目前火力發(fā)電機組汽輪機大部分采用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，汽輪機全周進汽，有利于汽輪機本體均勻受力受熱，但低負荷時節(jié)流嚴重，經(jīng)濟性差。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，提高機組的經(jīng)濟效益。
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際閥門流量相差較大，在機組變負荷和一次調(diào)頻時可能出現(xiàn)負荷突變和調(diào)節(jié)緩慢的問題，造成機組控制困難，影響了機組的安全性和變負荷能力。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組投入順序閥的經(jīng)濟性。
通過對DEH系統(tǒng)閥門流量特性進行優(yōu)化，計算出切合機組實際情況的閥門流量特性曲線，使機組在單閥／順序閥切換過程更平穩(wěn)，負荷擾動更小，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，增強機組變負荷和一次調(diào)頻的能力，提高機組運行的經(jīng)濟性和控制的穩(wěn)定性。
一、某300MW機組的閥門流量特性優(yōu)化試驗
2009年4月，我們對某電廠300MW機組進行了DEH系統(tǒng)閥門流量特性優(yōu)化試驗。該機組是東方電氣集團公司提供的300MW亞臨界機組，DEH采用新華公司數(shù)字電液控制系統(tǒng)。該機組在投入運行后存在的主要問題是順序閥方式下變負荷和一次調(diào)頻時有比較大的負荷突變，突變值可達到30MW或更多，同時引起汽機軸系振動變化，負荷突變區(qū)在200MW左右，正是機組低負荷運行的主要工作區(qū)域，嚴重影響了機組的安全性和經(jīng)濟性。在這種情況下，決定進行閥門流量特性優(yōu)化試驗，使機組根據(jù)優(yōu)化整定后的閥門流量特性曲線進行單閥／順序閥管理，提高機組運行的經(jīng)濟性和控制的穩(wěn)定性。
1.試驗過程
閥門流量特性優(yōu)化試驗分順序閥和單閥兩種方式下進行。在順序閥方式下，DEH開環(huán)控制，機組開始負荷在190MW左右，控制主汽壓力在15。4MPa左右，CV3、CV4閥全關(guān)，此時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，流量指令為的工況。然后進行單閥／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）直到機組負荷為180MW左右時結(jié)束試驗，試驗過程中保持主汽壓、主汽溫度、真空的相對穩(wěn)定。記錄機組級壓力、主汽壓力、CV1～4閥后壓力、發(fā)電機功率、CV1～4閥位、閥位指令、負荷指令等參數(shù)。
2.順序閥方式下閥門流量特性的優(yōu)化計算
將順序閥方式下閥門流量特性試驗數(shù)據(jù)經(jīng)整理后如表1所示，其中流量差值指流量指令與計算流量的差值。從表1中可以看出，當目前的流量指令在68%左右、70%～75%、81%～87%這三個區(qū)段時，與計算得出的閥門計算流量之間差值較大，特別是流量指令從68%變化到72.1%時，計算流量的差值從9.3%變化到-4.2%。試驗時各流量指令下機組負荷占額定功率的比值，與計算得出的閥門計算流量比較接近，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際情況嚴重不吻合，存在優(yōu)化空間。
表1 順序閥方式下閥門流量特性試驗數(shù)據(jù)
根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過合理簡化、投影計算及選取合適的重疊度，我們擬合出與實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)如表2所示，優(yōu)化前后閥門特性曲線圖對比如圖1所示。
表2 順序閥方式下優(yōu)化后閥門流量特性函數(shù)表
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
3.單閥方式下閥門流量特性的優(yōu)化計算
