汽輪機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)方式優(yōu)化策略探析

高清林，高嘉锜，黃慶專，陳敦炳

(1.福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建泉州362000；2.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司泉州供電公司，福建泉州362000；3.福建華電邵武發(fā)電有限公司，福建邵武354000)

0 引言

化石能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用,在推動(dòng)人類文明進(jìn)步的同時(shí),也帶來(lái)了資源匱乏、環(huán)境污染、氣候惡化等問(wèn)題[1]。要保障能源安全,實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展,就必須積極推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)向低碳綠色轉(zhuǎn)型。因此,近年來(lái)我國(guó)在加大煤電退出力度的同時(shí),也加快了風(fēng)電和光電等可再生清潔能源的發(fā)展。然而,風(fēng)電和光電等新能源都具有較強(qiáng)的隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性,其大規(guī)模的集中并網(wǎng),加大了電網(wǎng)的峰谷差,導(dǎo)致棄風(fēng)棄光現(xiàn)象日益嚴(yán)重。

要破解具有強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性的新能源電量規(guī)模化并網(wǎng)的困境,就得極力提升電網(wǎng)的調(diào)峰能力,為新能源消納提供足夠的容量空間,因此,電源結(jié)構(gòu)中裝機(jī)容量占60%左右的燃煤火電機(jī)組開(kāi)展快速深度調(diào)峰已然勢(shì)在必行。但是,煤電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行時(shí)工況的頻繁變化帶來(lái)一定問(wèn)題,一方面因運(yùn)行工況經(jīng)常偏離設(shè)計(jì)工況而導(dǎo)致汽輪機(jī)熱效率降低；另一方面因溫度場(chǎng)頻繁變化引發(fā)的熱應(yīng)力、熱膨脹和熱變形影響汽輪機(jī)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此,優(yōu)化汽輪機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)方式,確保煤電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、靈活、快速地參與深度調(diào)峰,破解新能源電量規(guī)?；{困境。

1 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本方式

汽輪發(fā)電機(jī)組的功率方程式為[2]:

式中,Pel為汽輪發(fā)電機(jī)組的電功率,kW；G為汽輪機(jī)的進(jìn)汽量,kg/s；ΔHt為汽輪機(jī)的理想焓降,kJ/kg；ηri為汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率,%；ηm為汽輪機(jī)的機(jī)械效率,%；ηg為發(fā)電機(jī)效率,%。

由式 (1)可知,通過(guò)改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽量G或改變汽輪機(jī)的理想焓降ΔHt,可以達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)組功率的目的。

目前,汽輪發(fā)電機(jī)組常用的功率調(diào)節(jié)的基本方式,從結(jié)構(gòu)上可分為噴嘴調(diào)節(jié)、節(jié)流調(diào)節(jié)和旁通調(diào)節(jié),從運(yùn)行方式上又可分為滑壓調(diào)節(jié)和定壓調(diào)節(jié)。

1)噴嘴調(diào)節(jié)。汽輪機(jī)第一級(jí)的噴嘴依調(diào)節(jié)閥個(gè)數(shù)分組布置在各自的噴嘴室里,每一噴嘴組各由一個(gè)調(diào)節(jié)閥控制。依次啟閉各調(diào)節(jié)閥,改變第一級(jí)噴嘴的通流面積,進(jìn)而改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽量[3],達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)組功率的目的,如圖1所示。

圖1 汽輪機(jī)噴嘴調(diào)節(jié)示意圖

2)節(jié)流調(diào)節(jié)。所有進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)同時(shí)啟閉的調(diào)節(jié)閥后,在通流部分逐級(jí)膨脹做功[4],如圖2所示。節(jié)流調(diào)節(jié)通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度,改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力,進(jìn)而改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽量和理想焓降,以達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)組功率的目的。

