配汽典型案例介绍.docx

一、 项目背景
汽轮机阀门管理是DEH系统的一个重要组成部分。DEH系统根据阀门的调节方式，通过阀门管理把控制回路输出的流量信号转变为各个调节阀的开度指令，驱使相应的阀门开启到要求位置，从而实现对转速或功率的调节。目前，提高汽轮机效率的方法主要有两种，一种是通过对汽轮机进行结构上的改造实现，另一种则是通过汽轮机控制系统优化实现，其中阀门管理优化是提高汽轮机效率的重要途径。
汽轮机是一种以蒸汽为动力，将蒸汽的能量转化成机械功的旋转机械，广泛应用于现代大型发电系统中。为满足用户实际用电量需求，汽轮机必须经常调整其功率，以使电机功率与外界变动的负荷保持平衡。改变汽轮机功率最直接、最有效的方式就是控制其进汽量，进汽量发生变化时汽轮机的功率也会随之发生变化，即配汽。一般来讲，汽轮机配汽有两种方式，即单阀和多阀（也称顺序阀）。单阀是指在汽轮机高压缸进汽时，各高压调节阀门同时进汽，此时各高压调节阀门的指令和开度都是一样的。多阀是指在汽轮机进汽时采用单个高压调节阀门逐步进汽，各个高压调节阀门的指令和开度都是不一样的，各调节阀按照一定的顺序有计划地动作从而改变汽轮机的进汽面积。由于阀门流量的非线性特性，调整阀门开启速度、开启次序、开启重叠度等，理论上来说，单阀配汽和多阀配汽方式又各自衍生出无穷多个配汽方式。实际中考虑种种限制，为了使机组运行安全、运行稳定，或效率最高，通常只有有限种配汽方式。在机组实际运行的过程中，根据安全性、稳定性、经济性等不同需求，需要及时在这几种有限的配汽方式之间进行切换。例如，一般情况下，机组启动时采用单阀方式运行，以保证汽缸转子受热均匀、机组运行灵活性好；机组日常运行时采用多阀方式运行，以保证机组较高的效率和经济性。而多阀方式下，不同配汽方式又对应不同的效率曲线。为了使相对内效率最高，机组运行经济性好，各种多阀配汽方式之间又需要进行切换。
设计配汽规律和获取准确的阀门流量特性是阀门管理的重要组成部分。配汽规律指汽轮机的负荷发生变化时，各调节阀门的开度随负荷变化的规律。当配汽规律设计不合理时，会致使轴系受力不均衡，在部分负荷区将产生很大的横向汽流力，使轴心位置必然发生变化，产生不对中故障，并且使轴承的工作特性发生改变，发生轴承失稳、轴振幅值增加的现象，另外轴心的大幅偏移也导致了瓦温的升高，可能引发更严重的烧瓦事故，严重影响汽轮机运行的安全性。为了提高机组运行的安全性，则只能采用节流调节方式以减小配汽不平衡汽流力，但节流调节会产生很大的节流损失，严重影响机组运行经济性。同时，在进行配汽规律设计时，需要借助调节级流量特性曲线。调节级流量特性曲线一般是通过理论计算即调节级变工况计算得到的。然而，只通过调节级变工况计算理论，无法实现对阀门流量特性的准确辨识。因此机组在实际运行中，会因为设计曲线与实际曲线不匹配而导致机组功率波动，阀门流量特性线性度不好的问题，影响机组运行的稳定性，如果机组的流量线性度差，会导致机组的自动发电控制（AGC）和一次调频等调节性能下降。
汽轮机的高调门配汽方式虽然只是汽轮机调节系统的一个组成部分，但是对机组的安全性和经济性有着重要的影响，其设计必须综合热力学、气体动力学、转子动力学等相关专业的理论和知识，进行系统的理论和试验研究。
国内许多电厂机组存在如下的运行问题：
1、 由于出厂时原配汽规律设计、顺序阀进汽顺序不合理，机组部分负荷区间运行轴振较大，导致顺阀规律无法正常投运，影响机组安全运行；且阀门节流损失较大，影响机组运行经济性，存在优化空间。
2、 有的电厂机组在检修后，阀门流量特性发生改变，原规律已经无法满足机组运行安全性、经济性及调节稳定性的要求，需按照机组自身特性进行优化设计，存在优化潜力。
3、机组阀门开启重叠度设计不合理，节流损失较大；
4、配汽不平衡汽流力较大，不利于轴系运行稳定性，存在安全性优化空间；
5、机组阀门综合流量特性曲线的线性度较差，这对机组的AGC和一次调频能力都会有很大的影响，间接影响机组的运行经济性，影响电厂的间接运行效益，存在经济性优化空间；
