600 MW超臨界機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能的分析與改進(jìn)

張敏敏，李甄斌，孫永平

（1.浙能樂清發(fā)電有限公司，浙江 樂清 325609；2.浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

0 引言

火力發(fā)電機(jī)組在并網(wǎng)運(yùn)行過程中需接受電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)度，因此機(jī)組一直處于變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。隨著負(fù)荷的下降，汽輪機(jī)的運(yùn)行效率逐步下降，而廠用電率卻明顯增加，機(jī)組供電煤耗率逐步上升。

對一臺600 MW超臨界機(jī)組進(jìn)行實際試驗得出的機(jī)組供電煤耗率隨負(fù)荷變化結(jié)果表明：機(jī)組在600～450 MW負(fù)荷區(qū)間時，供電煤耗率隨負(fù)荷減小而增大的速率較小，而低于450 MW負(fù)荷時，供電煤耗率的上升速率較快。因此如何提高機(jī)組低負(fù)荷狀態(tài)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能，對降低機(jī)組發(fā)電成本、減輕煤價上漲壓力具有十分重要的意義。

1 “順序閥”與“單閥”運(yùn)行方式比較

按照制造廠的要求，某600 MW超臨界汽輪機(jī)在首次啟動的半年內(nèi)，需按照全周進(jìn)汽的“單閥”方式運(yùn)行，由4只高壓調(diào)門同時啟閉來實現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)，以確保汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級能處于全周進(jìn)汽狀態(tài)。采取這一特殊運(yùn)行方式時，機(jī)組在低負(fù)荷或變負(fù)荷運(yùn)行階段就會出現(xiàn)4只調(diào)門都處于深度節(jié)流的運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)高壓缸效率，對機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生極為不利的影響。

為了驗證汽輪機(jī)在“順序閥”方式與“單閥”方式的實際運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差異，進(jìn)行了性能對比試驗。表1為試驗得出的各典型負(fù)荷工況點的汽輪發(fā)電機(jī)組熱耗率數(shù)值。從表中所列的兩種機(jī)組運(yùn)行方式所對應(yīng)的熱耗率試驗結(jié)果來看，機(jī)組負(fù)荷從600 MW逐步降低至300 MW的過程中，兩種運(yùn)行方式下的機(jī)組熱耗率之差從49 kJ/kWh逐步增加至172 kJ/kWh。

由此表明，機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷越低，汽輪機(jī)采用“順序閥”方式的經(jīng)濟(jì)性收益就越大。在600～300 MW的降負(fù)荷范圍內(nèi)，“順序閥”方式的機(jī)組熱耗率可以比“單閥”方式相對降低約0.6%～2.0%。

表1 兩種運(yùn)行方式的機(jī)組熱耗率試驗比較結(jié)果

根據(jù)表1中兩種不同的汽輪機(jī)運(yùn)行方式所對應(yīng)的各負(fù)荷點機(jī)組熱耗率數(shù)據(jù)，結(jié)合這些負(fù)荷工況下的鍋爐效率、廠用電率等試驗結(jié)果，計算得出機(jī)組供電煤耗率數(shù)值，并繪制出如圖1所示的機(jī)組供電煤耗率隨機(jī)組負(fù)荷變化曲線。

圖1 兩種運(yùn)行方式的機(jī)組供電煤耗率變化曲線

由圖1可見，機(jī)組在600 MW額定負(fù)荷時供電煤耗率之差約為2 g/kWh；而降負(fù)荷至300 MW負(fù)荷時，機(jī)組供電煤耗率之差將擴(kuò)大至7 g/kWh。由此可知，若是將單閥運(yùn)行方式及時切換至順序閥方式，則在300～600 MW負(fù)荷范圍內(nèi)的機(jī)組供電煤耗率可降低約2～7 g/kWh，平均降低為4.7 g/kWh左右，節(jié)能效果十分顯著。

2 “順序閥”切換問題及處理

機(jī)組在投產(chǎn)滿半年后，欲將高壓調(diào)門控制方式由“單閥”運(yùn)行切至“順序閥”運(yùn)行。由于汽輪機(jī)切換至“順序閥”運(yùn)行時出現(xiàn)2號軸承瓦溫偏高問題，未能實現(xiàn)性能最佳的“順序閥”運(yùn)行方式。

為此，對機(jī)組不能成功切換順序閥問題進(jìn)行診斷分析，認(rèn)為主要是由于軸系偏離設(shè)計要求所致。當(dāng)蒸汽進(jìn)入汽缸后，除在調(diào)節(jié)級葉輪上產(chǎn)生力偶外，還產(chǎn)生一個通過轉(zhuǎn)子中心的力，當(dāng)采用“順序閥”運(yùn)行時，部分進(jìn)汽的作用力將使轉(zhuǎn)子軸心發(fā)生變化，各軸承載荷相應(yīng)改變，因而造成某些軸承的瓦溫突升。

