摘要：笔者在下文中主要针对某2×600MW火电机组通流与供热改造案例，对其机组存在的问题、改造规划设想、设计优化、改造施工等内容进行了详尽的论述，以期为广大从业者提供有价值的参考借鉴。
关键词：2×600MW机组；控制策略优化
引言
近年来，2×600MW等级火电机组的装机容量逐步提升，并且火电机组仍旧朝着大容量、高参数的方向发展，然而许多火电厂内的2×600MW等级火电机组都出现了热耗率较高的情况，直接提高了我国火电生产耗能水准。对此，我国《煤电节能减排升级与改造行动计划》（2014-2020）中明确了火电厂2×600MW等级火电机组的改造目标，这既是一个挑战，也是一个降低火电机组耗能的重要机遇。在这样的背景下，我们需要加强对2×600MW火电机组通流与供热改造分析，以为该项工作提供可靠的理论探究。
一、机组现状
某2×600MW火电机组正式投产于2006年11月下旬，截止2011年年底检修、备用停机累计8620h，该机组存在缺陷如下：①高压、中压转子变形；②通流部分各个部间的间距过大，机组的耗能水平较高。高压、中压转子变形、弯曲，幅度超过0.120mm，在B级检修的过程中，为保证机组运作稳定性、安全性，调整汽封间距，从而导致机组的运作效率无法达到初期设置需求；③机组在运作过程中，轴系的震动幅度偏大，在运作过程中时常出现震动超标现象，具体数值为1.120-0.155mm，集中表现在机组启动、停止、负载波动过程中；④高压、中压缸前后的漏气量较大；⑤高压、中压、低压缸体变形，大多集中在缸体喷嘴部分，最大变形达1.5mm；⑥机组叶片受严重腐蚀，并且在检查过程中发现出口区存在气蚀的情况；⑦机组在运作的过程中，调节级后部温度超过设计值，同时调节级喷嘴的通流较大，存在极为严重的节流损失；⑧机组设计中叶片选用斜围带，在运作过程中，机组部件受热膨胀之后，失去本身的密封效果，造成严重泄漏。
二、机组及其供热系统
某电厂一期2X600MW机组供热系统中，4段抽汽为供热主热源，再热冷段作为备用热源。从电厂一期2X600MW机组每台机的再热冷段蒸汽管道止回阀后增加供热分支，在4段抽汽管道上增加供热分支，接到每台机组的压力匹配器。每台机的压力匹配器还设置一个低温再热蒸汽的减压阀旁路，作为压力匹配器的备用供热管路。每台机组低温再热蒸汽管道（额定负荷4.61Mpa，340.2℃）、4段抽汽管道（额定负荷1.0Mpa，379.4℃）根据设计分界处的参数要求，经压力匹配器或者减压器后的蒸汽参数不小于：1.7Mpa，298℃；每台机组最大供热能力120t/h。厂区供热蒸汽母管到电厂围墙分界处的设计最大蒸汽流量200t/h。在每台机组的压力匹配器后设置减温装置，保证到分界点的温度不超过285℃。
三、供热超（超）临界机组协调控制系统模型
供热直流锅炉的协调控制对象模型可简化为一个四输入四输出系统，输入为汽轮机调节阀开度μT（%）、燃料量M（t）、给水流量W（t），压力匹配器调节阀开度U（%），输出为机组电负荷NE（MW）、机前压力PT（MPa）、分离器入口蒸汽温度θ（℃）或焓值H（kJ/kg）、供热负荷NH（MW）。燃料量增大，机组电负荷、压力、温度、供热负荷均增大；汽轮机调节阀开度增大，机组电负荷、供热负荷增大，压力、温度降低；给水流量增大，机组电负荷、压力、供热负荷增大，温度降低；压力匹配器调节阀开度增大，给水流量增大，机组电负荷、压力降低，供热负荷增大。实线为强相关关系，虚线为弱相关关系，在调节系统构建和参数配置时，为简化控制模型将忽略弱相关关系，而利用各强相关关系的不同系数配比来实现不同的协调控制策略。