6、机组的阀门开启规律设计不合理，导致阀门动作平稳性较差，加大了设备原件的磨损，降低使用寿命，影响了电厂运行的间接经济性。
本汽轮机配汽优化课题组针对目前电厂普遍存在的上述问题，历时多年研究，系统、细致地分析了配汽方式对机组安全性、经济性的影响，并且进行了大量的理论分析和实验研究，建立了一套完整的汽轮机配汽方式的综合分析和优化设计方法，提高了机组的安全性和效率，并在实际工程中有着丰富的改造经验，在业界得到广泛承认，拥有众多的不可比拟优势。
二、 项目实施情况
配汽优化的项目实施主要分为四个部分：优化潜力分析、确定优化思路、阀门开关试验、热态调整试验。
l 优化潜力分析
配汽优化潜力分析是从电厂采集机组正常运行情况下的单阀、顺序阀（开启顺序按原阀序）运行数据，专业技术人员利用数据分析软件工具，以及长时间积累的行业经验对数据进行分析，从而确定能从哪几个方面对机组进行优化，以及进行优化的潜力评估。配汽优化通常包括以下几个方面：改变顺序阀开启顺序、优化阀门流量特性曲线、优化喷嘴重叠度等。
l 确定优化思路
1、设计优化实验
根据机组的高调门布置图和目前的高调门进汽顺序，进行配汽优化的总体实验设计，所设计的优化实验不会影响机组的正常运行；并且根据试验结果进行综合分析，选取优化方案。
2、多目标的综合优化
根据试验结果，考虑热力学、气体动力学、转子动力学等相关专业的理论和知识，将机组的经济性、安全性以及调节性能等问题做多目标优化，设计兼顾调节效率、高压缸效率、瓦温、轴振、阀门流量特性线性度等所有因素的配汽规律。
3、高调门流量特性的准确辨识
对汽轮机高压调节阀门进行流量特性辨识这也是整个配汽优化的核心，因为，阀门流量特性辨识的准确性直接影响机组的安全性、经济性以及调节性能。
4、配汽规律在线修改
采用在线修改配汽规律的技术，机组运行期间即可完成配汽优化改造，避免由于改造影响机组正常运行所带来的经济损失；并且使机组及时采用优化后的配汽规律，使机组尽可能早的经济运行，提高电厂效益。
5、本配汽优化技术的特色和优势
本配汽综合优化技术具有以下几个特色：
1)配汽规律曲线的流量准确辨识；
2)配汽规律曲线的流量变工况计算；流量特性曲线较好的线性度；
3)阀门优化重组，针对机组运行负荷提高经济性。兼顾瓦温，轴振优化设计提高安全性；
4)合理优化阀门开启重叠度
本阀门管理优化技术首先通过机组的实际调研，根据调研结果和调节级变工况理论计算，结合本单位研制开发的阀门流量特性辨识软件和阀门重组优化软件，对机组进行阀门管理优化设计，并且给出1~2套阀门管理优化方案；然后，经过机组实际运行数据，对方案进行修正，给出最终的方案；最后，经过阀门开关试验的结果，对所给出的配汽规律进行校验，给出方案的选择顺序，确定最优方案，从而，通过多次综合优化设计，达到最优的配汽效果。
l 阀门开关试验
阀门开关试验是指改造前阀门顺序的开启和关闭试验。由于机组顺序阀变负荷运行时存在调门摆动、轴振较高等问题，为此，需要进行改造前阀门顺序开启试验，进一步验证根据机组部分进汽所产生的水平和垂直方向汽流力对轴承振动和瓦温的影响，从而选取在满足轴承振动和瓦温的情况下的全新配汽规律，并考虑各轴系承载、机组投运顺序阀的各种复杂工况下，通过进一步的修正达到最优。电厂开关试验结束之后进行试验数据采集，带回实验室进行分析计算，确定最优阀序、优化流量特性曲线，或者最优喷嘴重叠度。
以原进汽顺序为#1+#2→#3→#4为例，开关实验过程一般如下：
1、#1、#3高压调节阀门顺序开启和关闭试验
将机组升负荷至180MW左右，适当降低机组运行主汽压，使机组的四个高调门全部开启。
1)在#1、#2、#3、#4号四个高压调节阀门全部开启的基础上，逐步关小#3号高压调节阀门的开度，最终实现#1、#2、#4号高压调节阀门完全开启，而#3号高压调节阀门完全关闭；
2)在#1、#2、#4号高压调节阀门三阀全开的基础上，逐步关小#1号高压调节阀门的开度，最终实现#2、#4号高压调节阀门完全开启，而#1、#3号高压调节阀门完全关闭；
