200 MW级间接空冷机组的运行调研及综合优化潜力分析

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(1.华电呼伦贝尔褐煤多联产有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021000;2.哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001;3.包头东华热电有限公司，内蒙古 包头 014040)

200 MW级间接空冷机组的运行调研及综合优化潜力分析

孟宪彬1,马世喜2,刘娇2,王如祥3

(1.华电呼伦贝尔褐煤多联产有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021000;2.哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001;3.包头东华热电有限公司，内蒙古 包头 014040)

空冷机组背压随环境条件的变化范围较大，其不同环境条件下的运行安全性和经济性等相对湿冷机组都可能会出现较大的差异性，需要进行单独的研究。本文对不同配汽规律的几台间接空冷机组的实际运行状况进行了调研，包括机组运行的安全性、经济性以及调节性能。依靠机组的实际运行数据分析机组的优化潜力，并从阀门管理角度给出相应优化改造建议，以提高机组在冬季和夏季的运行安全性和经济性等，以期实现火电厂的安全运行和节能减排的两大目的，最终效果良好。这对我国200 MW以及其他级别空冷机组的安全经济运行及综合优化改造具有一定的借鉴作用。

200 MW；间接空冷；运行状况；配汽规律；安全经济；综合优化；调研分析

0 引言

目前，国内200 MW～600 MW级别的空冷机组在我国缺水的北方还占有一定的比例，其最大的特点就是背压受环境气象条件(如气温，风速及风向性能、厂址海拔标高及厂址处的大气压力等)的影响大，变化范围极大[1-2]。空冷机组一般包括直接空冷和间接空冷两种，虽然间接空冷系统相对于直接空冷系统对环境气象条件的敏感性和受环境气象条件影响变化较小，但是间接空冷机组在不同季节(如冬季和夏季)和时间点(如中午和晚上)的背压范围变化仍较大，其运行安全性和经济性等在不同环境因素下相对湿冷机组都存在较大的差异性[3]。然而，如何有效地发现空冷机组在运行中存在的问题，确定提高运行方式的安全性和经济性，是电厂节能发展的一个重要方面[4-8]。尤其是在保证机组安全运行的基础上，最大限度的降低发电煤耗，切实提高机组运行的热经济性，是科学发展观对电厂提出的现实要求。目前，对于200 MW级别的空冷机组的研究多数处于冷端优化，如直接空冷机组一般可以通过空冷岛风机的变频改造来控制机组运行背压，提高机组的整体运行效率[9]。然而，针对空冷机组还可以从阀门管理优化角度进行分析研究[10]。

本文对两种不同配汽设计规律的几台间接空冷机组的实际运行状况进行了调研，包括机组运行的安全性、经济性以及调节性能。依靠机组的实际运行数据分析机组的优化潜力，并从阀门管理角度给出相应优化改造建议，以提高机组在冬季和夏季的运行安全性和经济性等，以期实现火电厂的安全运行和节能减排的两大目的。这对我国空冷机组(尤其是200 MW级别空冷机组)的安全经济运行及综合优化改造具有一定的借鉴作用。

1 机组实际运行状况的调研

所调研机组为东方汽轮机厂生产的200 MW汽轮机(型号NJK200/262-12.7/535/535)，为单轴一次中间再热三缸双排汽间接空冷凝汽式汽轮机。机组额定功率为200 MW(ECR工况)，最大功率为218.8 MW(VWO工况)；额定新蒸汽为(高压主汽阀前)12.75 MPa/535℃，再热蒸汽为(中压调节汽阀前)2.428 MPa/535℃；背压为10.55 kPa；额定新汽流量为604 t/h；最大新汽流量为670 t/h；采暖抽汽压力范围为0.2～0.55 MPa；配汽方式为全电调(阀门管理)，转速为3 000 r/min，如图1所示，机组阀门配置，开启顺序为1+2→3→4，从汽机向发电机方向看为顺时针方向。由于，这几台机组的高压调节阀门配汽规律设计曲线是不同。因此，本次调研中，根据汽轮机高调门配汽设计规律，针对两种配汽规律的机组，分别进行了运行数据调研。

图1 机组阀门配置和开启顺序

1.1 机组运行参数

如图2～图5所示，为第一类配汽设计规律机组的运行参数的调研结果：调研运行参数数据的采集区间内机组处于变负荷运行阶段，功率参数变化区间为70～200 MW，主汽压参数变化区间为8～13 MPa之间，主汽温参数变化区间为520～540℃，背压参数变化区间为-78～-66 kPa。

图2 第一类配汽规律机组功率参数变化区间

如图6～图9所示，为第二类配汽设计规律机组运行参数的调研结果：调研运行参数数据的采集区间内机组处于变负荷运行阶段，功率参数变化区间为90～200 MW，主汽压参数变化区间为9～13 MPa之间，主汽温参数变化区间为520～540℃，背压参数变化区间为-78～-63 kPa。

