1000Mw超超临界机组协调控制系统节能优化试验研究

宫广正

（神华国华太仓发电有限公司，江苏太仓  215433）

摘要：为了挖掘机组的节能潜力，在分析滑压曲线存在的问题的基础上，在不同负荷点及汽轮机调节汽门开度下进行了机组滑压运行优化试验，得出发电热耗率、供电煤耗和主蒸汽压力与机组负荷的关系曲线．依据试验结果，重新分析并确定机组在各个负荷段主蒸汽压力的设定值，保持调节汽门开度在45%以减少汽轮机调节汽门的节流损失，寻求机组最佳的经济运行方式。通过机组滑压曲线优化调整，机组供电煤耗平均降低约0.83 g/(kW-h)，同时改善了机组低负荷工况的经济性，达到了预期效果．

关键词：超超临界直流炉；背压修正：滑压优化

中图分类号：TK323 文献标志码：B 文章编号：1004-9649（2015）10-0028-05

0引言

 由于滑压曲线与最优运行曲线存在一定差异为了挖掘机组的节能潜力、提高机组在不同负荷段的经济性，宁海电厂在不进行设备改造的基础上，依据机组的热力性能试验并结合浙汀省电力科学研究院的试验结果，在保证机组的协调控制系统的响应能力的情况下，对5号及6号机组进行滑压运行优化，按获得的最优滑压运行曲线计算，供电煤耗平均可以降低0.83 g/(kW-h)，取得了很好的节能效果．

1机组简介

 宁海电厂5号和6号机组采用上海汽轮机厂生产的1000 MW一次中间再热超超临界双背压凝汽式汽轮机，锅炉为』二海锅炉厂有限公司引进Alstom-Power公司技术生产的1 000 MW超超临界一次再热、单炉膛单切圆燃烧直流炉。在运行参数和热力系统运行状态基本不变的情况下．机组负荷与主蒸汽流量成正比例关系，主蒸汽流量与主蒸汽压力和汽轮机高压调节汽门开度成正比例关系。因此，相同负荷工况下，主蒸汽压力和高压调节汽门开度基本成反比例关系。机组正常运行时采用滑压方式运行（即变负荷运行时高压调节汽门开度不变，由主蒸汽压力控制机组负荷）．在低负荷工况运行时，由于汽轮机进汽压力较低．难以满足AGC快速负荷响应的要求。因此，电厂一般通过关小高压调节汽门来提高运行主蒸汽压力，利用充足的高压调节汽门调节余量来满足AGC速率的要求。相同负荷情况下，高压调节汽门开度减小对机组运行经济性会造成两方面影响。一方面，主蒸汽压力提高使机组循环热效率上升．对运行经济性产生了有利影响；另一方面，随着汽轮机高压调节汽门开度减小，调节汽门节流损失增大，由主蒸汽门前参数和高压缸排汽参数计算的高压缸效率下降。同时，进汽压力提高使得蒸汽比热上升，高压缸排汽温度下降，循环吸热量增加，循环热效率下降，并且因给水泵功耗上升使小汽轮机耗汽量增加，汽轮机做功量减少。调节汽门节流损失增大、高压缸排汽温度下降和小汽轮机耗汽量增加等因素均将对机组运行经济性造成不利影响。因此，本项优化研究旨在确定各负荷工况下较合适的主蒸汽压力，即滑压曲线，在确保机组安全性和可控性前提下使得运行经济性最佳。

2系统滑压曲线介绍及存在问题

宁海电厂滑压设定是根据机组负荷变化而变化的，负荷小于200 MW时压力设定值保持在8.5MPa不变；当负荷大于200 MW时．机组为滑压运行状态，压力设定根据厂家给定的机组压力负荷曲线得出，压力设定值是机组的目标负荷的折线函数，压力设定曲线如图1所示。

 机组在运行时，尤其是高负荷投运AGC时，汽轮机调节汽门不仅要响应负荷指令，还要防止主蒸汽压力与温度超调。尤其是当主蒸汽压力低时．协调系统巾的压力拉回回路将动作，调节汽门关小来提高主蒸汽压力。这样，机组运行时调节汽门在一定的范围内波动，宁海电厂汽轮机调节汽门日常保持在26.5%-38.5%运行，机组节流损失较大，经济性不高。

