摘要：不同的运行方式，不仅引起机组各级压力、温度、效率、流量及各段抽汽量的变化，而且使得锅炉、凝汽器、给水泵等辅助设备的工况也不同。在不同运行方式下，汽轮机组的理想循环热效率、相对内效率以及给水泵功耗不尽相同，从而造成热经济性的差异。本文将重点研究机组定滑压运行优化，寻找最优滑压曲线，提高机组运行经济性。
关键词：600MW；汽轮机组；运行方式；优化
引言：
近年来，600MW及以上火电机组已成为电网的主力机组，其在电网中参加调峰运行已是大势所趋。若机组长时间偏离设计工况运行，会导致运行经济性降低、存在安全隐患等诸多问题。在满足调峰需求的同时，保证机组的安全运行、提高机组运行经济性则成为人们关注的热点问题。汽轮机运行热耗率受通流部分特性、回热系统特性、环境条件、运行参数、高压调门特性以及运行方式等因素的影响。而对于已运行的机组，通流部分特性、运行参数已定，只有运行方式可以人为地改变。
1 汽轮机的节能优化问题
就目前来看，汽轮机的运行方式可以分成是滑压运行和定压运行。但是，在利用定压运行方式的情况下，系统存在着一定的节流损失。而将系统设定为滑压运行，则需要利用锅炉进行机组负荷的调整，继而难以满足电网的快速负荷要求。所以，大多数企业采用了负荷变压运行方式，既定-滑-定压运行方式，即在低负荷阶段采用定压运行，在中负荷阶段采用滑压运行，在高负荷阶段采用定压运行，从而吸取两种运行方式的优点。然而，就目前来看，汽轮机在顺阀运行时的效率比单阀运行要高，但顺阀运行却会出现机组振动增大、轴承温度过高和上下缸温差过大的问题。从热力循环理论对这一问题进行分析可以发现，汽轮机在滑压运行时，进汽阀的节流损失将得到降低，而汽轮机高压缸的焓降则将得到将少、循环热效率降低，继而造成了机组内效率降低。因此，需要综合考虑这些因素，并进行合理的汽轮机滑压运行曲线的设计，才能使机组运行具有更高的经济性。
2 试验研究方案
对于喷嘴配汽的汽轮机组，负荷降低时可以采取以下运行方式：
首先，定压运行方式，即初压不变，其运行方式包括单阀调节和顺序阀调节。单阀调节时阀门同时启闭，节流损失较大，一般只在低负荷或是机组启、停阶段为保证机组安全而使用；顺序阀调节一般在负荷较高时采用，维持初压不变，顺序关小阀门，实现流量和负荷的降低，此时只有一个阀处于节流状态。
其次，滑压运行方式有两种类型：一种是常规滑压，阀门处在全开状态或保持在节流损失最小位置；另一种是阀点滑压，主要考虑在深度滑压时，初压降低较大会导致循环效率下降较多，因而提出2阀点或3阀点滑压运行方式。目前，各机组的基本运行方式是定-滑-定运行方式。汽轮机制造厂一般会根据负荷变化给出定滑压运行曲线，但是在实际运行中，由于回热系统设备运行状况、冬夏季循环水温度变化、厂用蒸汽等因素的影响，机组最优滑压运行曲线必然与厂家提供的运行曲线存在着不同程度的偏离。为了解决上述问题，重新获得最优滑压曲线，需要进行定滑压运行优化研究。国内常用的定滑压曲线测试方法有两种：一种是在各负荷点上，根据经验或设计的滑压运行曲线，选择3个不同的主蒸汽压力，将可能是最好的压力数值安排在中间，由于压力间隔较大，一旦试验结果表明3个主蒸汽压力中，热耗率最小的不是中间的那个压力，则试验就得不到正确的寻优结论；另一种是以阀点为基准，认为负荷相同时热耗率最低点只会出现在阀点位置上，进行定压、常规滑压、2阀点滑压、3阀点滑压工况试验。事实证明，热耗率最低点不一定只出现在阀点位置上。以上试验都认为喷嘴部分进汽不影响非调节级的内效率。而研究表明，部分进汽对高压缸后续流场也会造成影响，并且部分进汽度越小对非调节级影响越大，造成非调节级相对内效率下降，导致机组效率下降。在实际操作过程中，考虑可操作性和安全性，联合使用负荷与阀位基准的概念，在2阀与3阀之间、3阀与4阀之间，提出复合滑压运行方式，保持2阀（或3阀）全开，1个阀门处于节流状态进行滑压，定义为复合滑压工况。
