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。
一、某300MW機(jī)組的閥門流量特性優(yōu)化試驗(yàn)
2009年4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采用新華公司數(shù)字電液控制系統(tǒng)。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)頻時有比較大的負(fù)荷突變，突變值可達(dá)到30MW或更多，同時引起汽機(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。
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(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.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)整理后如表1所示，其中流量差值指流量指令與計(jì)算流量的差值。從表1中可以看出，當(dāng)目前的流量指令在68%左右、70%～75%、81%～87%這三個區(qū)段時，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，計(jì)算流量的差值從9.3%變化到-4.2%。試驗(yàn)時各流量指令下機(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。
表1 順序閥方式下閥門流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)
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(jì)算
將單閥方式下閥門流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)整理后如表3所示，從表3中可以看出，當(dāng)目前的流量指令在60%～90%之間時與計(jì)算得出的閥門計(jì)算流量之間差值較大，在60%左右時甚至差值達(dá)到了26.8%，特別是目前的流量指令從94%變化到91%時，其與計(jì)算流量的差值從7。7%變化到20.5%，嚴(yán)重影響了控制的穩(wěn)定性。而試驗(yàn)時各流量指令下機(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(shí)際情況相差很大。
表3 單閥方式下閥門流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)
以試驗(yàn)中的計(jì)算流量作為流量指令，經(jīng)過簡化及計(jì)算，保留原有的預(yù)啟開度，我們可以擬合出與實(shí)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(jì)性質(zhì)比較分析
如果機(jī)組在210MW左右負(fù)荷，處于單閥控制方式下，在15.2MPa的主汽壓力下，此時機(jī)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(fù)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(jī)組負(fù)荷可能增加到260MW，增加值達(dá)到50MW，相差過大。由于在機(jī)組投入?yún)f(xié)調(diào)控制時，DEH類似開環(huán)控制，雖然汽機(jī)主控回路可以保持機(jī)組負(fù)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(jī)組在投入一次調(diào)頻后更可能出現(xiàn)大的超調(diào)，影響機(jī)組控制的穩(wěn)汽輪機(jī)閥門特性優(yōu)化辦法的改進(jìn)定性和安全性。
在順序閥控制方式下，如果機(jī)組在180MW左右負(fù)荷，在15.2MPa的主汽壓力下，此時機(jī)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(fù)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(jī)組負(fù)荷可能增加到232MW，增加值達(dá)到52MW，同樣不可避免出現(xiàn)大的超調(diào)。負(fù)荷的超調(diào)同時將引起汽機(jī)軸系振動變化，影響了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
對于一臺機(jī)組來說，如果部分區(qū)段可能發(fā)生負(fù)荷超調(diào)，那么在另一部分區(qū)段比實(shí)際曲線要平緩，該機(jī)組也有相當(dāng)一部分區(qū)段在增加流量指令時基本上沒有負(fù)荷增加，這樣會影響機(jī)組在投入AGC和一次調(diào)頻時的性能。
該機(jī)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(fù)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(fù)荷控制的跟隨性大幅度改善。
由于機(jī)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(jī)組在60%～80%負(fù)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(jī)組在60%～80%負(fù)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(jī)組實(shí)際運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jìn)一步優(yōu)化主汽壓滑壓曲線，在低負(fù)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(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
三、結(jié)論
由于汽機(jī)制造過程中存在的差異，有相當(dāng)多的機(jī)組存在閥門流量特性曲線設(shè)置不合理的情況，有的還嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。同時機(jī)組的調(diào)門進(jìn)行檢修或更換后，都有可能改變原來的特性曲線，需要進(jìn)行一定的再調(diào)整。為提高機(jī)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(jī)組進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。從我們試驗(yàn)和優(yōu)化后的某廠300MW機(jī)組和某廠200MW機(jī)組的應(yīng)用情況看，提高了控制穩(wěn)定性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，值得大力推廣。 |
