630 MW超臨界汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽噴嘴組優(yōu)化改造

0 引言

由于清潔能源的迅猛發(fā)展，清潔能源的發(fā)電比例增加導(dǎo)致了電力結(jié)構(gòu)的變化，使電網(wǎng)用電負(fù)荷峰谷差激增，致使大容量燃煤發(fā)電機(jī)組也需參與調(diào)峰，經(jīng)常處于中低負(fù)荷運(yùn)行工況。燃煤機(jī)組負(fù)荷的降低意味著效率下降、供電煤耗上升，如何提高大容量機(jī)組在低負(fù)荷下的效率是當(dāng)前燃煤發(fā)電企業(yè)急需解決的問(wèn)題。

在汽輪機(jī)本體不進(jìn)行較大改變的情況下，優(yōu)化汽輪機(jī)高壓調(diào)門配汽函數(shù)、獲得最佳主蒸汽壓力滑壓曲線、提高主蒸汽壓力、降低高調(diào)門節(jié)流損失是目前提高機(jī)組效率常見的方法。國(guó)內(nèi)對(duì)高調(diào)門配汽方式的優(yōu)化有深入的報(bào)道

，但對(duì)汽輪機(jī)本體噴嘴組的節(jié)能改造實(shí)施方案報(bào)道較少。本文介紹了某發(fā)電廠630 MW超臨界汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽噴嘴組的改造方案，該方案根據(jù)機(jī)組實(shí)際平均負(fù)荷率和汽輪機(jī)控制方式，重新設(shè)計(jì)了高壓缸進(jìn)汽噴嘴，采用四高調(diào)閥噴嘴數(shù)非等量配置方法，并綜合考慮一次調(diào)頻、低負(fù)荷調(diào)門節(jié)流損失和夏季滿負(fù)荷工況等因素，降低了噴嘴通流截面積，并根據(jù)改造后的噴嘴組重新進(jìn)行閥門流量特性試驗(yàn)，優(yōu)化配汽函數(shù)，有效提高了主蒸汽壓力，獲得了較好的節(jié)能效果，平均供電煤耗下降約1．5 g/kWh，為國(guó)內(nèi)大型汽輪機(jī)組噴嘴改造提供了理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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1 設(shè)備概況

某發(fā)電廠1號(hào)機(jī)組為630 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)型號(hào)為上汽廠N630-/24．2/566/566，型式為一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式、八級(jí)回?zé)岢槠R界機(jī)組。汽輪機(jī)高壓缸噴嘴為4組，每組對(duì)應(yīng)一個(gè)高壓調(diào)門。改造前4個(gè)噴嘴組的噴嘴數(shù)量均為28只，總通流截面積達(dá)33 433．4 mm

。改造前高壓缸調(diào)門及噴嘴布置見圖1。

由于國(guó)家能源政策調(diào)整，清潔能源迅猛發(fā)展，使機(jī)組負(fù)荷逐年下降，常處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致噴嘴節(jié)流和噴嘴前主汽壓低于設(shè)計(jì)值。

按630 MW額定容量重新設(shè)計(jì)高壓缸噴嘴，減小噴嘴通流截面積，以提高主蒸汽壓力。4組噴嘴采用不同的通流截面積：第一閥序的2個(gè)調(diào)門對(duì)應(yīng)的噴嘴通流截面積減小，保證在低負(fù)荷段時(shí)第二閥序的調(diào)門有一定的開度，滿足一次調(diào)頻要求；第二、第三閥序2個(gè)調(diào)門對(duì)應(yīng)的噴嘴通流截面積增大，保證夏季工況時(shí)機(jī)組可達(dá)銘牌出力。

客戶個(gè)人未來(lái)的信用情況只有逾期和未逾期兩種情況，目標(biāo)變量值y與其影響因素之間存在著復(fù)雜的非線性映射關(guān)系。SVM能夠利用核函數(shù)將原始數(shù)據(jù)映射到高維特征空間，在高維特征空間中尋求最優(yōu)劃分超平面，使兩側(cè)距平面最近的兩類樣本之間的距離γ最大化，從而預(yù)測(cè)客戶未來(lái)是否逾期。

此外，由于機(jī)組運(yùn)行方式與設(shè)計(jì)不同，使機(jī)組主汽壓與熱平衡圖偏差較大：在進(jìn)行1號(hào)機(jī)組通流改造時(shí)，上汽廠設(shè)計(jì)500 MW負(fù)荷以下采用2閥滑壓調(diào)節(jié)、高壓調(diào)門不調(diào)節(jié)的方式，但實(shí)際運(yùn)行中由于機(jī)組的一次調(diào)頻，第3個(gè)調(diào)門需保持25%左右的開度，導(dǎo)致主汽壓明顯低于設(shè)計(jì)值，特別是與熱平衡圖相比，偏差很大，對(duì)經(jīng)濟(jì)性造成較大影響，對(duì)平均供電煤耗至少有1～2 g/kWh的影響。為此，對(duì)高壓缸噴嘴進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，使之更加符合實(shí)際工況。

2 改造內(nèi)容

知識(shí)可視化(Knowledge Visualization)作為在科學(xué)計(jì)算可視化、信息可視化和數(shù)據(jù)可視化基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的新興研究領(lǐng)域，通過(guò)可視化的方式，知識(shí)可以被人們用來(lái)更好地存取、討論、評(píng)估和日常管理，這就為應(yīng)對(duì)信息時(shí)代人類所面臨的挑戰(zhàn)——快速獲取和掌握知識(shí)提供了有力的支持[2]。知識(shí)可視化在緩解知識(shí)飛速增長(zhǎng)所帶給人們壓力方面有著很重要的作用。