圖2 汽輪機(jī)節(jié)流調(diào)節(jié)示意圖

3)旁通調(diào)節(jié)。在自動(dòng)主汽閥后、調(diào)節(jié)閥前引出一旁通管,接到高壓某一級(jí)動(dòng)葉后的旁通汽室X,在旁通管上設(shè)置旁通閥,如圖3所示。在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷以下,旁通閥全關(guān),蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入汽輪機(jī)通流部分逐級(jí)膨脹做功；當(dāng)超出經(jīng)濟(jì)負(fù)荷時(shí),保持調(diào)節(jié)閥全開(kāi),打開(kāi)旁通閥,旁通蒸汽經(jīng)旁通閥節(jié)流降壓、降溫后,進(jìn)入旁通汽室X與通過(guò)調(diào)節(jié)閥并流經(jīng)旁通級(jí)組膨脹做功后的主流蒸汽混合后繼續(xù)往后逐級(jí)膨脹做功。

圖3 汽輪機(jī)旁通調(diào)節(jié)示意圖

4)滑壓調(diào)節(jié)。保持汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥全開(kāi)或基本全開(kāi),根據(jù)負(fù)荷大小調(diào)節(jié)鍋爐的燃料量、給水量和空氣量[5],進(jìn)而改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力和流量(新汽溫度盡可能保持不變),達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)組功率的目的。

5)定壓調(diào)節(jié)。保持自動(dòng)主汽閥前的主蒸汽壓力和溫度等蒸汽初參數(shù)不變,通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽量,達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)組功率的目的。

2 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

2.1 噴嘴調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

1)汽輪機(jī)第一級(jí)為調(diào)節(jié)級(jí),其噴嘴分組布置在各自的噴嘴室里,因相鄰兩噴嘴室之間存在著間壁 (如圖1(b)所示),調(diào)節(jié)級(jí)在任何工況下都是部分進(jìn)汽,既存在著部分進(jìn)汽損失,又使高壓缸進(jìn)汽部分在圓周方向受熱不均,導(dǎo)致高壓缸產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和熱變形[6]。

2)因?yàn)檎{(diào)節(jié)級(jí)與第一壓力級(jí)之間部分進(jìn)汽度不同、軸向間隙較大和流道過(guò)渡不平滑等因素,所以調(diào)節(jié)級(jí)的余速動(dòng)能難以被第一壓力級(jí)所利用,存在較大的余速損失。

3)調(diào)節(jié)級(jí)因部分進(jìn)汽而使汽流參數(shù)沿圓周方向分布不均,該級(jí)動(dòng)葉片除受離心力和穩(wěn)定汽流力的作用外,還受到周期性的汽流激振力的作用,該汽流激振力是引起汽輪機(jī)強(qiáng)烈振動(dòng)和軸瓦溫度偏高的重要因素[7]。

4)工況的變化會(huì)引起調(diào)節(jié)級(jí)焓降較大的變化,導(dǎo)致調(diào)節(jié)級(jí)后 (即調(diào)節(jié)汽室)溫度較大的變化,增加因溫度變化引起的熱應(yīng)力和熱變形,降低機(jī)組運(yùn)行的可靠性和對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性[8]。

5)調(diào)節(jié)級(jí)最危險(xiǎn)的工況并非是在汽輪機(jī)最大負(fù)荷時(shí),而是在第一調(diào)節(jié)閥全開(kāi)而第二調(diào)節(jié)閥尚未開(kāi)啟時(shí)。因?yàn)榇藭r(shí)調(diào)節(jié)級(jí)的焓降、級(jí)前后壓差和(流過(guò)第一組噴嘴組的)蒸汽流量均達(dá)最大值,而級(jí)的部分進(jìn)汽度卻最小,調(diào)節(jié)級(jí)葉片處于最大的應(yīng)力狀態(tài),加之部分進(jìn)汽時(shí)的沖擊載荷等因素[9],所以調(diào)節(jié)級(jí)處于最危險(xiǎn)的工況。