通过分析纯凝机组在不同负荷下的热力特性发现，汽轮机进汽流量与机组发电负荷存在近似线性关系，对于供热机组，当安装压力匹配器后，进入汽轮机的蒸汽量与机组发电负荷同压力匹配器阀开度的乘积成正比关系，则汽轮机供热抽汽流量描述为：
QH=K5•u•NE（1）
式中：QH为供热抽汽流量，t/h；K5为固定压力匹配器调节阀开度下发电负荷折算抽汽流量的系数，t/（h•MW•%）。调节系统的时域指令模型可表述如下。
汽轮机指令为：
μT=f1（ND）+GPI（k1•ΔNE-k2•ΔPT）+f5（x）•K5•u•NE（2）
燃料指令为：
M=f2（ND）+f3[GPID（k3•ΔNE+k4•ΔPT）]+λGPI（Δθ）+f6（x）•K5•u•NE（3）
给水指令为：
W=f4（ND）+f5[GPID（k3•ΔNE+k4•ΔPT）]+λ′GPI（ΔH）+f7（x）•K5•u•NE（4）
式中：ND为负荷指令；GPI、GPID为调节器算法；k1-k4为负荷-汽轮机压力分量的配比系数；f1（x）为汽轮机前馈函数；f2（x）、f4（x）、f5（x）、f6（x）、f7（x）为超前指令函数；f3（x）和f5（x）为煤水分配函数；λ为焓选择系数；λ′为温度选择系数。对于以锅炉跟随为基础的协调控制系统，量纲等效换算后k1>k2，k3k4；采用焓水控制策略的系统，λ=0，λ′=1；采用分离器入口蒸汽过热度（即分离器入口蒸汽温度减去该点的蒸汽压力对应的饱和温度）控制策略的系统，λ=1，λ′=0。
四、控制策略优化
常规火电机组，采用炉-机-电三者平衡原理对整个热力循环进行控制，即：通过电负荷表征汽轮机机械负荷，作为系统能量需求，锅炉蒸发量作为系统能量供给。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆稳定工况下：锅炉蒸发量=汽机机械功率=发电机负荷，三者平衡，系统稳定。当系统对外供热时，汽机机械功率不等于发电机负荷，若仍采用原先平衡控制策略，会造成三者负荷不平衡，压力失稳，系统状态失衡。因此，需采取能量补偿回路，计算出供热负荷，将其融入三者能量关系内，从而确保系统平衡。
1.供热负荷计算回路
构造供热负荷计算回路，作为供热能量平衡的熱负荷基准。热负荷计算回路：根据抽汽流量生成供热负荷；同时，为避免供热流量频繁波动对锅炉调节产生扰动，该计算回路增加阶梯判断、速率限制、惯性补偿等环节。
2.供热负荷--协调控制回路
1）将计算供热负荷增加至锅炉水、煤、风等回路中，从而将供热能量需求补偿至锅炉能量供给中，当供热需求变化时，锅炉能量（水、煤、风）随时变化，达到供需平衡目的；
2）为了满足供热负荷需求，使锅炉中间点温度的控制偏差较小，将供热负荷控制中的水煤比设置为7：1；
3）在原BTU控制策略中的理论燃料量由机组实发功率转换得到，在投入供热系统后，在理论燃料量中必须增加供热负荷消耗的燃料量，供热负荷对应的燃料量为4t/h蒸汽流量近似对应1MW负荷，1MW负荷对应的燃料量为0.4t/h；
4）由于供热抽汽时机组的再热蒸汽压力以定压的方式控制，而机前蒸汽压力处于滑压控制方式，汽轮机高压缸的做功效率随机组负荷的改变变化很大，因此抽汽供热运行时机组滑压曲线应随供热负荷变化进行修正。
3.设计优化
因为机组的喷嘴加大了一定程度，导致高压内缸的直径也增加了90mm，从而致使喷嘴4颗螺栓和外缸接触。经过优化设计核算之后，在保证强度需求的基础上，适当的车削螺母，同时适当打磨外缸的缸体，避免螺母和缸体接触，保证了安全性。因为原机组外缸存在一定的变形问题，所以导致中压隔板套安装螺栓以及内缸的温度测点无法和外缸实现有效连接，从而导致安装困难，现场根据实际情况对其尺寸进行了有效调整。因为现场不具备对轴向尺寸进行测绘的条件，所以将原机型图纸作为基础，把所有汽封体制造留出了5mm余量，现场转子定位后经过二次加工，顺利安装。