3)在#2、#4号高压调节阀门两阀全开的基础上，同步关小#2、#4号高压调节阀开度，最终实现#2、#4号高压调节阀门开度为50%；
4)在#2、#4号高压调节阀门开度为35%的基础上，逐步同时开大#2、#4号高压调节阀门的开度至全开；
5)在#2、#4号高压调节阀门全开的基础上，逐步开大#1号高压调节阀门的开度至全开，然后再逐步开大#3号高压调节阀门的开度，最终实现#1、#2、#3、#4号4个高调门完全开启。
2、#2、#4高压调节阀门顺序开启和关闭试验
1)在上面试验基础上，逐步关小#4号高压调节阀门的开度，最终实现#1、#2、#3号高压调节阀门完全开启，而#4号高压调节阀门完全关闭；
2)在#1、#2、#3号高压调节阀门三阀全开的基础上，逐步关小#2号高压调节阀门的开度，最终实现#1、#3号高压调节阀门完全开启，而#2、#4号高压调节阀门完全关闭；
3)在#1、#3号高压调节阀门全开的基础上，同步关小#1、#3号高压调节阀开度，最终实现#1、#3号高压调节阀门开度为50%；
4)在#1、#3号高压调节阀门开度为50%的基础上，逐步同时开大#1、#3号高压调节阀门的开度至全开；
5)逐步开大#2号高压调节阀门的开度至全开，然后再逐步开大#4号高压调节阀门的开度，最终实现#1、#2、#3、#4号4个高压调节阀门完全开启。
3、#2、#3、#4三个高调门开度45%开#1测试试验
1）在机组#1高调门强制全关，#2、#3、#4三个高调门开度45%的基础上，将#1高调门切换至手动，逐步开启#1高调门的开度，至#1高调门开度为27%； 而#2、#3、#4高调门保持45%开度不变，试验结束。
l 热态调整试验
根据阀门开关的试验结果，设计全新的配汽规律，并在机组单阀运行方式下，在线直接将顺序阀的规律修改成新的配汽规律，避免由于停机进行阀门管理优化改造影响机组正常运行所带来的经济损失。然后，在此基础上就可以直接进行单阀——顺序阀切换以及顺序阀控制的热态试验。
热态试验的目的在于考查机组带负荷过程中，在顺序阀控制以及单阀——顺序阀切换控制过程中的稳定性和可靠性，轴承不同的负荷下瓦温、轴振和瓦振等是否合格。同时，由于变负荷时存在调门摆动、瓦温高等问题，为了能够彻底综合解决此问题，需作进一步的热态调整试验，保证新规律对轴承和阀体均满足要求，实现配汽优化的最优效果。
根据阀门开关的试验结果，设计全新的配汽规律，并且在机组单阀运行方式下，在线直接将顺序阀的规律修改成新的配汽规律，避免由于阀门管理优化改造影响机组正常运行所带来的经济损失。然后，在此基础上就可以直接进行单阀——顺序阀切换以及顺序阀控制的热态试验。将热态调整试验数据采回，再次进行分析，并进行优化经济性成果评估，出分析报告。
四、 优化成果
通过本配汽综合优化技术，对电厂机组进行优化改造，预期可以取得的效果如下：
1、在机组运行的安全稳定性方面：
1)配汽优化后，可以明显改善机组阀门的综合流量特性曲线的线性度，解决由于机组流量特性曲线较差引起的调门异常性调节性摆动问题；
2)配汽优化改造后，优化机组配汽不平衡汽流力，使机组的瓦温或者轴振得到一定程度的改善，改善顺序阀的轴振和瓦温平稳水平，解决轴振突增问题。
3)目前，在顺序阀运行状态下，机组轴振突增，最大轴振值经常超过报警值运行，存在安全隐患，预计改造后轴振可控制在安全运行范围内，并远离报警值；
2、在机组运行的直接经济性方面：
1)优化阀门开启顺序，解决轴振问题使机组安全投运顺序阀，提高机组运行经济性；
2)对于机组阀门开启重叠度进行合理优化设计，降低节流损失；
3)整体上，通过对机组配汽优化改造，预期在某一常运行负荷段，可降低机组发电煤耗0.5~1g/KWh左右；
3、在机组运行的间接经济性方面：
1)优化高调门的开启规律，减少原件磨损、增强使用寿命，减小日常维护费用，间接提高机组运行的经济性；
2)改善机组的高调门流量特性曲线线性度，提高机组的调节性能，间接提高电厂的运行经济性（如提高AGC和一次调频能力，减小电网惩罚甚至争取电网更多的调峰调频响应奖励），增加电厂运行效益；