6)任何工況下只可能有一個(gè)調(diào)節(jié)閥因部分開(kāi)啟存在節(jié)流損失,因此,低負(fù)荷下的節(jié)流損失比節(jié)流調(diào)節(jié)的小[10],效率高。

7)雖然其進(jìn)汽機(jī)構(gòu)的節(jié)流損失較小,但因調(diào)節(jié)級(jí)存在著部分進(jìn)汽損失和較大的余速損失,調(diào)節(jié)級(jí)效率較低,所以高壓缸的相對(duì)內(nèi)效率較低。

2.2 節(jié)流調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

1)汽輪機(jī)沒(méi)有調(diào)節(jié)級(jí),任何工況下其第一級(jí)都是全周進(jìn)汽,既消除了部分進(jìn)汽損失,又使高壓缸進(jìn)汽部分在圓周方向上受熱均勻[11],有利于高壓缸減小熱應(yīng)力和熱變形。

3)汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率為:

式中,η′ri為汽輪機(jī)通流部分的相對(duì)內(nèi)效率,%；ηth為汽輪機(jī)進(jìn)汽機(jī)構(gòu)的節(jié)流效率,%。

在部分負(fù)荷下,所有進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽都受到調(diào)節(jié)閥同樣的節(jié)流作用,其節(jié)流效率ηth較低；但因汽輪機(jī)沒(méi)有調(diào)節(jié)級(jí),其第一級(jí)不存在部分進(jìn)汽損失和余速損失,其通流部分的相對(duì)內(nèi)效率η′ri較高。因此,只要調(diào)節(jié)閥開(kāi)度不太小,其部分負(fù)荷下的相對(duì)內(nèi)效率都能保持較高的水平。

4)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)的運(yùn)行方式雖然減小了進(jìn)汽的節(jié)流損失,但是此時(shí)調(diào)節(jié)閥只能在電網(wǎng)高頻時(shí)單方向減負(fù)荷參與一次調(diào)頻,無(wú)法滿足電網(wǎng)低頻下一次調(diào)頻加負(fù)荷的功能。因此,多數(shù)機(jī)組不得不采取在穩(wěn)定工況下調(diào)節(jié)閥預(yù)留5%～15%開(kāi)度裕量的調(diào)節(jié)閥節(jié)流運(yùn)行方式,以犧牲部分經(jīng)濟(jì)性來(lái)保證一定的調(diào)頻能力[12]。

2.3 旁通調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

1)通過(guò)旁通閥的啟閉可快速響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化的需要,彌補(bǔ)了鍋爐動(dòng)態(tài)特性較差的缺陷[9],提高了機(jī)組一次調(diào)頻的能力。

2)在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷之前,調(diào)節(jié)閥全開(kāi)進(jìn)行全程滑壓調(diào)節(jié),無(wú)須預(yù)留調(diào)節(jié)閥節(jié)流開(kāi)度就具備良好的調(diào)頻功能[9],避免了相應(yīng)的節(jié)流損失,也消除了部分進(jìn)汽損失,因而具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

3)在超過(guò)經(jīng)濟(jì)負(fù)荷之后,旁通閥開(kāi)啟,此時(shí),一方面因部分蒸汽流經(jīng)旁通閥產(chǎn)生了節(jié)流損失[9],相當(dāng)于損失了這部分旁通蒸汽在旁通級(jí)組的做功量；另一方面因旁通汽室壓力隨旁通閥的開(kāi)大而升高,旁通級(jí)組各級(jí)理想焓降減小,速比增大,效率下降。因此,采用旁通調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)不宜在過(guò)載階段長(zhǎng)期運(yùn)行,以免降低其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[9]。

4)在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷之后的過(guò)載階段,由于旁通蒸汽流量跨越了全機(jī)壓力和溫度都最高的旁通級(jí)組,因而這些強(qiáng)度要求均較高的級(jí)的運(yùn)行工況相對(duì)穩(wěn)定[9]。同時(shí),由于旁通汽室壓力的提高減小了旁通級(jí)組前后的壓差,這些級(jí)運(yùn)行的安全可靠性得到改善,這對(duì)于超超臨界的汽輪機(jī)更顯優(yōu)越性。