3滑压优化工况

参考同型机组滑压优化试验反映出的该型汽轮机运行特点．初步认为调节汽门开度越大经济性越好。为使高压调节汽门保留一定的负荷控制余量，以45%开度作为优化运行方式的高压调节汽门状态。根据5号、6号机组日常调峰运行时高压调节汽门实际运行开度在26.5% -38.5%的现状．选取35%高压调节汽门开度工况作为参考工况．由此确定每一负荷点设置调节汽门全开、优化滑压、参考滑压和日常滑压4种方式进行对比试验。实际试验工况及参数如表l所示。

4机组滑压优化分析

4.1  机组优化滑压方式的确定

 本次优化在机组日常调峰负荷段设置了1000、900、800、700、600和500 MW 6个负荷点，对调节汽门全开（调节汽门开度100%）、优化滑压（调节汽门开度45%）、参考滑压(调节汽门开度35%)和日常滑压4种宁海电厂机组运行方式进行经济性比较。相同负荷点下不同滑压方式各工况修正后负荷存在差异，试验结果直接比较缺乏合理性．因此将各工况试验计算结果绘制成发电热耗与发电机输出功率的关系曲线，用以进行不同滑压方式下机组运行经济性的比较。

图2为不同调节开度下机组热耗率随负荷变化的情况。由图2可见，调节汽门全开方式发电热耗最低．优化滑压方式时热耗较低，参考滑压方式发电热耗高于前2种，日常滑压（调节汽门开度在26.5%）方式热耗最高，即汽轮机高压调节汽门开度越大，节流损失越小，发电热耗越低，经济性越好。但是，由于机组要响应AGC和一次调频两个细则，调节汽门不可能全开，从这一点出发．只有在预留机组AGC和一次调频调节裕量的基础上．选择最优的运行方式和节能方式，从机组的试验效果来看，调节汽门开度在45%是最优的经济运行方式。

从图2中几条曲线相对差异来看，调节汽门开度45%的优化滑压方式热耗曲线与调节汽门全开滑压方式热耗曲线非常接近．即2种运行方式的经济性差异非常小。而从各负荷工况2种运行方式的主蒸汽压力关系来看，优化滑压方式主蒸汽压力约比调节汽门全开方式高3.6%。由此可推断．在相同主蒸汽压力情况下，与调节汽门全开方式相比．调节汽门开度45%的优化滑压方式存在约3.6%的负荷调节余量．对应满负荷工况约36MW.对应500 MW工况约18 MW.应能满足AGC和一次调频的要求。

图3为4种运行方式下机组供电煤耗率随负荷变化的情况，纵坐标为基于修正的发电热耗和锅炉效率计算得到的供电煤耗率．横坐标为修正的发电机输出功率。

 与图2中的曲线相比．图3中的曲线包含了锅炉效率和厂用电率的影响因素。由图3可知，各负荷工况下．不同滑压运行方式供电煤耗最大差异在2 g/(kW-h)以内。相同负荷工况不同滑压方式煤耗计算时锅炉效率、厂用电率和管道效率采用同一值，因此，不同滑压方式供电煤耗差异与发电热耗差异规律相同．即调节汽门全开方式煤耗最低，优化滑压方式次之，日常滑压方式相对最高。

4.2优化滑压方式与日常滑压方式经济性比较

根据图3中供电煤耗与负荷关系拟合曲线可计算出各负荷点优化滑压方式与日常滑压方式的经济性差异．如表2、表3所示。

表2数据表明．1 000-500 MW日常调峰负荷范围内，优化滑压方式比日常滑压方式机组发电热耗有不同程度下降，平均下降约21 kj/(kW-h)，相对偏差约0.27%。

 由表3可知．1 000-500 MW日常调峰负荷范围内．与日常滑压方式相比．采用优化滑压方式后．机组供电煤耗将随发电热耗相应降低．平均可降低约0.83 g/(kW-h)。

