汽輪機(jī)閥門流量特性優(yōu)化對其安全性
作者：李勁柏 劉復(fù)平
評論： 更新日期：2015年09月26日
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摘??要：針對某國產(chǎn)300MW亞臨界機(jī)組存在的單閥方式下負(fù)荷自發(fā)擾動，順序閥方式下負(fù)荷突變等問題進(jìn)行了閥門流量特性曲線優(yōu)化試驗(yàn)，提高了機(jī)組負(fù)荷控制的穩(wěn)定性，同時(shí)也取得良好的節(jié)能效果，解決了機(jī)組原設(shè)計(jì)中閥門流量存在的問題，優(yōu)化的結(jié)果在同類型機(jī)組中具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：閥門流量特性 優(yōu)化 安全 經(jīng)濟(jì)
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1?前言
目前火力發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)大部分采用DEH?控制，?DEH系統(tǒng)提供閥門管理和單閥/順序閥切換功能。在單閥方式下，高調(diào)門保持相同開度，汽輪機(jī)全周進(jìn)汽，有利于汽輪機(jī)本體均勻受力受熱，但低負(fù)荷時(shí)節(jié)流嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)性差。在順序閥的方式下，高調(diào)門按照一定的順序開啟，通過減少調(diào)門開度過低造成的節(jié)流損失，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。
閥門流量特性曲線就是閥門開度與通過閥門的蒸汽流量的對應(yīng)關(guān)系，DEH系統(tǒng)閥門流量特性曲線是如果與實(shí)際閥門流量相差較大，在機(jī)組變負(fù)荷和一次調(diào)頻時(shí)，可能出現(xiàn)負(fù)荷突變和調(diào)節(jié)緩慢的問題，造成機(jī)組控制困難，影響了機(jī)組的安全性和變負(fù)荷能力。在順序閥方式下，如果調(diào)節(jié)閥門重疊度設(shè)置不合理，也會影響機(jī)組投入順序閥的經(jīng)濟(jì)性。
通過對DEH系統(tǒng)閥門流量特性進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算出切合機(jī)組實(shí)際情況的閥門流量特性曲線，使機(jī)組在單閥／順序閥切換過程更平穩(wěn)，負(fù)荷擾動更小，主汽溫度、主汽壓力等參數(shù)更為穩(wěn)定，瓦溫、振動能夠得到一定的改善，增強(qiáng)機(jī)組變負(fù)荷和一次調(diào)頻的能力，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和控制的穩(wěn)定性。
2?某300MW機(jī)組的閥門流量特性優(yōu)化試驗(yàn)
2007年10月，我們對某電廠300MW機(jī)組進(jìn)行了DEH系統(tǒng)閥門流量特性優(yōu)化試驗(yàn)。該機(jī)組是東方電氣集團(tuán)公司提供的300MW亞臨界機(jī)組，DEH采用ABB北京貝利公司與INFI-90分散控制系統(tǒng)軟硬件一體化的ETSI。該機(jī)組在投入運(yùn)行后存在的主要問題是順序閥方式下變負(fù)荷和一次調(diào)頻時(shí)有比較大的負(fù)荷突變，突變值可達(dá)到30MW或更多，同時(shí)引起汽機(jī)軸系振動變化，負(fù)荷突變區(qū)在200MW左右，正是機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的主要工作區(qū)域，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。在單閥方式下，當(dāng)閥位開度指令在90%時(shí)，機(jī)組負(fù)荷有自發(fā)的波動，功率回路和協(xié)調(diào)不能投入，機(jī)組控制困難。在這種情況下，決定進(jìn)行閥門流量特性優(yōu)化試驗(yàn)，使機(jī)組根據(jù)優(yōu)化整定后的閥門流量特性曲線進(jìn)行單閥／順序閥管理，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和控制的穩(wěn)定性。
2.1?試驗(yàn)過程
閥門流量特性優(yōu)化試驗(yàn)分順序閥和單閥兩種方式下進(jìn)行。在順序閥方式下，DEH開環(huán)控制，機(jī)組開始負(fù)荷在190MW左右，控制主汽壓力在15.4MPa左右，CV3、CV4閥全關(guān)，此時(shí)閥門流量總指令值約68%。以0.3％～2％一級的速度增加閥門流量總指令（每增加一級后，穩(wěn)定1～2分鐘，以保持主汽壓的穩(wěn)定）直到CV3、CV4閥全開，流量指令為100％的工況。然后進(jìn)行單閥／順序閥切換。切換后，在單閥方式下，以0.3％～2％一級的速度減少閥門流量總指令（每減少一級后，穩(wěn)定1～2分鐘，以保持主汽壓的穩(wěn)定）直到機(jī)組負(fù)荷為180MW左右時(shí)結(jié)束試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中保持主汽壓、主汽溫度、真空的相對穩(wěn)定。記錄機(jī)組第一級壓力、主汽壓力、CV1～4閥后壓力、發(fā)電機(jī)功率、CV1～4閥位、閥位指令、負(fù)荷指令等參數(shù)。
2.2?順序閥方式下閥門流量特性的優(yōu)化計(jì)算
