300MW汽機(jī)運行中調(diào)節(jié)閥單閥與順序閥切換問題

　　伊川三電廠一期(2×300MW)工程汽輪機(jī)為N300-16.67-537/537型，該機(jī)是采用美國西屋公司技術(shù)經(jīng)多次改進(jìn)優(yōu)化后生產(chǎn)的單軸兩缸兩排汽反動式、具有DEH電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的機(jī)組。

　　為使汽機(jī)配汽機(jī)構(gòu)在啟動時，既能全周進(jìn)汽使汽缸及調(diào)節(jié)級葉片加熱均勻，又能在機(jī)組正常運行中減少調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，提高效率，機(jī)組采用單閥/順序閥切換技術(shù)。“單閥”即調(diào)節(jié)閥同時開啟或關(guān)閉的運行方式，“順序閥”即調(diào)節(jié)閥按設(shè)定的程序，根據(jù)負(fù)荷大小依次開啟或關(guān)閉的運行方式。按制造廠規(guī)定：在機(jī)組投運后半年內(nèi)要采用“單閥”方式啟動及運行，半年后要切換到“順序閥”方式。伊川三電廠按以上要求于2006年3月1日進(jìn)行了切換試驗，較為順利。以下將有關(guān)問題作一簡要記述。

1、調(diào)節(jié)閥特性

　　該機(jī)設(shè)2個主汽閥，6個調(diào)節(jié)閥，分別布置在汽機(jī)兩側(cè)，每個調(diào)節(jié)閥名義直徑137.4mm，每個調(diào)節(jié)閥對應(yīng)一組噴嘴，每組噴嘴汽道9個(有效汽道8個)，主汽閥喉部直徑330mm，當(dāng)主汽閥與調(diào)節(jié)閥全開時，總壓力損失系數(shù)0.96。調(diào)節(jié)閥布置方式如圖1所示。

圖1 調(diào)節(jié)閥布置圖

　　當(dāng)順序閥方式運行時，高壓調(diào)節(jié)閥的開啟順序是GV1號/GV2號→GV4號→GV5號→GV6號→GV3號。關(guān)閉順序相反。閥門開度與流量關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 順序閥狀態(tài)閥門開度與流量關(guān)系曲線

　　當(dāng)單閥方式運行時，6個調(diào)節(jié)閥門同時開啟，也同時關(guān)閉，其調(diào)節(jié)閥開度與流量關(guān)系如圖3所示。

圖3 單閥狀態(tài)閥門開度與流量關(guān)系曲線

2、單閥/順序閥切換操作程序

　　切換操作在DEH畫面上進(jìn)行，當(dāng)汽機(jī)處于某一穩(wěn)定負(fù)荷狀態(tài)，首先打開自動控制畫面，然后點擊閥門模式，打開操作端，操作端畫面如圖4所示。

圖4 操作端畫面

2.1、單閥切至順序閥

　　(1)確認(rèn)汽機(jī)處于某一選定的負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)，然后打開自動控制畫面;

　　(2)點擊閥門模式，打開操作端，點擊順序閥按鈕;

　　(3)“切順序閥”按鈕變黃，“切換進(jìn)行中”變紅閃爍，單閥向順序閥切換開始，畫面狀態(tài)欄中閥門狀態(tài)顯示消失，表示切換正進(jìn)行中;

　　(4)GV按照順序閥曲線開啟或關(guān)閉;

　　(5)“切換進(jìn)行中”停止閃爍并變綠，表示切換完成，畫面狀態(tài)欄中閥門狀態(tài)將顯示/順序閥0閥門已從單閥切換為順序閥;

　　(6)切換時間5min~8min(可調(diào))，當(dāng)閥位參數(shù)值大于99.9%(閥門全開)或小于0.1%(閥門全關(guān)時)，切換過程結(jié)束。

2.2、順序閥切單閥

　　(1)確定汽機(jī)處于某一選定的負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)，然后打開自動控制畫面;

　　(2)點擊“閥門模式”，打開操作端，點擊“切換單閥”;

　　(3)“切換單閥”按鈕變黃，“切換進(jìn)行中”按鈕變紅閃爍，順序閥向單閥切換開始，畫面狀態(tài)欄中閥門狀態(tài)顯示消失，表示切換正進(jìn)行中;

　　(4)GV按單閥曲線開啟或關(guān)閉;

　　(5)“切換進(jìn)行中”按鈕停止閃爍并變綠，表示切換完成，畫面狀態(tài)欄中閥門狀態(tài)顯示“單閥”，此時已從順序閥切換為單閥;