根據(jù)上述分析意見，在機(jī)組大修期間，重點對汽輪機(jī)軸系進(jìn)行復(fù)核檢查，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)軸系與設(shè)計值相比有3點超標(biāo)：高中壓轉(zhuǎn)子對輪與低壓A轉(zhuǎn)子對輪外圓高差與設(shè)計比偏差0.12 mm，外圓左右比設(shè)計值大了0.035 mm，下開口比設(shè)計值大了0.11 mm；低壓缸與發(fā)電機(jī)對輪中心的測量數(shù)據(jù)也存在超標(biāo)問題。針對發(fā)現(xiàn)的問題，重新擬定了軸系調(diào)整方案，進(jìn)行轉(zhuǎn)子中心找正，從而改變了軸瓦的受力狀況。同時，對2號軸承的進(jìn)油節(jié)流孔板進(jìn)行調(diào)整，以改善其潤滑冷卻效果。

完成軸系調(diào)整后，機(jī)組順利開機(jī)，成功實現(xiàn)了“單閥”往“順序閥”的切換。按照2009年機(jī)組的平均負(fù)荷率約為76%計算，2號機(jī)組完成“順序閥”切換后，供電煤耗率降低4 g/kWh所對應(yīng)的燃料成本費用節(jié)省幅度高達(dá)1 200萬元/年，經(jīng)濟(jì)效益與社會效益十分顯著。

3 凝泵變頻改造

凝泵原設(shè)計為定速運(yùn)行，依靠除氧器水位調(diào)節(jié)閥來調(diào)整除氧器水位，這種調(diào)節(jié)方式能量損失較大。為了節(jié)能降耗，在機(jī)組檢修期間進(jìn)行了凝泵電機(jī)的變頻改造。凝泵電機(jī)變頻改造后，除氧器的水位可以通過改變凝泵轉(zhuǎn)速來進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了了解凝泵變頻改造的節(jié)能效果，安排進(jìn)行了凝泵變頻與工頻運(yùn)行的節(jié)能效果對比試驗，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 凝泵變頻、工頻運(yùn)行的節(jié)能效果比較

從圖2中的兩條曲線比較可以看出，凝泵變頻運(yùn)行的節(jié)能效果非常明顯，且負(fù)荷越低節(jié)能效果越好。在機(jī)組負(fù)荷從600 MW變化至300 MW的過程中，凝泵變頻與工頻運(yùn)行相比，功率下降差值由142.9 kW增加至581.7 kW，節(jié)能百分比由12.57%提高至62.26%。

4 機(jī)組冷端優(yōu)化改進(jìn)

在機(jī)組日常運(yùn)行過程中，循泵耗功在廠用電率中的占比較大。為了降低機(jī)組廠用電率，隨著機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷、水溫條件的變化，循泵的運(yùn)行臺數(shù)也應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整。由于機(jī)組的真空泵冷卻水管路設(shè)計為高位布置，經(jīng)常造成真空泵冷卻水因循環(huán)水壓力不足而中斷，平時不得不多開1臺循泵。為此，進(jìn)行了真空泵冷卻水管路從高位移至低位的改造。經(jīng)測試，在單臺循泵運(yùn)行的情況下，即使因潮位變化等因素使電動濾水器后的循環(huán)水壓力由0.05 MPa下降至0.03 MPa，也不會造成真空泵冷卻水的中斷。通過這一改進(jìn)措施，在循環(huán)水溫較低的季節(jié)，循泵電耗可以由1.0%左右下降至0.7%左右。

循泵運(yùn)行方式根據(jù)設(shè)計要求合理調(diào)整后，進(jìn)行了凝汽器特性試驗、微增出力試驗和循泵組合試驗等冷端優(yōu)化試驗。根據(jù)負(fù)荷、循環(huán)水入口溫度等變化條件對循泵的優(yōu)化組合運(yùn)行方式以及凝汽器循環(huán)水出水門開度等進(jìn)行了合理地推算，得出如表2所列的不同機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水溫度條件下2臺機(jī)組運(yùn)行時循泵優(yōu)化組合運(yùn)行方式。

表2 循泵優(yōu)化組合臺數(shù)

5 結(jié)語

針對某600 MW機(jī)組超臨界投產(chǎn)運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)的設(shè)備缺陷問題，成功地實施了技術(shù)改進(jìn)，并輔以運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整措施，明顯改善了機(jī)組在低負(fù)荷階段的運(yùn)行性能狀況，并最終實現(xiàn)了機(jī)組供電煤耗率的明顯降低。在目前發(fā)電企業(yè)已進(jìn)入微利時代的大背景條件下，這些成功改造的經(jīng)驗有著良好的推廣和借鑒價值。

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