西屋引進型300MW汽輪機調門運行優化試驗

劉峰

【摘 要】針對國內大量的西屋引進型300MW汽輪機，進行了調門運行優化的試驗研究，在理論、試驗方法和結果實施上作了大量探索和改進，結果表明，上海生產的該型汽輪機，以3閥滑壓-定壓運行最為經濟。

【關鍵詞】300MW汽輪機 調門優化 試驗

【中圖分類號】 F407.471【文獻標識碼】B【文章編號】1672-5158（2013）07-0289-01

為充分利用現有設備，為優化操作提供可靠的技術依據，安徽省電力科學研究院與淮北國安電廠合作，完成了國安#1機的調門尋優試驗工作。試驗選用上海汽輪機廠生產的西屋引進型300MW汽輪機，配置6個調節閥，型號完全一致，額定工況設計熱耗7921kJ/kW.h。按常規，試驗安排50%，60%，70%，80%等4個負荷點。

一、試驗工況和試驗儀表

300MW汽輪機3閥一般最多能帶200MW左右，而4閥的最大負荷大約為250MW。因此50%和60%負荷都安排了3、4、5閥工況，雖然調門較多，但這些工況已經足夠，最優工況必定包含在其中，見（表1）試驗工況。

*國安#1機試驗用的是6閥工況。

試驗儀表尋優試驗和汽輪機常規熱力試驗不同，理論上并不要求絕對的精度，但由于待選的工況都比較好，相互之間經濟性差別小，因此，試驗難度主要在正確區分這微小的差別上。

引進型300MW汽輪機的主汽流量是根據調節級后參數計算得到的，精度很差，試驗中不能使用。調查中發現，國內大機組的主流量表普遍精度不好，有些甚至誤差達到10%。在老的國產機組中，還突出表現在給水流量加上過熱器減溫水量與主汽流量之間顯著不平衡。主流量表誤差大，使機組熱力試驗誤差增加，結果只能用來進行大修前后的比較，也使反平衡能耗結果不可信。因此，恢復主流量表應有的精度，是大機組節能的重要基礎工作。

80%負荷附近，鍋爐往往要使用大量過熱器減溫水，特別是一級減溫水。更低一些的負荷下，調門開度很大時，過熱器減溫水量也可能很大。同一負荷下的不同工況，減溫水的用量可能有很大差別。如果這個流量測量誤差較大，則給主汽流量帶來誤差，而且這部分減溫水的單位流量吸熱量比給水大得多，不僅給熱耗結果帶來很大誤差，而且直接影響工況間的比較。因此，該流量同樣需要認真對待。

二、過橋漏汽量測量試驗

過橋汽封是所有汽封中最容易發生摩擦的，西屋引進型300MW汽輪機的過橋漏汽量往往大大超過設計值，如果熱耗計算中，該漏量按設計要求取值，則誤差較大。因此，需要安排兩個特殊的工況測量過橋漏汽量，汽輪機熱耗計算中，這個漏汽量以實測值為依據，與主汽流量成正比。試驗方法于1984年在美國發表，80年代末由西屋公司引入國內。

過橋漏汽量測量試驗工況如下：

（1）主汽溫度額定，再熱汽溫盡可能降低，最好到510℃；

（2）主汽溫度盡可能降低，最好到510℃，再熱汽溫額定。

其基本依據是，兩個工況下，中壓缸實際通流效率不變，由此可以得到漏汽量和中壓缸進汽量的比，即漏汽率。試驗中，一、二次汽溫差別越大，結果越準確可靠。一、二次汽溫調節是試驗的關鍵，難度很大，因此，需要經驗豐富的運行人員操作。

我們對試驗方法進行了研究和改進，適當降低試驗負荷，不在額定負荷下完成，試驗時調門保持全開。在很大的負荷范圍內，只要不使用再熱器減溫水，漏汽率是不變的。試驗中最好不用再熱器減溫水，鍋爐用改變風量的方法調整蒸汽溫度。