說(shuō)到這里，又想起張居正。他以權(quán)謀私，為兒子科場(chǎng)舞弊，硬是幫兒子撈個(gè)狀元。結(jié)果他一死，立即被清算，幾個(gè)兒子都被剝奪功名，充軍流放。這樣一比，沒(méi)當(dāng)上狀元的趙楷一點(diǎn)也不冤，他們父子較之張居正父子的情商、智商都要高得多??！

5)旁通調(diào)節(jié)作為機(jī)組功率調(diào)節(jié)的一種輔助手段,不能獨(dú)立使用,只能聯(lián)合使用。

2.4 滑壓調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

1)滑壓調(diào)節(jié)時(shí)新汽溫度基本不變,汽輪機(jī)在啟停及變負(fù)荷時(shí)高壓缸各金屬溫度變化很小,減小了熱應(yīng)力和熱變形,也減小了動(dòng)靜部件之間差脹的變化,提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性和對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性[13],改善了機(jī)組的調(diào)峰性能。

2)提高了機(jī)組在部分負(fù)荷下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,究其原因:

①一方面,滑壓調(diào)節(jié)時(shí),所有調(diào)節(jié)閥全開(kāi),避免了部分負(fù)荷下的節(jié)流損失；另一方面,由于負(fù)荷變動(dòng)時(shí),蒸汽的質(zhì)量流量隨壓力的變化基本上是成比例的,而蒸汽溫度又基本保持不變,故蒸汽的容積流量基本不變[14]。因此,各級(jí)速比、焓降、效率也基本不變,部分負(fù)荷下高壓缸的相對(duì)內(nèi)效率保持在較高的水平。

②滑壓調(diào)節(jié)時(shí),隨著機(jī)組負(fù)荷的降低,蒸汽壓力的降低引起了蒸汽比熱的下降,高壓缸排汽溫度有所提高,熱蒸汽溫度也隨之升高,從而改善了部分負(fù)荷下汽輪機(jī)的循環(huán)熱效率[14]。

③滑壓調(diào)節(jié)時(shí),隨著機(jī)組負(fù)荷的降低,蒸汽壓力隨之降低,所需的鍋爐給水壓力相應(yīng)下降,若給水泵采用變速調(diào)節(jié),將使低負(fù)荷下給水泵的耗功大大減少[14]。

3)在高負(fù)荷區(qū)采用滑壓調(diào)節(jié)時(shí),隨著機(jī)組負(fù)荷的降低,蒸汽初壓的降低將導(dǎo)致汽輪機(jī)循環(huán)熱效率較大幅度地下降,因此較高負(fù)荷區(qū)采用滑壓調(diào)節(jié)是不經(jīng)濟(jì)的[14]。只有當(dāng)負(fù)荷降低到一定水平,繼續(xù)采用定壓調(diào)節(jié)將會(huì)造成較大的節(jié)流損失,此時(shí)采用滑壓調(diào)節(jié),因新蒸汽壓力的下降而導(dǎo)致循環(huán)熱效率的降低開(kāi)始小于高壓缸相對(duì)內(nèi)效率的提高、給水泵耗功的減小和再熱蒸汽溫度升高帶來(lái)循環(huán)熱效率提高的三者之和時(shí),采用滑壓調(diào)節(jié)才能提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性[4]。

4)因?yàn)槠啓C(jī)的滑壓調(diào)節(jié)主要是依靠調(diào)整鍋爐燃燒來(lái)實(shí)現(xiàn)的,但由于鍋爐熱慣性大,反應(yīng)遲緩,純粹的滑壓調(diào)節(jié)不但不能適應(yīng)負(fù)荷的快速變化,而且對(duì)較小的負(fù)荷變化也不敏感,即使是直流鍋爐的熱慣性已較汽包爐小,仍難以滿足電網(wǎng)調(diào)頻的需求。