　　(6)切換時間5min～8min(可調(diào))，當(dāng)閥位參考值大于99.9%(閥門全開)或小于0.1%(閥門全關(guān))，切換結(jié)束。

3、關(guān)于無擾切換問題

　　單閥/順序閥切換應(yīng)在汽機(jī)穩(wěn)定工況下進(jìn)行，此時汽機(jī)負(fù)荷N、蒸汽流量G和調(diào)門開度H成函數(shù)關(guān)系：

N=f(G)=f(H)

　　由于該機(jī)6個調(diào)門幾何尺寸相同，流量特性基本一致(如不同可進(jìn)行閥門曲線修正)，則N、G、H之間成正比關(guān)系：

H0=K1H1 + K2H2

K1+K2=1

　　式中

　　H1為單閥方式調(diào)門開度之和；H2為順序閥方式調(diào)門開度之和；H0為切換過程調(diào)門開度之和；K1為單閥系數(shù)；K2為順序閥系數(shù)；當(dāng)單閥方式時，K1=1，K2=0;當(dāng)順序閥方式時，K1=0，K2=1;如閥門處于切換中間狀態(tài)，0﹤K1﹤1，0﹤K2﹤1，K1+K2=1。

　　單閥系數(shù)乘以單閥開度指令與順序閥系數(shù)乘以順序閥開度指令相加之后得到的就是各閥實際開度指令。兩種方式的指令都是根據(jù)當(dāng)前負(fù)荷指令經(jīng)過單閥曲線和順序閥曲線轉(zhuǎn)換后求得的。

　　應(yīng)該注意，由于調(diào)門開度H與N的關(guān)系并非完全線性關(guān)系，將影響機(jī)組運行工況的變化。當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于開環(huán)運行時進(jìn)行單閥/順序閥切換操作，就會出現(xiàn)不同程度的負(fù)荷擾動。當(dāng)投入功率閉環(huán)控制或調(diào)節(jié)級壓力閉環(huán)控制，負(fù)荷擾動就會得到較大改善。投入功率閉環(huán)時，當(dāng)實際功率與負(fù)荷設(shè)定值相差4%時，切換即自動中止，當(dāng)此差值達(dá)3%以內(nèi)時，切換自動恢復(fù)，投入調(diào)節(jié)級壓力閉環(huán)時，則調(diào)節(jié)級壓力控制精度在1.5%以內(nèi)。

4、單閥/順序閥運行工況

4.1、單閥運行工況

　　(1)單閥方式運行時，進(jìn)入汽機(jī)的蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)閥節(jié)流后進(jìn)入噴嘴，以全周進(jìn)汽方式進(jìn)入第一級動葉做功，單閥運行有以下特點：當(dāng)負(fù)荷減小時，隨著調(diào)節(jié)閥的關(guān)小，汽機(jī)進(jìn)汽量減小，第一級前的壓力(p1)減小，汽輪機(jī)等熵焓降減小，在進(jìn)汽量和等熵焓降減小的雙重影響下，汽輪機(jī)功率明顯降低;當(dāng)負(fù)荷增大時，調(diào)節(jié)閥開大，增大進(jìn)汽量，其節(jié)流作用隨調(diào)節(jié)閥開度增大而減小，在汽機(jī)較大負(fù)荷時，單閥與對應(yīng)的順序閥有著等效的閥門開度時，兩者有著近似的工況。

　　(2)由于單閥運行，汽機(jī)第一級通流面積不隨工況變化而改變，這時第一級級前壓力與流量成正比：G變動/G設(shè)計=p1變動/p1設(shè)計。

　　(3)單閥方式在閥門未全開時由于存在調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失，降低了汽機(jī)相對內(nèi)效率，使汽機(jī)效率降低。

　　(4)單閥方式運行最大的優(yōu)點在于全周進(jìn)汽，在啟停過程中轉(zhuǎn)子及汽缸受熱均勻，減少上下缸溫差。在變工況下，各級溫度變化小，變負(fù)荷壽命消耗少，有利于提高升負(fù)荷速率。

4.2、順序閥運行工況

　　當(dāng)順序閥調(diào)節(jié)方式時，升負(fù)荷時主蒸汽經(jīng)過幾個依次開啟的調(diào)節(jié)閥分別進(jìn)入對應(yīng)的噴嘴室，再通向汽機(jī)的第一級(調(diào)節(jié)級);降負(fù)荷時調(diào)節(jié)閥依次關(guān)閉，開啟的重疊度約為10%。在低負(fù)荷時只有一個部分開啟的調(diào)門具有節(jié)流損失，它主要靠改變調(diào)節(jié)級的通流面積(改變部分進(jìn)汽度)來改變主蒸汽流量，從而達(dá)到改變負(fù)荷的目的(見圖5)：

