汽輪機閥門流量特性優(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亞臨界機組存在的單閥方式下負荷自發(fā)擾動，順序閥方式下負荷突變等問題進行了閥門流量特性曲線優(yōu)化試驗，提高了機組負荷控制的穩(wěn)定性，同時也取得良好的節(jié)能效果，解決了機組原設(shè)計中閥門流量存在的問題，優(yōu)化的結(jié)果在同類型機組中具有較高的推廣應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：閥門流量特性 優(yōu)化 安全 經(jīng)濟
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1?前言
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。
2?某300MW機組的閥門流量特性優(yōu)化試驗
2007年10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。在單閥方式下，當閥位開度指令在90%時，機組負荷有自發(fā)的波動，功率回路和協(xié)調(diào)不能投入，機組控制困難。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。
2.1?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100％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。記錄機組第一級壓力、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)。
2.2?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)整理后如下表，其中流量差值指流量指令與計算流量的差值。從表中可以看出，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。
流量指令(%) | 機組功率(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