2.5 定壓調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

1)在部分負(fù)荷下,因閥門關(guān)小使進(jìn)汽機(jī)構(gòu)的節(jié)流損失增大 (節(jié)流配汽),或因調(diào)節(jié)級(jí)的部分進(jìn)汽度減小使部分進(jìn)汽損失增大 (噴嘴配汽)；同時(shí),為了維持鍋爐必須保持的額定給水壓力,給水泵的耗功無(wú)法隨機(jī)組負(fù)荷的降低而降低,這都將導(dǎo)致部分負(fù)荷下機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性較差。

2)工況變化時(shí),調(diào)節(jié)汽室溫度和高壓缸排汽溫度會(huì)發(fā)生較大的變化,將在汽輪機(jī)相應(yīng)的金屬部件中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和熱變形。這不僅會(huì)影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行,也限制了機(jī)組的變負(fù)荷速率和機(jī)組的啟停速度,削弱了機(jī)組的調(diào)頻能力。

3 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化組合

綜上所述,汽輪機(jī)的幾種基本調(diào)節(jié)方式雖各具優(yōu)勢(shì),卻也存在著自身所無(wú)法彌補(bǔ)的不足,唯有通過(guò)優(yōu)化組合,采用復(fù)合調(diào)節(jié)方式,揚(yáng)長(zhǎng)避短,才能滿足煤電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和靈活、快速地參與電網(wǎng)深度調(diào)峰的要求。

3.1 優(yōu)化的復(fù)合調(diào)節(jié)方式

綜合考慮煤電機(jī)組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰在安全、經(jīng)濟(jì)、靈活、快速等方面的要求,建議亞臨界及以上的高參數(shù)大容量汽輪機(jī)原則上采用 “(節(jié)流)定壓—滑壓— (噴嘴)定壓—旁通”的復(fù)合調(diào)節(jié)方式 (以下簡(jiǎn)稱復(fù)合調(diào)節(jié))。根據(jù)機(jī)組容量和參數(shù)的不同,一般在35%THA以下進(jìn)行較低壓力水平的(節(jié)流)定壓調(diào)節(jié),在35%THA～85%THA區(qū)間進(jìn)行滑壓調(diào)節(jié),在85%THA～100%THA區(qū)間進(jìn)行額定壓力下的 (噴嘴)定壓調(diào)節(jié),超過(guò)THA后進(jìn)行旁通調(diào)節(jié)。

汽輪機(jī)復(fù)合調(diào)節(jié)如圖4所示。該汽輪機(jī)設(shè)有一個(gè)自動(dòng)主汽閥、四個(gè)調(diào)節(jié)閥和一個(gè)旁通閥,第一級(jí)(調(diào)節(jié)級(jí))的噴嘴分為四個(gè)噴嘴組分別安裝在四個(gè)噴嘴室里,并分別受控于四個(gè)調(diào)節(jié)閥。機(jī)組負(fù)荷低于35%THA時(shí),隨著機(jī)組的啟動(dòng)→升速→升負(fù)荷過(guò)程的推進(jìn),維持蒸汽一定的初壓恒定,保持Ⅳ調(diào)節(jié)閥全關(guān),逐漸同時(shí)開(kāi)啟Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ調(diào)節(jié)閥,進(jìn)行較低壓力水平的 (節(jié)流)定壓調(diào)節(jié)。機(jī)組負(fù)荷至35%THA時(shí),Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ調(diào)節(jié)閥同時(shí)達(dá)到全開(kāi),而Ⅳ調(diào)節(jié)閥仍保持全關(guān)。機(jī)組負(fù)荷從35%THA逐漸向85%THA增加的過(guò)程中,進(jìn)行滑壓運(yùn)行,保持Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ調(diào)節(jié)閥全開(kāi)而Ⅳ調(diào)節(jié)閥全關(guān),主汽壓力逐漸滑升至額定壓力。隨著機(jī)組負(fù)荷逐漸從85%THA繼續(xù)向100%THA增加,主汽壓力維持額定壓力不變,Ⅳ調(diào)節(jié)閥逐漸開(kāi)啟；至四個(gè)調(diào)節(jié)閥都全開(kāi)時(shí),機(jī)組負(fù)荷達(dá)到100%THA,此時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)級(jí)的蒸汽流量達(dá)到了最大值。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷自THA繼續(xù)增加時(shí),旁通閥開(kāi)啟,一部分新蒸汽經(jīng)旁通閥節(jié)流降溫降壓后被引入旁通汽室X,與通過(guò)調(diào)節(jié)閥并流經(jīng)旁通級(jí)組膨脹做功后的主流蒸汽混合后繼續(xù)往后逐級(jí)膨脹做功,滿足機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)行的要求。當(dāng)旁通閥全開(kāi)時(shí),汽輪機(jī)達(dá)到VWO工況,機(jī)組負(fù)荷達(dá)到最大值。