图3 第一类配汽规律机组汽压参数变化区间

图4 第一类配汽规律机组汽温参数变化区间

图5 第一类配汽规律机组背压参数变化区间

图6 第二类配汽规律机组功率参数变化区间

图7 第二类配汽规律机组汽压参数变化区间

图8 第二类配汽规律机组汽温参数变化区间

图9 第二类配汽规律机组背压参数变化区间

1.2 机组轴系安全稳定性

如图10～图13所示，为第一类配汽设计规律机组运行参数的调研结果：机组变负荷运行时的轴振稳定性较差，尤其是#1瓦轴振高达200 μm；而瓦温变化比较平稳，最高也没有超过75℃。

图10 第一类配汽规律机组#1～#2轴振参数变化图

图11 第一类配汽规律机组#3轴振参数变化图

图12 第一类配汽规律机组#1瓦温参数变化图

图13 第一类配汽规律机组#2～#3瓦温参数变化图

如图14～图17所示，为第二类配汽设计规律机组运行参数的调研结果：机组变负荷运行时的轴振稳定性较差，尤其是#1瓦轴振高达180 μm；而瓦温变化比较平稳，最高也没有超过72℃。

图14 第二类配汽规律机组#1～#2轴振参数变化图

图15 第二类配汽规律机组#3轴振参数变化图

图16 第二类配汽规律机组#1瓦温参数变化图

图17 第二类配汽规律机组#2～#3瓦温参数变化图

1.3 高调门顺序阀的配汽规律

如图18～图19所示，为第一类配汽设计规律下的高调门开启过程和开启规律。如图20～图21所示，为第二类配汽设计规律下的高调门开启过程和开启规律。

图18 第一类配汽规律机组调门开度变化图

图19 第一类配汽规律机组顺序阀配汽设计规律

图20 第二类配汽规律机组调门开度变化图

图21 第二类配汽规律机组顺序阀配汽设计规律

1.4 变负荷调节特性

如图22～图23所示，为第一类配汽设计规律下的抗燃油油压波动情况及综合流量特性曲线的线性度图。如图24～图25所示，为第一类配汽设计规律下的抗燃油油压波动情况以及综合流量特性曲线的线性度图。

图22 第一类配汽规律机组油动机油压变化图

图23 第一类配汽规律机组的综合流量特性曲线线性度

图24 第二类配汽规律机组油动机油压变化图

图25 第二类配汽规律机组的综合流量特性曲线线性度

2 机组综合优化潜力分析及改造建议

通过对上述机组的运行参数进行对比分析，发现这两种配汽规律的机组在阀门管理优化方面存在进一步的优化潜力，具体如下所述。

2.1 改善机组安全性的改造建议

所调研的两种配汽规律下的机组，在顺序阀方式下运行时，变负荷过程中#1瓦振动均超出报警值范围，最大为190 μm多，接近跳机值250 μm，安全性较差；此外， EH油压波动也稍微有一些大。上述事实表明：高调门的开启规律存在不利因素，导致机组在变负荷时出现轴振变化大，EH油压波动偏大的问题。通过阀门管理优化，优化机组的阀门开启顺序和开启规律，可以缓解这些由于配汽不合理而产生的振动偏大和EH油压波动较大等安全问题[11-13]。

2.2 提高机组经济性的改造建议方案

从调门开启过程图中可以看出：机组在低负荷时#1、#2号调门同时开启，接下来#3号调门开启，最后#4号调门开启。结合图1(机组的喷嘴组布置以及喷嘴数目)可以发现，#1、#2号喷嘴数目为13个，#3号喷嘴数目为12个，#4号喷嘴数目为14个。由此可见，目前的这种汽轮机调门开启规律在低负荷区时，喷嘴数目较多的调门开度较小，节流损失较大，尤其是对于空冷机组，在冬季时会导致机组低负荷运行的经济性较低。而对于夏季运行时的空冷机组来说，由于背压较高机组在低负荷时的阀门开度较大汽耗率较大，可以考虑让喷嘴数目较多的阀门开满，让喷嘴数目少的阀门进行调节，减小节流损失，提高运行经济性。因此，考虑到机组喷嘴数目的差异，通过优化调门的开启顺序，进行阀门重组，将有助于提高机组在冬夏季的低负荷运行经济性。

2.3 增强机组调节性能的改造建议

此外，#3、#4号调门开启特性过陡，当机组运行在这一调门开启的重叠区域附近时，将导致#3、#4号调门在0%～10%之间摆动，这也将直接导致EH油压波动剧烈，这对机组的调门参与负荷调节时将产生不利影响。从机组综合流量特性曲线线性度图中可以看出，在整个变负荷过程中，单阀和顺序阀工作机组的综合流量特性曲线线性度都不理想，对于机组的运行会产生一定的影响，如影响机组的AGC和一次调频能力，这些可以通过配汽优化改造对其进行改进[14-15]。