將順序閥方式下閥門流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)整理后如下表，其中流量差值指流量指令與計(jì)算流量的差值。從表中可以看出，當(dāng)目前的流量指令在68％左右、70％～75％、81％～87％這三個(gè)區(qū)段時(shí)，與計(jì)算得出的閥門計(jì)算流量之間差值較大，特別是流量指令從68％變化到72.1％時(shí)，計(jì)算流量的差值從9.3％變化到-4.2％。試驗(yàn)時(shí)各流量指令下機(jī)組負(fù)荷占額定功率的比值，與計(jì)算得出的閥門計(jì)算流量比較接近，與目前的流量指令相差較大。這充分說明了目前的順序閥控制方式下閥門流量特性曲線與實(shí)際情況嚴(yán)重不吻合，存在優(yōu)化空間。
流量指令(%) | 機(jī)組功率(MW) | 主汽壓力(MPa) | 調(diào)節(jié)級 壓力(MPa) | CV1、2 指令(%) | CV3 指令(%) | CV4 指令(%) | 計(jì)算流量(%) | 流量差值(%) |
68.0 | 184.4 | 15.411 | 7.450 | 39.2 | 0.1 | -0.2 | 58.7 | 9.3 |
68.2 | 188.7 | 15.354 | 7.674 | 40.3 | 0.6 | -0.2 | 60.7 | 7.5 |
68.6 | 199.6 | 15.504 | 8.252 | 42.8 | 1.8 | -0.2 | 64.6 | 4 |
69.2 | 214.8 | 15.617 | 8.851 | 45.8 | 3.3 | -0.2 | 68.8 | 0.4 |
70.1 | 225.3 | 15.630 | 9.311 | 51.0 | 6.0 | -0.2 | 72.3 | -2.2 |
71.1 | 232.0 | 15.379 | 9.478 | 56.5 | 8.5 | -0.2 | 74.8 | -3.7 |
72.1 | 237.0 | 15.421 | 9.686 | 62.1 | 11.0 | -0.2 | 76.3 | -4.2 |
73.1 | 237.8 | 15.379 | 9.762 | 67.2 | 11.4 | 0.0 | 77.1 | -4 |
75.1 | 241.9 | 15.298 | 9.846 | 78.7 | 12.1 | 0.0 | 78.1 | -3 |
77.1 | 244.9 | 15.454 | 9.990 | 88.7 | 12.8 | 0.0 | 78.5 | -1.4 |
79.1 | 247.3 | 15.548 | 10.080 | 98.0 | 13.7 | 0.0 | 78.7 | 0.4 |
81.1 | 246.4 | 15.561 | 10.084 | 98.0 | 15.6 | 0.0 | 78.7 | 2.4 |
83.1 | 247.3 | 15.454 | 10.152 | 98.0 | 18.2 | 0.0 | 79.8 | 3.3 |
85.1 | 250.8 | 15.292 | 10.292 | 98.0 | 20.5 | 0.0 | 81.7 | 3.4 |
87.1 | 257.7 | 15.304 | 10.631 | 98.0 | 24.3 | 0.0 | 84.3 | 2.8 |
88.1 | 275.3 | 15.461 | 11.319 | 98.0 | 32.6 | 9.9 | 88.9 | -0.8 |
88.5 | 280.4 | 15.461 | 11.557 | 98.0 | 36.0 | 10.0 | 90.8 | -2.3 |
90.5 | 283.0 | 15.398 | 11.720 | 98.0 | 56.3 | 11.0 | 92.4 | -1.9 |
92.5 | 284.6 | 15.392 | 11.765 | 98.0 | 84.2 | 12.3 | 92.8 | -0.3 |
95.0 | 285.8 | 15.411 | 11.844 | 98.0 | 98.0 | 16.1 | 93.3 | 1.7 |
97.0 | 287.2 | 15.173 | 11.924 | 98.0 | 98.0 | 21.4 | 95.4 | 1.6 |
98.0 | 288.7 | 15.066 | 12.016 | 98.0 | 98.0 | 25.9 | 96.8 | 1.2 |
99.0 | 290.0 | 14.960 | 12.137 | 98.0 | 98.0 | 34.0 | 98.5 | 0.5 |
100.0 | 294.2 | 14.972 | 12.332 | 98.0 | 98.0 | 98.0 | 100.0 | 0 |
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根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過合理簡化、投影計(jì)算及選取合適的重疊度，我們擬合出與實(shí)際情況較吻合的順序閥方式下優(yōu)化后閥門流量特性函數(shù)如下表，優(yōu)化前后閥門特性曲線圖對比如圖1所示。
流量指令(%) | CV1、CV2指令(%) | 流量指令(%) | CV3指令(%) | 流量指令(%) | CV4指令(%) |
0.0 | 0.0 | 76.3 | 0.0 | 91.6 | 0.0 |
0.1 | 9.5 | 78.1 | 11.0 | 92.4 | 9.5 |
11.4 | 13.4 | 78.7 | 13.4 | 93.3 | 16.1 |
23.3 | 17.3 | 84.3 | 24.3 | 96.8 | 25.9 |
58.7 | 39.2 | 88.9 | 32.6 | 98.5 | 34.0 |
68.8 | 45.8 | 90.8 | 36.0 | 99.2 | 37.0 |
72.3 | 51.0 | 92.4 | 56.3 | 99.7 | 47.3 |
74.8 | 56.5 | 92.8 | 84.2 | 100.0 | 100.0 |
76.3 | 62.1 | 93.3 | 100.0 | ? | ? |
78.1 | 78.7 | 100.0 | 100.0 | ? | ? |
78.7 | 100.0 | ? | ? | ? | ? |
100.0 | 100.0 | ? | ? | ? | ? |
圖1???順序閥方式下閥門流量原特性曲線與新特性曲線對比圖
