火電機(jī)組最優(yōu)滑壓曲線的影響因素及優(yōu)化策略

孫建國(guó)　李越男　趙軍　楊春宇　陳學(xué)科　江飛　李興朔

摘 要：目前，許多大功率火電機(jī)組因?yàn)轱L(fēng)電等新能源電力大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電而不得不進(jìn)行深度變負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的滑壓運(yùn)行曲線優(yōu)化值得深入研究。該文在概述傳統(tǒng)滑壓運(yùn)行曲線獲取方式的基礎(chǔ)上，分析了汽輪機(jī)最優(yōu)運(yùn)行主蒸汽壓力的影響因素。以達(dá)拉特電廠8臺(tái)機(jī)組面臨的實(shí)際問(wèn)題為研究案例，提出了一種大功率火電機(jī)組深度滑壓運(yùn)行的優(yōu)化策略，所得到的滑壓運(yùn)行曲線能夠克服背壓和抽汽量的變化。這對(duì)進(jìn)一步提高參與調(diào)峰的大功率火電機(jī)組的滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) 滑壓 背壓 抽汽量 優(yōu)化策略

中圖分類(lèi)號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（a）-0113-03

目前，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的大功率高參數(shù)機(jī)組不得不參與調(diào)峰運(yùn)行，負(fù)荷甚至低至50%以下；而所涉及的機(jī)組容量范圍為200～660 MW，機(jī)組參數(shù)從超高壓、亞臨界和超（超）臨界。并且，越來(lái)越多的大功率供熱機(jī)組也開(kāi)始參與調(diào)峰；當(dāng)然，不僅僅是國(guó)內(nèi)制造機(jī)組，也包括一些國(guó)外進(jìn)口機(jī)組[1-5]。為了提高深度變負(fù)荷運(yùn)行機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性，越來(lái)越多的研究者將目光轉(zhuǎn)移至滑壓運(yùn)行曲線優(yōu)化方面[6-8]。然而，機(jī)組最優(yōu)運(yùn)行主蒸汽壓力受多種因素的影響，尤其是背壓和抽汽量的影響，直接影響大功率供熱機(jī)組和空冷機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[9-10]。文章在概述傳統(tǒng)滑壓運(yùn)行曲線獲取方式的基礎(chǔ)上，分析了汽輪機(jī)最優(yōu)運(yùn)行主蒸汽壓力的影響因素。針對(duì)以負(fù)荷為自變量的滑壓運(yùn)行曲線的局限性和機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際工況，提出了一種大功率火電機(jī)組深度滑壓運(yùn)行的優(yōu)化策略，所得到的滑壓運(yùn)行曲線能夠克服背壓和抽汽量的變化。

1 案例機(jī)組概況

達(dá)拉特電廠配備8臺(tái)機(jī)組，包括6臺(tái)亞臨界330 MW供熱機(jī)組和2臺(tái)亞臨界600 MW空冷機(jī)組。以6臺(tái)330 MW機(jī)組為例，機(jī)組具有一定的特殊性：首先，機(jī)組配備100%汽泵；并且，在供熱期汽泵參與供熱。因此，機(jī)組的滑壓運(yùn)行曲線也具有一定的特殊性。圍繞達(dá)拉特電廠6臺(tái)330 MW機(jī)組的特殊運(yùn)行方式的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題，希望通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究等手段開(kāi)展330 MW供熱機(jī)組滑壓綜合優(yōu)化技術(shù)研究；通過(guò)理論分析，獲得100%汽泵在供熱期和非供熱期對(duì)機(jī)組最優(yōu)主蒸汽壓力的影響規(guī)律；重點(diǎn)開(kāi)展兩種運(yùn)行模式下的最優(yōu)主蒸汽壓力獲取方法和機(jī)組DCS自動(dòng)滑壓的實(shí)現(xiàn)方法，并開(kāi)展相關(guān)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，最終獲得330 MW供熱機(jī)組滑壓綜合優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)。這對(duì)推動(dòng)目前國(guó)內(nèi)占主流的330 MW供熱機(jī)組的節(jié)能減排具有重要意義。此外，將成果平移至2臺(tái)亞臨界600 MW空冷機(jī)組上，實(shí)現(xiàn)背壓大范圍變化機(jī)組的推廣應(yīng)用。