4.改造施工
在施工安装的过程中，考虑到低压转子返厂更改的时间相对比较长，隔板必然会提前到场，所以在揭缸的过程中，充分测量的半实缸、全实缸，综合考虑到了发电机空气间隙、转子扬度、转子中心等等因素，在低压转子到场之前对转子的中心进行了合理的调整，为隔板的安装创造了良好条件。低压转子在返厂的過程中，针对汽缸进行研磨，通过研磨来消除汽缸分面间隙过大的问题，并完成汽封体、低压隔板的有效配置，同时让中压隔板套、高压隔板套就位。
5.改造效果
①机组在改造之后，机组运作热效率得到明显提升，在75%、60%额定功率下的供电煤耗下降了13.5g/（kW•h），并根据额定功率年利用6000小时计算，机组改造后供电煤耗大致可节约2.5万吨；②改造之后成功实现了无煤增容，在75%额定功率的情况下，机组的无煤增容可达5.39%，根据年利用6000小时计算，改造之后的机组在75%额定功率运作条件下，全年大致能够节省2.3万吨煤；③改造之后，机组的额定出力约为315MW，根据机组年满负荷运作5000小时计算，每年该机组约可多发电8000万kW•h。
6.降低污染物的排放量
2×600MW机组集中供热，可以有效降低废渣与废气的排放量，从而实现节能减排的目标。具体体现在以下两方面：第一，降低烟尘和NO。等物质的排放量。锅炉房供热是以往城市供热的主要途径，由于锅炉房中并没有任何除尘设备，致使锅炉房在运行中会产生大量的烟尘，这不利于保护人们赖以生存的环境。而2×600MW设备中包含很多除尘环保性装置，这能够在一定程度上减少烟尘的排放量;第二，减少噪声污染与环境干扰。为了降低噪声强度，供热企业通常会在2×600MW机组设备的使用过程中，为其配备完善的降噪设备，并且为了促使发出的噪声能够符合国家标准，供热企业还通常会在热源生产的过程中，安设各种吸声、消声等装置。由此可见，降低污染物的排放量，也是2×600MW机组集中供热的具体作用。
7.提高设备利用率
在供热的过程中，一般的热电联产机组都具备一定的自动化控制和管理能力。据了解，2×600MW机组的供热能力是非常强的，这对提高热效率来说是有很好的促进作用的。与锅炉房供热方式相比，2×600MW机组不仅可以将设备利用率提高到45%以上，还可以将能源消耗量降低到20%左右。从目前来看，大多数供热企业都不采用锅炉房供热的方式为用户提供热量了，而是逐渐将热电联产机组集中供热这一新的方式作为城市供热的主要手段，这不仅有利于提高设备的利用率，还有利于节约煤炭资源。基于此，供热企业必须对2×600MW机组的应用进行更深层次的研究，以便更好的服务于用户。由此可见，提高设备利用率，同样是2×600MW机组集中供热的具体作用。
结束语
结果表明：供热优化机组协调控制系统满足随机组供热负荷变化的要求；供热状态下，机组电负荷调节过程的锅炉侧主蒸汽压力控制偏差、燃料变化量、水煤比控制、主蒸汽温度等主要运行参数均能满足机组运行的需求，因此，机组的主要控制系统均能够满足自动控制方式下机组电负荷及热负荷控制的要求。
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论文作者:孙蔚
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/11
标签：机组论文; 负荷论文; 蒸汽论文; 压力论文; 火电论文; 汽轮机论文; 转子论文; 《电力设备》2019年第14期论文;