圖4 汽輪機(jī)復(fù)合調(diào)節(jié)示意圖

3.2 復(fù)合調(diào)節(jié)方式分析

1)在35%THA以下的極低負(fù)荷區(qū)間,維持一定的蒸汽初壓恒定,保持Ⅳ調(diào)節(jié)閥全關(guān),同時(shí)啟閉Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ調(diào)節(jié)閥,進(jìn)行節(jié)流定壓運(yùn)行。第一,維持一定的蒸汽初壓恒定,確保了鍋爐的水循環(huán)工況和燃燒工況的穩(wěn)定。第二,維持一定的初壓進(jìn)行定壓運(yùn)行,避免了在極低負(fù)荷下繼續(xù)滑壓運(yùn)行可能導(dǎo)致的給水泵軸系落入臨界共振的情況。第三,維持一定的初壓定壓運(yùn)行,機(jī)組保持了較高的循環(huán)熱效率。第四,采用節(jié)流調(diào)節(jié),避免了極低負(fù)荷下采用噴嘴調(diào)節(jié)造成的調(diào)節(jié)級(jí)的部分進(jìn)汽損失過(guò)大。第五,因極低負(fù)荷下主蒸汽壓力也隨負(fù)荷滑降到較低的水平,調(diào)節(jié)閥開(kāi)度相對(duì)較大,采用節(jié)流調(diào)節(jié)所造成的節(jié)流損失并不大。第六,機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中采用三閥同時(shí)開(kāi)啟的模式,有利于機(jī)組啟動(dòng)的安全。

2)在35THA%～85%THA的低負(fù)荷區(qū)間,保持Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ調(diào)節(jié)閥全開(kāi)而Ⅳ調(diào)節(jié)閥全關(guān),進(jìn)行部分調(diào)節(jié)閥全開(kāi)的滑壓運(yùn)行。在此滑壓運(yùn)行區(qū)間,既可借助靜態(tài)關(guān)閉的Ⅳ調(diào)節(jié)閥的暫態(tài)快開(kāi),使機(jī)組具有快速向上的調(diào)頻能力；亦可應(yīng)用靜態(tài)全開(kāi)的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ調(diào)節(jié)閥的暫態(tài)關(guān)小,使機(jī)組具有快速向下的調(diào)頻能力[9]。如此,既充分發(fā)揮了滑壓運(yùn)行的安全可靠性和在低負(fù)荷下的較高經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì),又彌補(bǔ)了滑壓運(yùn)行期間因鍋爐熱慣性而使機(jī)組不能適應(yīng)負(fù)荷快速變化的不足,還避免了采用節(jié)流滑壓調(diào)節(jié)在穩(wěn)定工況下由于調(diào)節(jié)閥必須保留一定的節(jié)流開(kāi)度裕量而造成的節(jié)流損失,使機(jī)組在保持較高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)具有較強(qiáng)的一次調(diào)頻能力。