根據(jù)《發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)管理手冊(cè)》及《600 MW火電機(jī)組不同負(fù)荷下主蒸汽壓力變化對(duì)機(jī)組煤耗率影響的計(jì)算模型》可得

，供電煤耗試驗(yàn)值為292．46 g/kWh，在THA、75%THA、50%THA工況下，主汽壓力每變化0．1 MPa，供電煤耗變化率分別為0．035 6%、0．045 6%、0．049 9%，對(duì)應(yīng)的供電煤耗分別變化0．104、0．133、0．146，即噴嘴改造后供電煤耗分別下降了1．04、1．796、2．044。主汽壓變化對(duì)煤耗率的影響隨著負(fù)荷的降低而增大，負(fù)荷越高，主汽壓變化對(duì)煤耗率的影響越小，反之則越大。此外，負(fù)荷越低，主汽壓降低越明顯，節(jié)能效果也越顯著

。按照表3所列的3種工況計(jì)算平均供電煤耗。

具體改造方案為：第一閥序?yàn)?、4號(hào)調(diào)節(jié)汽門，對(duì)應(yīng)噴組數(shù)各22個(gè)，2VWO流量為1 218 t/h，功率454 MW；第二閥序?yàn)?號(hào)調(diào)節(jié)汽閥，對(duì)應(yīng)噴嘴數(shù)27個(gè)，3VWO流量1 685 t/h，功率607 MW；第三閥序?yàn)?號(hào)調(diào)節(jié)汽閥，對(duì)應(yīng)噴嘴25個(gè)，4VWO流量1 930 t/h，功率661 MW。改造后高壓缸調(diào)門及噴嘴布置圖見圖2，改造前后噴嘴參數(shù)對(duì)比見表1。

3 改造后經(jīng)濟(jì)性分析

新的順序閥閥序綜合考慮了噴嘴的優(yōu)化和機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在順序閥模式下，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)、軸承金屬溫度、軸向位移、主蒸汽壓力等主要參數(shù)均在可控范圍內(nèi)。在480 MW負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行了順序閥向單閥、單閥向順序閥的切換試驗(yàn)，切換時(shí)間為8 min，負(fù)荷波動(dòng)小于3 MW，主汽壓力波動(dòng)小于0．5 Mpa。機(jī)組在順序閥模式下各負(fù)荷點(diǎn)工況運(yùn)行穩(wěn)定，瓦溫、振動(dòng)與閥門關(guān)閉試驗(yàn)階段基本相符。改造前后主汽壓力的對(duì)比見表2。

閥門流量特性不準(zhǔn)確會(huì)影響機(jī)組的快速響應(yīng)，閥門開啟順序會(huì)影響機(jī)組在部分負(fù)荷時(shí)高壓缸軸承瓦溫和振動(dòng)，順序閥模式時(shí)閥門的重疊度會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。改造后由于噴嘴的布置和總面積較之前有了變化，故原高調(diào)門流量特性及控制參數(shù)不再合適，需重新試驗(yàn)和計(jì)算，使單閥、順序閥的切換更平穩(wěn)、負(fù)荷擾動(dòng)更小、機(jī)組變負(fù)荷和一次調(diào)頻能力更強(qiáng)。改造后順序閥流量開度曲線見圖3。

因調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉不更換，故噴嘴的高度不改變，通過(guò)改變噴嘴的數(shù)量來(lái)調(diào)整各組噴嘴通流截面積，同時(shí)采用上汽廠噴嘴組型線優(yōu)化技術(shù)來(lái)減少葉柵的二次流損失，提高調(diào)節(jié)級(jí)效率。

平均供電煤耗=（1．395×0．875×1 744+1．919×0．675×4 136+2．043×0．5×592)÷（0．875×1 744+0．675×4 136+0．5×592)＝1．754 g/kWh。

根據(jù)試拌選定的配合比，在監(jiān)理見證下，從商品混凝土公司拌和樓料倉(cāng)、料罐中抽取各種原材料和拌和樓的拌和用水，送第三方檢測(cè)公司進(jìn)行配合比復(fù)核，同時(shí)進(jìn)行原材料堿含量、氯離子含量檢測(cè)，取得滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的配合比報(bào)告報(bào)監(jiān)理批復(fù)后使用。

按年發(fā)電量25億kWh計(jì)算，每年可節(jié)約4 386 tce，煤價(jià)以700元/t計(jì)算，年收益300多萬(wàn)元（項(xiàng)目總投資320萬(wàn)元）。此外，由于第一閥序通流截面大幅減小，可保證部分負(fù)荷下第二閥序的合適開度，既滿足了一次調(diào)頻，又減小了調(diào)門的節(jié)流損失，且第三閥序較大的通流面積保證了夏季工況下達(dá)到額定負(fù)荷。

4 結(jié)論

1號(hào)機(jī)組高壓缸噴嘴改造后運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，一次調(diào)頻滿足電網(wǎng)要求，在常用負(fù)荷段滿足第三閥序開度在20%以上，節(jié)流損失大幅減小，同時(shí)主汽壓升高明顯，有效提高了機(jī)組運(yùn)行效率。

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