3 应用实例
3.1 推荐测试的负荷
将上述理论运用于某电厂600MW机组运行优化研究，滑压运行在50%～90%额定负荷段。主要考虑在50%以下负荷时，机组处于小流量运行工况，能耗较高，经济性较差；90%负荷以上，采用喷嘴调节方式，经济性差别实际甚小；定压运行循环效率高，经济性较好。参考国内同类试验，并结合该厂实际运行情况及机组在3阀和2阀全开时所能带的最大负荷，试验安排90%、80%、70%、60%、50%等负荷点，拟定以下工况，见表1。
表1 某600MW机组定滑压运行试验工况
3.2 测试内容与测试结果
每个工况的测试内容可以采取ASMEPTC6简化试验方法，准确测量汽轮机组热耗率。为了便于与设计工况和相同负荷下各种运行方式进行比较，对试验热耗率和电功率进行相应修正。根据各试验工况修正后的热耗率和电力功率绘制热耗率与负荷的曲线。曲线一共分为5组，即定压运行曲线、常规滑压运行曲线、3阀点滑压工况曲线、2阀点滑压工况曲线、复合滑压工况曲线。
3.3 最佳定滑压曲线形成
根据上述经济运行方式，即随着负荷的下降，经济运行方式转换是：定压-复合滑压-3阀点-复合滑压-3阀点-2阀点。考虑到试验的精度及该运行方式在操作上存在一定难度，阀门反复启闭会造成操作不便，并可能存在一定的安全隐患，在330～370MW负荷段，3阀点与2阀点滑压运行经济性相差不大，同时为避免阀门的反复启闭，采
用2阀点滑压与300～330MW负荷段一致。最后结合现场可操作性、安全性及相应修正理论得到最佳滑压曲线，见图1（b）。为分析本文所用试验方法与以往试验方法所得到的定滑压性能曲线的不同之处，不包括复合滑压工况的常规最佳定滑压曲线，见图1（a），阀门开度依次为：580MW，定压；540MW，定压；480MW，3阀全开；420MW，3阀全开；360MW，3阀全开；300MW，2阀全开。图1（b）中曲线在420～480MW负荷间的最佳压力并不是直线上升的，而是呈现出近似水平的一段，并且每段斜率也不一样，这与图1（a）中曲线不同，与常规方法相比，该方法得到的滑压曲线更精细，能够准确地找到机组经济运行方式。根据图1（b）中的最佳滑压曲线，可以确定机组在各负荷下的经济运行方式，见表2。
图1 机组定滑压运行曲线
表2 同负荷优化运行方式及阀门开启情况
结束语：
在进行600MW亚临界发电机组汽轮机的节能优化时，可以通过试验得出汽轮机运行压力的优化曲线，然后根据曲线进行汽轮机运行压力的优化调整。而从试验结果可以看出，在负荷小于300MW时，机组可采用定压方式运行。在机组负荷在300MW到410MW和500MW到583MW之间，机组可以采用滑压方式运行。此外，在410MW到500MW和583MW到600MW之间，机组可以采用定压方式运行。而在新的运行曲线下，机组的供电煤耗将得到明显降低。
参考文献：
[1]刘兴晖，任江波，李刚.超临界600MW汽轮机配汽方式优化分析[J].河北电力技术.2013（S1）
[2]邵志跃.600MW超临界汽轮机配汽方式改造[J].浙江电力.2013（10）
[3]王学栋，宫革，陈方高，郑威.超临界660MW汽轮机调门运行方式研究与优化[J].中国电力.2010（09）
论文作者:刘扬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
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