我們對調節級后溫度、中壓缸排汽參數等測點的測量進行了誤差分析，結果表明，該試驗對這些參數的誤差比較敏感。因此，除了儀表外，試驗對參數穩定的要求很高，至少要達到汽輪機熱力試驗中對主要參數的穩定要求。

（3）試驗中鍋爐汽溫特性的影響和操作要點

為了客觀評價各調門位置的優劣，試驗中既需要使有關參數盡量接近設計值，例如一、二次汽溫，盡量減少鍋爐減溫水用量，同時，鍋爐調整又必須限制在一定的范圍內，特別是風量的調整，目的是在同負荷的不同工況中，盡量使鍋爐保持好的運行狀態，熱效率保持不變。

如果鍋爐燃燒器能夠擺動或配置再熱器煙氣擋板，則應當用來作為主要的汽溫調節手段。另外，在鍋爐燃燒調整工作比較好的機組上進行試驗，顯然更為合理。

（4）參數修正計算要點

同一負荷下，背壓修正可按常規方法進行，再熱器壓損可以不修正，因為它實際上不可控。各滑壓工況下，主汽壓力不修正，定壓工況下，也不修正，因為調門不在閥點位置，修正肯定會有誤差。

三、主要結論

國安#1機試驗于2003年5月完成，該機經大修后，性能較好，額定工況熱耗8287kJ/kW.h。鍋爐燃燒器火嘴可以擺動。限于現場條件，試驗儀表幾乎全部使用DAS和DEH儀表，只有發電機功率安裝了0.1級的試驗儀表，給水流量則選擇一臺變送器，直接讀取其輸出電流，根據節流件設計計算書得到最終流量。試驗結果如表2。結果表明，各負荷點大致都以壓力最高的閥點位置運行效益最佳。180MW工況4閥、5閥工況熱耗很高是由于使用超量減溫水的緣故，對此進行修正后，熱耗分別為8648/8688kJ/kW.h，其余工況減溫水用量很少，可以忽略。由于調門控制不可能允許在200MW處，由3閥突然轉為4閥運行，因此，我們建議的優化方式是200MW以內3閥滑壓，200MW以上全部定壓運行，這和制造廠建議的4閥-定壓方式不一致。上汽的產品通流面積一般比較大，包括調門，這可能是3閥滑壓比較經濟的原因。

由于最先開啟的3個調門都通向下缸，因此，我們建議，根據先下后上，對沖進汽的原則，調整調門的開啟順序，第3個開啟的調門應通向上缸。#1機2003年初大修前，過橋漏汽率為7%，大修后仍有3.5%，大大超過設計值1.4%。（表2）為國安#1機試驗結果。

試驗結果，仍是3閥-定壓最佳，優勢明顯，并在2003年10月投入使用，運行檢查表明，機組的能耗確實有所降低。為應對環境溫度的變化，在冬季、夏季和春秋兩季各使用一條主汽壓力-負荷曲線，結果表明，調門位置偏差較小，可以滿意。理論上，為準確地使調門位于閥點，可以用測得的真空或排汽溫度，對主汽壓力-負荷曲線作出實時修正，但比較復雜，還要考慮測點出現故障后的應對。對125MW和引進型300MW的多次試驗表明，雖然各負荷下，主汽壓力的變化范圍很大，但相互之間的實際汽耗差別較小，一般不超過3%，而最優閥點位置和原有方式的汽耗差別還要小得多。因此，為了更準確地實現閥點運行，可以制作最優閥點下，主汽壓力和主汽流量的關系曲線，先按主汽壓力-負荷曲線粗調，隨后根據主汽壓力-主汽流量細調，調門當然會更加準確。不過，這要改變目前調門控制的框架結構，難度很大。以上試驗，對于熱力系統泄漏不嚴重的西屋引進型300MW汽輪機（上汽6閥型），3閥滑壓-定壓的調門優化運行方式，具有普遍的意義。對于少數鍋爐汽溫明顯偏低的機組，4閥滑壓-定壓方式也是良好的選擇。