將單閥方式下閥門流量特性試驗數(shù)據(jù)經(jīng)整理后如表3所示，從表3中可以看出，當目前的流量指令在60%～90%之間時與計算得出的閥門計算流量之間差值較大，在60%左右時甚至差值達到了26.8%，特別是目前的流量指令從94%變化到91%時，其與計算流量的差值從7。7%變化到20.5%，嚴重影響了控制的穩(wěn)定性。而試驗時各流量指令下機組負荷占額定功率的比值，與計算得出的閥門計算流量也比較接近，與目前的流量指令相差較大。這充分說明了目前的單閥控制方式下閥門流量特性曲線與實際情況相差很大。
表3 單閥方式下閥門流量特性試驗數(shù)據(jù)
以試驗中的計算流量作為流量指令，經(jīng)過簡化及計算，保留原有的預啟開度，我們可以擬合出與實際情況較吻合的單閥方式下新閥門流量特性函數(shù)如表4所示，新閥門特性曲線圖與原閥門特性曲線圖的對比如圖2所示。
表4 單閥方式下新閥門流量特性函數(shù)
圖2 單閥方式下閥門流量原特性曲線與新特性曲線對比圖
二、閥門流量特性優(yōu)化后安全性和經(jīng)濟性質(zhì)比較分析
如果機組在210MW左右負荷，處于單閥控制方式下，在15.2MPa的主汽壓力下，此時機組的流量指令在91%左右，在原特性曲線的情況下，如果要求增加9MW負荷，也就是3%的流量指令，在DEH開環(huán)控制下，流量指令將增加到94%左右，此時機組負荷可能增加到260MW，增加值達到50MW，相差過大。由于在機組投入?yún)f(xié)調(diào)控制時，DEH類似開環(huán)控制，雖然汽機主控回路可以保持機組負荷一定的穩(wěn)定性，但也不可避免出現(xiàn)大的超調(diào)。如果機組在投入一次調(diào)頻后更可能出現(xiàn)大的超調(diào)，影響機組控制的穩(wěn)汽輪機閥門特性優(yōu)化辦法的改進定性和安全性。
在順序閥控制方式下，如果機組在180MW左右負荷，在15.2MPa的主汽壓力下，此時機組的流量指令在68%左右，在原特性曲線的情況下如果要求增加9MW負荷，也就是3%的流量指令，在DEH開環(huán)控制下，流量指令將增加到71%左右，此時機組負荷可能增加到232MW，增加值達到52MW，同樣不可避免出現(xiàn)大的超調(diào)。負荷的超調(diào)同時將引起汽機軸系振動變化，影響了機組的安全經(jīng)濟運行。
對于一臺機組來說，如果部分區(qū)段可能發(fā)生負荷超調(diào)，那么在另一部分區(qū)段比實際曲線要平緩，該機組也有相當一部分區(qū)段在增加流量指令時基本上沒有負荷增加，這樣會影響機組在投入AGC和一次調(diào)頻時的性能。
該機組采用優(yōu)化后的閥門流量特性曲線后，控制的穩(wěn)定性明顯改善，負荷的穩(wěn)定也使鍋爐的燃燒更加穩(wěn)定，以前一直不能投入的一次調(diào)頻也能夠正常投入了，AGC負荷控制的跟隨性大幅度改善。
由于機組只有在順序閥方式下才存在通過閥門流量特性曲線改變節(jié)能的情況。順序閥控制方式下，機組在60%～80%負荷下的閥門開度情況如表5所示。
表5 順序閥控制方式下機組在60%～80%負荷下的閥門開度情況
在原特性曲線的情況下，從180MW～240MW區(qū)段都存在三個調(diào)門節(jié)流的情況，機組實際運行中為了避開流量突變區(qū)，一般選擇在CV1、CV2開度62%、CV3開度11%的工況下變壓運行（在其他工況下，由于調(diào)門節(jié)流存在軸系振動不穩(wěn)定的情況）。在新的特性曲線的情況下，通過減少CV1、CV2和CV3的重疊度，一般只選擇在CV1、CV2開度比較大，CV3全關(guān)的工況運行，減少了一個調(diào)門節(jié)流，加上在新的特性曲線下可以進一步優(yōu)化主汽壓滑壓曲線，在低負荷下可以減少2g/KWh的煤耗（包括通過優(yōu)化主汽壓滑壓等措施），具有相當可觀的經(jīng)濟效益。
三、結(jié)論
由于汽機制造過程中存在的差異，有相當多的機組存在閥門流量特性曲線設(shè)置不合理的情況，有的還嚴重影響了機組的安全經(jīng)濟運行。同時機組的調(diào)門進行檢修或更換后，都有可能改變原來的特性曲線，需要進行一定的再調(diào)整。為提高機組AGC和一次調(diào)頻的性能和節(jié)能降耗，閥門需要對這些機組進行優(yōu)化試驗。從我們試驗和優(yōu)化后的某廠300MW機組和某廠200MW機組的應(yīng)用情況看，提高了控制穩(wěn)定性和運行經(jīng)濟性，值得大力推廣。 |