2 滑壓運(yùn)行曲線的獲取方法概述

機(jī)組深度變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，高調(diào)節(jié)閥開(kāi)度變小、調(diào)節(jié)級(jí)節(jié)流損失增加，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性降低。此時(shí)機(jī)組采用滑壓方式運(yùn)行，負(fù)荷降低時(shí)的主蒸汽壓力也隨之降低，不僅會(huì)使高調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度增大、節(jié)流損失降低，而且給水泵耗功也會(huì)減少，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提高。為了切實(shí)提高機(jī)組變負(fù)荷時(shí)滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，必須確定合適的滑壓運(yùn)行曲線。對(duì)最優(yōu)滑壓運(yùn)行壓力的確定國(guó)內(nèi)外主要的方法有以下3種：實(shí)驗(yàn)比較法、耗差分析法、建立優(yōu)化模型法。李虎等人分別針對(duì)660 MW和700 MW機(jī)組的性能特點(diǎn)，就調(diào)峰負(fù)荷時(shí)不同壓力運(yùn)行時(shí)的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)相同負(fù)荷不同壓力條件下機(jī)組的安全性能進(jìn)行對(duì)比，得到了機(jī)組調(diào)峰時(shí)不同負(fù)荷下合理的運(yùn)行方式和滑壓曲線[1，4]。趙偉光等人以國(guó)產(chǎn)超臨界600 MW和超超臨界1 000 MW汽輪機(jī)為研究案例，通過(guò)不同負(fù)荷進(jìn)氣壓力下的滑壓運(yùn)行方式試驗(yàn)得到了適合滑壓運(yùn)行曲線[2-3]。劉雙柏基于試驗(yàn)工況整機(jī)性能的擬合計(jì)算，研究了定滑壓運(yùn)行曲線及主汽壓力與機(jī)組效率的關(guān)系和定滑壓運(yùn)行曲線的局限性，并在200 MW機(jī)組進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試[6]。牛培峰等人針對(duì)變工況運(yùn)行時(shí)的汽輪機(jī)最優(yōu)主蒸汽壓力進(jìn)行求解，建立了基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)熱耗率的預(yù)測(cè)模型，并通過(guò)改進(jìn)的磷蝦群優(yōu)化算法的全局搜索能力，對(duì)所建的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行主蒸汽壓力尋優(yōu)[7]。童小忠等人針對(duì)汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行階段的滑壓運(yùn)行方式尋優(yōu)，結(jié)合試驗(yàn)比較的方法進(jìn)行分析，提出在缺乏高精度試驗(yàn)條件的情況下較為方便的耗差分析法[8]。針對(duì)背壓和抽汽變化：文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)3種抽汽工況滑壓曲線作為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組抽汽供熱期的汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行優(yōu)化方法，通過(guò)DCS切換邏輯克服抽汽變化對(duì)機(jī)組最優(yōu)滑壓運(yùn)行曲線的影響。文獻(xiàn)[9]通過(guò)試驗(yàn)研究得到了實(shí)際排氣壓力變化對(duì)機(jī)組滑壓曲線的影響規(guī)律，并給出對(duì)應(yīng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)手段。文獻(xiàn)[10]以主蒸汽流量作為機(jī)組滑壓曲線的調(diào)度變量，實(shí)現(xiàn)一條滑壓曲線即可克服供熱抽汽量和背壓變化的問(wèn)題。

3 最優(yōu)滑壓運(yùn)行曲線的影響因素分析

目前機(jī)組普遍采用的滑壓運(yùn)行曲線是以負(fù)荷作為自變量，然而，機(jī)組負(fù)荷的影響因素較多，需要考慮這些因素的綜合影響，得到機(jī)組的最優(yōu)滑壓運(yùn)行壓力。