3 结论及展望

本文对不同配汽规律的几台间接空冷机组的实际运行状况进行了调研，通过分析实际运行数据研究机组的优化潜力，并从阀门管理角度给出相应优化改造建议，以提高机组在冬季和夏季的运行安全性和经济性等。考虑到机组4个喷嘴组喷嘴数目存在差异，针对季节和负荷进行阀门重组，将有助于提高机组低负荷区的运行经济性；并且，#3、#4号调门的开启规律设置不合理，导致#1瓦轴振变化范围较大，EH油压波动也偏大，使机组存在安全隐患；此外，机组的高调门流量特性曲线线性度较差，会导致AGC和一次调频等调节能力下降。因此，从安全角度、调节性能角度以及经济性角度来讲，机组都具有阀门管理优化改造潜力。这对我国200 MW以及其他级别空冷机组的安全经济运行及综合优化改造具有一定的借鉴作用。

[1]郭钰锋,秦华,于达仁,等.冷却空气迎面风速和温度对直接空冷系统动态特性的影响[J].中国电机工程学报,2008,28(29):22-27.

[2]林伯强.中国能源战略调整和能源政策优化研究[J].电网与清洁能源，2012，28(1)：1-3.

[3]张建华,玉炜,葛喜坤,等.电站的三种空气冷却方式分析[J].节能技术,1996(1):39241.

[4]任贵龙,孙佳南,梁秀珍.高效节能330 MW超临界空冷供热汽轮机组的研制[J].节能技术,2010,28(2):122-125．

[5]张占安，蔡兴国.考虑碳排效权交易的短期节能调度[J].电网与清洁能源,2012,28(1):60-66.

[6]谭海昆.提高空冷机组经济性的研究[J].华北电力技术,1998,(1).

[7]李静.200 MW空冷机组运行参数实时考核系统的研究与实现[D].北京:华北电力大学,2007.

[8]赵静.直接空冷机组冷端热力特性仿真与节能研究[D].北京：河北联合大学,2011.

[9]王占宽,尹朝忠,胡安民,等.直接空冷机组运行模式的经济性分析[J].内蒙古电力技术,2009,27(6):21-23.

[10]张攀,徐则林,杨涛,等.四阀亚临界机组中低负荷区域运行提效研究[J].节能技术,2012,30(6):524-527.

[11]于达仁,刘占生,李强,等.汽轮机配汽设计的优化[J].动力工程,2007,27(1):1-5.

[12]刘贤东,刘建东,乔增熙,等.超临界机组顺序阀优化改造研究[J].节能技术,2011,29(2):153-158.

[13]Daren Yu,Yanfeng Duan,Jinfu Liu,Zhansheng Liu,Qinghua Hu.Experimental Study on Fault Caused by Partial Arc Steam Forces and Its Economic Solution.ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power,2010,132(6):064501.

[14]郭玉峰,徐志强,于达仁．汽轮机调节原理[M]．北京：机械工业出版社，2009.

[15]关海平,焦晓亮,乔增熙,等．600 MW汽轮发电机组运行状况的调研分析[J]．节能技术,2011,29(1):57-60．

TheActualOperatingConditionsResearchandIntegratedOptimizationPotentialAnalysisfrom200MWLevelIndirectAirCoolingUnit

MENG Xian-bin1,MA Shi-xi2,LIU Jiao2,WANG Ru-xiang3

(1.Huadian Hulunbeier lignite polygeneration Ltd,Hulunbeier 021000,China;2.Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China;3.China Huadian Baotou Donghua Heat and Power Corporation Limited,Baotou 014040,China)

With the changes in environmental conditions, air cooling unit backpressure varies greatly, and its operation under different environmental conditions and economic security are likely to be greatly different with other wet units. This paper focuses on the impact of steam distribution laws for several different indirect air cooling unit on actual operating conditions, including the safety of plant operation, economy and regulation performance. Relying on the actual operation of the unit optimization potential data analysis, and treansformation recommendations are put forward from the perspective of valves management in order to improve the safty and economy in winter and summer. This paper has a certain reference for 200MW and other levels of air cooling unit safe and economic operation and integrated optimization of transformation.

200 MW,Indirect air cooling unit; operating conditions; steam distribution laws; safety and conomy; synthesis optimization; research and analysis

2013-06-07修订稿日期2013-08-05

哈尔滨市应用技术研究与开发公关项目(2012DB2CP022)

孟宪彬(1960～)，男，硕士，高级工程师，从事发电运营管理和技术等方面的研究工作。

TK263.7+1

A

1002-6339 (2014) 01-0032-06