N=f(G0)=f(F.V)

圖5 調(diào)門開度與調(diào)節(jié)級后壓力關(guān)系

　　該工況變化較為復(fù)雜，當(dāng)負(fù)荷增加時，調(diào)節(jié)閥開度增大，有兩種情況：當(dāng)負(fù)荷超過設(shè)計工況時，噴嘴前壓力p0不變，噴嘴后壓力p1升高，則調(diào)節(jié)級的理想焓降ht相應(yīng)減小;當(dāng)負(fù)荷減小，調(diào)節(jié)門開度小于設(shè)計工況時，由于調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小，流量逐漸減小，調(diào)節(jié)級后的壓力逐漸降低，p0不變，調(diào)節(jié)級的理想焓降ht則相應(yīng)增大。

　　在變工況時，調(diào)節(jié)級焓降變化較大，由于熱焓與蒸汽壓力和溫度有著對應(yīng)的關(guān)系，因此，調(diào)節(jié)級壓力及溫度變化就大，從而使轉(zhuǎn)子和汽缸產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。所以流量變化要注意調(diào)節(jié)級金屬溫度變化情況，不能超過允許值。

　　從而可以得出順序閥運行的優(yōu)點：

　　(1)汽輪機(jī)效率高，經(jīng)濟(jì)性好;

　　(2)即使在部分負(fù)荷工況(即僅同時開啟1號、2號調(diào)節(jié)閥)時，其經(jīng)濟(jì)性也高于同工況下節(jié)流調(diào)節(jié)(單閥運行)。

5、單閥/順序閥切換工況及其問題

5.1、單閥運行向順序閥切換

　　切換時汽機(jī)負(fù)荷維持不變，其工況變化有下述特點(表1)：

　　(1)汽機(jī)流量相應(yīng)減�。�

N = G0.h η內(nèi) = 常數(shù)

　　當(dāng)η內(nèi)增加，h不變，G0相應(yīng)減小。

　　(2)由于G=f(p)成正比關(guān)系，因此，各級壓力降低;

　　(3)調(diào)節(jié)級及未級焓降變化大，引起該級的溫度變化較大;

　　(4)各壓力級焓降變化較小，各級溫度隨蒸汽流量減小而降低。

　　(5)為描述清楚，以下摘錄典型的順序閥調(diào)節(jié)方式級后蒸汽壓力、溫度變化曲線，供參考(見圖6、圖7)。

圖6 級后壓力-流量曲線

5.2、順序閥向單閥切換

　　切換時汽機(jī)負(fù)荷不變，其工況變化有以下特點(表2)：

　　(1)由于調(diào)門節(jié)流損失的影響，蒸汽流量增大;

　　(2)調(diào)節(jié)級壓力升高。

圖7 級后蒸汽溫度-流量曲線

　　5.3 切換時注意事項

　　(1)關(guān)于切換時汽機(jī)負(fù)荷的選擇：為達(dá)到切換前后汽機(jī)工況變化較小的目的，一般應(yīng)選擇在設(shè)計工況或稍低于設(shè)計工況，因此時不論是單閥方式或順序閥方式，調(diào)節(jié)閥開度都處于較小的節(jié)流狀態(tài);

　　(2)切換時主汽壓力及溫度、真空要穩(wěn)定，以減少由此而引起的調(diào)節(jié)級溫度變化過大;

　　(3)要注意再熱溫度的調(diào)整，因切換后高排溫度的變化引起再熱溫度變化;

　　(4)注意調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行情況，防止調(diào)速系統(tǒng)擺動。

6、結(jié)論

　　(1)該機(jī)采用了單閥/順序閥切換技術(shù)，在機(jī)組啟動時全周進(jìn)汽，使汽缸加熱均勻，以利于縮短啟動時間，變工況時采用順序閥運行，減少調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。對于定壓運行帶基本負(fù)荷工況或滑壓運行變負(fù)荷工況，調(diào)節(jié)閥開度較大，調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失較小，兩種運行方式差異都很小，不論采用單閥或順序閥其效果基本相同。

　　(2)“切換”要選擇在兩種方式下其調(diào)節(jié)閥開啟效果都基本相同的情況進(jìn)行，換句話說也就是在定壓3/4額定負(fù)荷或滑壓運行4閥全開時進(jìn)行，以使工況變化最小。

　　(3)“切換”過程中要保持機(jī)組負(fù)荷、汽壓、汽溫、真空度穩(wěn)定，輔機(jī)及附屬設(shè)備運行正常。