大唐哈一热配汽典型案例介绍.docx

一、 用户概况
大唐哈尔滨第一热电厂由大唐黑龙江发电有限公司投资建设，位于哈尔滨市群力新区。2007年11月19日获得国家发改委的核准，电厂一期工程建设2×300MW供热机组，于2009年12月28日实现双投。是我国东北地区唯一一家融“烟塔合一、无旁路脱硫、脱硝及GIS高位布置”等国际先进技术于一体的热电企业。供热面积1200余万平方米，可替代小锅炉366台，每年可使哈尔滨市烟尘和SO2排放量分别减少85%和52%。
投产以来，哈一热电厂深入研究生产废弃物的综合利用价值，迎合市场需求，统筹考虑技术成本投入和产品经济附加值，围绕粉煤灰蒸砖、热水销售、褐煤提质等十余项增利因素，在各项增利措施和相关产业的协调发展下，为企业创造了可观的经济效益，对发电主业形成了有力支撑。哈一热电厂经受住市场的严峻考验，稳步迈入了增盈创效的崭新阶段，企业生产、经营管理水平再上新台阶，实现各项经济指标位居集团公司前列，在挑战面前创造了骄人的工作业绩。哈一热电厂先后荣获市级年度安全文化示范企业；省级劳动关系和谐企业；全国能源化学系统“工人先锋号”；全国“五一”劳动奖状、黑龙江省“五一”劳动奖状；2×300MW新建工程国家优质工程银奖；全国工人先锋号称号；电力行业AAA级信用企业；全国模范“职工之家”称号；全国电力系统企业文化建设先进单位；中国大唐集团公司“两型”企业称号；中国大唐集团公司一流企业等多项荣誉称号。
二、 项目背景
大唐哈尔滨第一热电厂#1机组是哈汽厂生产的300MW级别机组，其存在如下的运行问题：
1、 机组顺序阀进汽顺序为#1+#2→#3→#4开启规律，由于原配汽规律设计重叠度不合理，引起阀门节流损失较大，导致机组低负荷运行时经济性较差；
2、 高负荷段机组阀门摆动过大；
3、机组流量特性曲线未按照机组自身调门特性进行优化设计，目前高调门的流量曲线计算流量与实际流量偏差较大，不利于调节稳定性，存在优化潜力；
4、此外，#1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；
5、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。
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。
本汽轮机配汽优化课题组针对目前电厂普遍存在的问题，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。本配汽优化技术能够实现对大唐哈尔滨第一热电厂#1机组的配汽优化，改善其运行安全性和经济性。
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。大唐哈尔滨第一热电厂#1机组的喷嘴布置图如下：

图2-1 300MW机组高调门和喷嘴组的布置情况
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。 以原进汽顺序为#1+#2→#3→#4为例，开关实验过程一般如下：
1、试验前准备工作：
该试验需要大范围变化4个高压调节阀门的开度，而对机组负荷和主汽压力值没有要求，因此为了配合试验的进行，试验前需要作如下准备：
1)解除AGC协调控制；
2)主汽压力设定改为手动模式调节，以便能够根据需要手动调整主蒸汽压力设定值；
3)在原顺序阀运行状态下，将机组升负荷至300MW左右，适当降低机组运行主汽压，达到所有阀门全部开启；
4)4阀全开为试验的开始。
2、试验过程：
首先，在机组顺序阀运行状态下，将机组升负荷至300MW左右，将机组的运行方式切换至阀控方式或功控方式，适当降低机组运行主汽压，使机组的4个高调门全部开启。
阀门开关试验步骤如下
1)在4个高调门全开的基础上，逐步降负荷运行，并实现3阀点、2阀点运行，最终实现最先开启的两个调门开度为45%；
2)在最先开启的两个调门开度为45%的基础上，逐步升荷运行，并实现2阀点、3阀点，最终实现4个高调门全开；
试验结束，恢复机组正常运行，进行试验数据的采集。试验数据的采集通过DCS、DEH或者SIS系统，选择试验方案要求的相应测点（一般为40个左右），输入实验进行的时间段，以csv或txt的格式导出到文件夹，并用电厂的光盘对数据文件进行刻录，或者用格式化的U盘进行拷贝，带回公司进行分析计算。
数据采集需要注意以下事项：
1、试验数据采集时间间隔最好保证是等间隔1s，这是由于现有的数据处理程序是等间隔1s的，处理出的结果能保证其精确度。
2、若系统采集1s 时间间隔时需分采集段过多，过于麻烦，试验数据时间间隔应尽可能小。
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。
热态试验结束，恢复机组正常运行，进行试验数据的采集。试验数据的采集通过DCS、DEH或者SIS系统，选择试验方案要求的相应测点（一般为40个左右），输入实验进行的时间段，以csv或txt的格式导出到文件夹，并用电厂的光盘对数据文件进行刻录，或者用格式化的U盘进行拷贝，带回公司进行分析计算。
数据采集需要注意以下事项：
1、试验数据采集时间间隔最好保证是等间隔1s，这是由于现有的数据处理程序是等间隔1s的，处理出的结果能保证其精确度。
2、若系统采集1s 时间间隔时需分采集段过多，过于麻烦，试验数据时间间隔应尽可能小。
四、 数据处理
首先数据时间间隔必须保证是等间隔1s，如果不是，则需要通过利用公司现有的插值程序进行处理；其次需要将同一时段内所需的测点都按照实验室标准表格样本的格式整理在同一表格内，测点名称和顺序应与标准表格中的一致；最后利用公司现有的matlab程序读取该表格数据，并运行生成数据变化趋势图，供技术人员进行计算分析。
五、 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：
选取采集数据的160MW~270MW负荷段，对机组同流量状态下带负荷对比，机组在中低负荷段的经济性得到明显改善，相同流量区间，机组带负荷能力得到提高；而在280MW以上负荷段带负荷能力基本相同。
选取采集数据的160MW~270MW相同负荷段，对机组进行高压缸效率计算。为了消除机组动态变化及储能等对效率计算的影响，采用行业普遍认可的综合平均修正方法对机组经济性改善情况进行评价，得到的效率对比；很明显，配汽优化后机组安全投运顺序阀运行，利用实际运行数据计算得到机组在160～270MW运行高压缸效率平均提高0.5%左右折合煤耗大约为0.3g/KWh，运行经济性提高。

经济性改善情况对比表：

优化前后实际流量下的高压缸效率对比
实际流量（%）
65%
70%
73%
75%
80%
优化前（%）
76.4
78.39
79.9
80.45
82.44
优化后（%）
76.48
79.14
80.35
81.23
82.93
增量（%）
0.08
0.75
0.45
0.78
0.49
表5-1 优化前后实际流量下的高压缸效率对比

图5-1 优化前后实际流量下的高压缸效率对比

优化前后的高压缸效率对比

负荷点（MW）
190
200
210
220
230
240
优化前
76.68
78.18
78.68
80.8
81.5
82.48
优化后（%）
77.08
78.72
79.98
80.92
81.9
82.56
增量（%）
0.4
0.54
1.3
0.12
0.4
0.08
表5-2 优化前后实际负荷下的高压缸效率对比

图5-2 优化前的流量特性曲线

图5-3 优化后的流量特性曲线
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。