度來(lái)看，在整個(gè)汽輪機(jī)閥門裝置的實(shí)際切換動(dòng)作過(guò)程中，負(fù)荷擾動(dòng)的產(chǎn)生是不可避免的。但現(xiàn)階段閉環(huán)控制裝置的引入和應(yīng)用，可以顯著改善汽輪機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)荷擾動(dòng)問(wèn)題。從這個(gè)角度來(lái)看，如果整個(gè)汽輪機(jī)組的運(yùn)行投入功率閉環(huán)回路，當(dāng)實(shí)際功率參數(shù)與負(fù)載設(shè)定值參數(shù)之間的差值高于4%時(shí)，汽輪機(jī)組的閥門裝置將自動(dòng)切換到停止?fàn)顟B(tài)；同時(shí)，當(dāng)整個(gè)汽輪機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)精度高于3%或以上時(shí)，機(jī)組的閥門裝置可以自動(dòng)切換到恢復(fù)狀態(tài)?；谝陨戏治?，不難總結(jié):如果在汽輪機(jī)組切換過(guò)程中采用功率閉環(huán)裝置，則應(yīng)始終將功率壓力控制在1%以上；.在5%的參數(shù)范圍內(nèi)。在此過(guò)程中，汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下的工況參數(shù)直接關(guān)系到運(yùn)行系統(tǒng)的負(fù)載擾動(dòng)。

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600大唐寧德電廠MW汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟順序?yàn)镚V#1/GV#2→GV#3→GV#4，即GV#1和GV#同時(shí)打開(kāi)，然后是GV#3、GV#4最后開(kāi)啟。關(guān)閉順序與此相反。單閥/順序閥切換時(shí)間為2分鐘（可調(diào)）。

當(dāng)單閥向順序閥切換或閥門處于順序閥模式時(shí)，如果汽機(jī)跳閘或出現(xiàn)任何問(wèn)題GV在緊急情況下，如果實(shí)際閥位與閥定位卡的閥位指令偏差大于設(shè)定的限值，則強(qiáng)制將閥放置在單閥模式中。在這種情況下，強(qiáng)制單閥可以減少負(fù)荷干擾。汽輪機(jī)主閥和調(diào)節(jié)閥自動(dòng)固定后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量DCS操作端給出99%的指令，使閥門行程收縮，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果滿度LVDT修正值，以GV以3順閥曲線為例，優(yōu)化后的參數(shù)與初始參數(shù)進(jìn)行比較，如圖1所示。

根據(jù)三菱原有的運(yùn)行曲線，即機(jī)組在額定工況下綜合閥位與高調(diào)門的關(guān)系曲線，綜合閥位量程為-20%至 120%，分別對(duì)應(yīng)DEH對(duì)應(yīng)于0%至100%的綜合閥位，如圖2所示。MW負(fù)荷時(shí)GV3開(kāi)度為22.33%。GV3開(kāi)度GVh=135X22.33%=30.145mm。對(duì)應(yīng)的綜合閥位可根據(jù)曲線計(jì)算：H=100 4X（30.145-28.5）（/55-28.5）=100.062%。

圖1 GV3順閥曲線

圖2 三菱綜合閥與高調(diào)門的關(guān)系曲線

5 結(jié)論

從計(jì)算數(shù)據(jù)可以得出，經(jīng)過(guò)此次優(yōu)，3#機(jī)組基本達(dá)到設(shè)計(jì)值。從我們測(cè)試和優(yōu)化后的應(yīng)用來(lái)看，控制穩(wěn)定性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性都有所提高，值得大力推廣。(注:額定工況600MW高壓缸進(jìn)氣流量為165（T/h））。