3)在85%THA～100%THA的高負(fù)荷區(qū)間進(jìn)行額定壓力下的噴嘴定壓調(diào)節(jié),通過(guò)啟閉Ⅳ調(diào)節(jié)閥改變調(diào)節(jié)級(jí)的通流面積來(lái)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷,避免了在高負(fù)荷區(qū)間采用滑壓調(diào)節(jié)時(shí)因蒸汽初壓下降導(dǎo)致機(jī)組循環(huán)熱效率降低,使機(jī)組保持了較高的效率。

4)以旁通調(diào)節(jié)作為汽輪機(jī)的輔助調(diào)節(jié)手段,在THA負(fù)荷以內(nèi)的正常變工況下,旁通閥保持關(guān)閉狀態(tài),在不同負(fù)荷區(qū)段進(jìn)行 (節(jié)流)定壓—滑壓— (噴嘴)定壓的復(fù)合滑壓調(diào)節(jié)。在THA之后,可根據(jù)需要開(kāi)啟旁通閥,實(shí)現(xiàn)機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)行,或在電網(wǎng)低頻下實(shí)現(xiàn)機(jī)組一次調(diào)頻加負(fù)荷的功能。例如,機(jī)組在滿負(fù)荷工況下遭遇電網(wǎng)頻率大、頻差下降時(shí),為滿足機(jī)組快速增加功率的需要,可暫態(tài)快開(kāi)旁通閥,利用鍋爐蓄熱暫態(tài)快速增加蒸汽流量與功率[9]；待鍋爐燃燒增強(qiáng),蒸發(fā)量增加,主汽壓力回升到相應(yīng)的額定壓力水平后,旁通閥重又回復(fù)到全關(guān)位置。

因此,復(fù)合滑壓調(diào)節(jié)與旁通調(diào)節(jié)的合理組合,不僅使機(jī)組具有一定的過(guò)載能力,而且可使機(jī)組在帶滿負(fù)荷時(shí)仍具有較強(qiáng)的快速向上的調(diào)頻能力,有利于改善機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)特性[9]。同時(shí),兩者合理組合還可使汽輪機(jī)在滑壓運(yùn)行階段除Ⅳ調(diào)節(jié)閥全關(guān)之外,其余各調(diào)節(jié)閥均保持全開(kāi),使進(jìn)汽節(jié)流損失降至最小。機(jī)組運(yùn)行具有較好的經(jīng)濟(jì)性、較高的安全可靠性和良好的調(diào)頻能力。

4 結(jié)語(yǔ)

破解風(fēng)電和光電等具有強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性的新能源電量大規(guī)模消納的困境,有賴于燃煤火電機(jī)組靈活、快速地參與電網(wǎng)的深度調(diào)峰。而汽輪機(jī)調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化,是對(duì)煤電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造的主要研究方向。汽輪機(jī)的噴嘴調(diào)節(jié)、節(jié)流調(diào)節(jié)、旁通調(diào)節(jié)、定壓調(diào)節(jié)和滑壓調(diào)節(jié)等幾種基本調(diào)節(jié)運(yùn)行方式雖各具優(yōu)勢(shì),卻也都存在著自身所難以克服的不足,唯有合理地優(yōu)化組合多種調(diào)節(jié)方式,充分揚(yáng)長(zhǎng)避短,才能使煤電機(jī)組在安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下,靈活、快速地參與電網(wǎng)深度調(diào)峰——在電網(wǎng)低谷時(shí)段,充分挖掘煤電機(jī)組的深度調(diào)峰能力,在保證新能源電量消納的同時(shí),盡量減少煤電機(jī)組啟停調(diào)峰次數(shù)；在電網(wǎng)高峰時(shí)段,盡量使運(yùn)行煤電機(jī)組帶滿負(fù)荷甚至適量的超負(fù)荷運(yùn)行,充分發(fā)揮煤電機(jī)組的頂峰能力,保障電網(wǎng)供電的可靠。