4.3  优化滑压方式与日常滑压方式主蒸汽压力比较

图4为采用不同调节汽门开度的滑压曲线。优化滑压方式下不同负荷的主蒸汽压力比日常滑压方式要低。计算出的各工况在优化滑压方式下的主蒸汽压力如表4所示。将表4数据作为滑压曲线设置在DCS中作为协调控制的滑压曲线．初步可实现机组优化滑压的节能运行方式。

根据表4．机组负荷在900 MW以下时．优化滑压方式下的主蒸汽压力比日常滑压方式降低1.6 MPa。机组负荷在900 MW以上时，高压调节汽门开度差异较小．2种滑压方式的主蒸汽压力偏差很小。机组负荷在I 000 MW时．2种滑压方式的主蒸汽压力均接近于26.34 MPa。由于试验在机组负荷为500-1 000 MW之间进行．对于500 MW以下，将优化的滑压曲线向下延伸，并经过平滑处理：因0-200 MW负荷段采用8.5 MPa同定的压力运行．优化的滑压曲线可向下延伸至8.5 MPa.机组在负荷为320 MW时进入干态运行．此时需将主蒸汽压力控制略高．调节汽门开度控制在38%左右．有利于机组的运行和协调控制系统的稳定性。根据机组的历史运行数据，将调节汽门开度在38%左右的主蒸汽压力作为设定值，机组负荷在500 -1  000  MW时以45%的开度运行．1 000 MW以上则可采用26.34 MPa定压运行。最终得出 320-1 000 MW负荷区间主蒸汽压力由8.5 MPa到26.34 MPa优化的复合滑压曲线。

4.4优化滑压曲线的背压补偿修正

优化滑压曲线的目的是节能，降低节流损失。优化后．汽轮机高压调节汽门开度应尽可能保持在45%．若高压调节汽门在机组稳定运行时，偏离45%较大，滑压曲线应该进行修正。实际运行中，因锅炉吹灰、过、再热器减温等可控参数偏离设计值，会有一定差异，尤其是季节变更，冬季和夏季时，循环水温度差异较大．影响真空的变化．在相同的主蒸汽压力下，调节汽门的开度偏差较大。因此，为使滑压曲线满足不同季节的要求，必须对真空进行补偿，根据厂家设计的补偿公式，计算方法为

 对于未配备测量背压绝对值的机组，背压可通过下列方式计算：一种是排汽温度对应的饱和压力：另一种是凝汽器真空。如果DCS没有设置准确的大气压力测量点，超过4 kPa将造成20 MW以上的负荷修正量偏差。因此，相对而言，低压缸排汽温度测量值更准确，可以用来确定凝汽器背压．

4.5优化滑压曲线的效果和应用

优化的滑压方式是在500-1 000 MW负荷时．高压调节汽门开度45%采用该方式运行，同时修正协调控制系统的负荷前馈的微分作用．强化负荷变化加煤加水，从而补充调节汽门裕量不足，具体方法如下：引入负荷微分前馈，可以补偿锅炉动态特性的延迟和惯性，加快负荷响应速度：同时．将汽轮机、锅炉控制指令和功率信号作为前馈信号构成一定的静态关系，并将前馈信号作为汽轮机锅炉控制指令的基本组成部分，保证机组的输入能量和能量需求的平衡，在变负荷时，前馈控制起到粗调的作用。除了修正协调前馈的作用．还修改了给水焓值控制的静态煤水比和动态补偿回路（见图5）。

5结语

 针对宁海电厂汽轮机的特点，通过试验数据对比．在确保AGC和一次调频功能的前提下，通过保留机组的调节裕量、修改滑压曲线的设定值，使机组在运行时调节汽门的开度保持在45%左右，达到最佳节能效果。同时针对季节性环境温度的变化．修改真空对主蒸汽压力的影响，最终将调节汽门开度控制在45%．使优化后的机组供电煤耗平均降低约0.83 g/(kW-h)，达到预期效果。