3.1 給水泵功耗的影響

圖1為給水泵的工作熱力過(guò)程圖。圖中，4w點(diǎn)代表給水泵入口工況點(diǎn)，4wb點(diǎn)代表給水泵出口工況點(diǎn)，其參數(shù)值由主系統(tǒng)變工況確定；4ws代表給水泵定熵工作到出口壓力下的工況點(diǎn)。給水泵消耗的功率是主蒸汽流量和主蒸汽壓力的函數(shù)。文獻(xiàn)[10]指出：隨著主蒸汽流量的增大，給水泵耗功增大，隨著主蒸汽壓力的降低，給水泵功耗減少。

3.2 通流部分變工況的分析

在汽輪機(jī)變工況時(shí)，需要對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)效率進(jìn)行變工況計(jì)算。調(diào)節(jié)級(jí)的熱力過(guò)程線，如圖2所示[10]。

3.3 滑壓運(yùn)行時(shí)，理想循環(huán)效率的變化

汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行時(shí)，由于主蒸汽壓力的降低，從而使朗肯循環(huán)的循環(huán)平均吸熱溫度降低，而平均放熱溫度沒(méi)有發(fā)生變化，使整個(gè)機(jī)組的循環(huán)熱效率降低。隨著主蒸汽流量的變化，理想循環(huán)效率也發(fā)生變化。在額定工況時(shí)，達(dá)到最高。對(duì)同一流量，壓力越低，理想循環(huán)熱效率越差，如圖3所示。

3.4 背壓的影響

其中背壓對(duì)機(jī)組負(fù)荷的影響最大。當(dāng)其他運(yùn)行參數(shù)不變，而背壓提高時(shí)，在同樣的調(diào)節(jié)汽門(mén)開(kāi)度情況下，汽輪機(jī)的功率降低，反之功率提高。

3.5 供熱抽汽量的影響

對(duì)于供熱抽汽機(jī)組，最優(yōu)滑壓運(yùn)行曲線的確定較一般的中間再熱凝汽式機(jī)組更為復(fù)雜，抽汽量的改變會(huì)使機(jī)組電負(fù)荷發(fā)生顯著的變化。在抽汽工況和非抽汽模式時(shí)，機(jī)組和回?zé)峒訜崞鞯淖児r特性將會(huì)存在較大差異。因此，當(dāng)以機(jī)組負(fù)荷作為自變量確定滑壓曲線時(shí)，對(duì)于抽汽機(jī)組必須考慮背壓和抽汽量?jī)蓚€(gè)因素的影響，滑壓曲線圖已變成三維圖。

4 滑壓運(yùn)行曲線的綜合優(yōu)化策略

根據(jù)上述分析看出：機(jī)組三維滑壓運(yùn)行曲線的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法是關(guān)鍵。實(shí)時(shí)修正是一種有效方法：采用背壓和抽汽量對(duì)壓力實(shí)時(shí)修正，可以消除背壓和抽汽對(duì)最優(yōu)運(yùn)行主蒸汽壓力的影響。在采用理論建模的變工況運(yùn)行計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)法確定機(jī)組的滑壓運(yùn)行曲線；然后，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行大數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果進(jìn)一步校核。因此，可以得到具有較高準(zhǔn)確性的滑壓運(yùn)行曲線，能夠較好地應(yīng)用于工程實(shí)際。

5 結(jié)語(yǔ)

此文首先概述了傳統(tǒng)滑壓運(yùn)行曲線的獲取方式，分析了汽輪機(jī)最優(yōu)運(yùn)行主蒸汽壓力的影響因素。然后，針對(duì)電廠實(shí)際機(jī)組面臨的背壓和抽汽變化范圍大的情況，提出了一種大功率火電機(jī)組深度滑壓運(yùn)行的優(yōu)化策略，從而克服了背壓和抽汽量對(duì)最優(yōu)滑壓運(yùn)行曲線的影響。這對(duì)進(jìn)一步提高參與調(diào)峰的大功率火電機(jī)組的滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有一定的指導(dǎo)意義。

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