300MW汽機運行中調節閥單閥與順序閥切換問(wèn)題

　　伊川三電廠(chǎng)一期(2×300MW)工程汽輪機為N300-16.67-537/537型，該機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(dòng)式、具有DEH電液調節系統的機組。

　　為使汽機配汽機構在啟動(dòng)時(shí)，既能全周進(jìn)汽使汽缸及調節級葉片加熱均勻，又能在機組正常運行中減少調節閥的節流損失，提高效率，機組采用單閥/順序閥切換技術(shù)。“單閥”即調節閥同時(shí)開(kāi)啟或關(guān)閉的運行方式，“順序閥”即調節閥按設定的程序，根據負荷大小依次開(kāi)啟或關(guān)閉的運行方式。按制造廠(chǎng)規定：在機組投運后半年內要采用“單閥”方式啟動(dòng)及運行，半年后要切換到“順序閥”方式。伊川三電廠(chǎng)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(wèn)題作一簡(jiǎn)要記述。

1、調節閥特性

　　該機設2個(gè)主汽閥，6個(gè)調節閥，分別布置在汽機兩側，每個(gè)調節閥名義直徑137.4mm，每個(gè)調節閥對應一組噴嘴，每組噴嘴汽道9個(gè)(有效汽道8個(gè))，主汽閥喉部直徑330mm，當主汽閥與調節閥全開(kāi)時(shí)，總壓力損失系數0.96。調節閥布置方式如圖1所示。

圖1 調節閥布置圖

　　當順序閥方式運行時(shí)，高壓調節閥的開(kāi)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(mén)開(kāi)度與流量關(guān)系曲線(xiàn)如圖2所示。

圖2 順序閥狀態(tài)閥門(mén)開(kāi)度與流量關(guān)系曲線(xiàn)

　　當單閥方式運行時(shí)，6個(gè)調節閥門(mén)同時(shí)開(kāi)啟，也同時(shí)關(guān)閉，其調節閥開(kāi)度與流量關(guān)系如圖3所示。

圖3 單閥狀態(tài)閥門(mén)開(kāi)度與流量關(guān)系曲線(xiàn)

2、單閥/順序閥切換操作程序

　　切換操作在DEH畫(huà)面上進(jìn)行，當汽機處于某一穩定負荷狀態(tài)，首先打開(kāi)自動(dòng)控制畫(huà)面，然后點(diǎn)擊閥門(mén)模式，打開(kāi)操作端，操作端畫(huà)面如圖4所示。

圖4 操作端畫(huà)面

2.1、單閥切至順序閥

　　(1)確認汽機處于某一選定的負荷穩定狀態(tài)，然后打開(kāi)自動(dòng)控制畫(huà)面;

　　(2)點(diǎn)擊閥門(mén)模式，打開(kāi)操作端，點(diǎn)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(kāi)始，畫(huà)面狀態(tài)欄中閥門(mén)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(xiàn)開(kāi)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(huà)面狀態(tài)欄中閥門(mén)狀態(tài)將顯示/順序閥0閥門(mén)已從單閥切換為順序閥;

　　(6)切換時(shí)間5min~8min(可調)，當閥位參數值大于99.9%(閥門(mén)全開(kāi))或小于0.1%(閥門(mén)全關(guān)時(shí))，切換過(guò)程結束。

2.2、順序閥切單閥

　　(1)確定汽機處于某一選定的負荷穩定狀態(tài)，然后打開(kāi)自動(dòng)控制畫(huà)面;

　　(2)點(diǎn)擊“閥門(mén)模式”，打開(kāi)操作端，點(diǎn)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(kāi)始，畫(huà)面狀態(tài)欄中閥門(mén)狀態(tài)顯示消失，表示切換正進(jìn)行中;

　　(4)GV按單閥曲線(xiàn)開(kāi)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(huà)面狀態(tài)欄中閥門(mén)狀態(tài)顯示“單閥”，此時(shí)已從順序閥切換為單閥;

　　(6)切換時(shí)間5min～8min(可調)，當閥位參考值大于99.9%(閥門(mén)全開(kāi))或小于0.1%(閥門(mén)全關(guān))，切換結束。

3、關(guān)于無(wú)擾切換問(wèn)題

　　單閥/順序閥切換應在汽機穩定工況下進(jìn)行，此時(shí)汽機負荷N、蒸汽流量G和調門(mén)開(kāi)度H成函數關(guān)系：

N=f(G)=f(H)

　　由于該機6個(gè)調門(mén)幾何尺寸相同，流量特性基本一致(如不同可進(jìn)行閥門(mén)曲線(xiàn)修正)，則N、G、H之間成正比關(guān)系：

H0=K1H1 + K2H2

K1+K2=1

　　式中

　　H1為單閥方式調門(mén)開(kāi)度之和；H2為順序閥方式調門(mén)開(kāi)度之和；H0為切換過(guò)程調門(mén)開(kāi)度之和；K1為單閥系數；K2為順序閥系數；當單閥方式時(shí)，K1=1，K2=0;當順序閥方式時(shí)，K1=0，K2=1;如閥門(mén)處于切換中間狀態(tài)，0﹤K1﹤1，0﹤K2﹤1，K1+K2=1。

　　單閥系數乘以單閥開(kāi)度指令與順序閥系數乘以順序閥開(kāi)度指令相加之后得到的就是各閥實(shí)際開(kāi)度指令。兩種方式的指令都是根據當前負荷指令經(jīng)過(guò)單閥曲線(xiàn)和順序閥曲線(xiàn)轉換后求得的。

　　應該注意，由于調門(mén)開(kāi)度H與N的關(guān)系并非完全線(xiàn)性關(guān)系，將影響機組運行工況的變化。當調節系統處于開(kāi)環(huán)運行時(shí)進(jìn)行單閥/順序閥切換操作，就會(huì )出現不同程度的負荷擾動(dòng)。當投入功率閉環(huán)控制或調節級壓力閉環(huán)控制，負荷擾動(dòng)就會(huì )得到較大改善。投入功率閉環(huán)時(shí)，當實(shí)際功率與負荷設定值相差4%時(shí)，切換即自動(dòng)中止，當此差值達3%以?xún)葧r(shí)，切換自動(dòng)恢復，投入調節級壓力閉環(huán)時(shí)，則調節級壓力控制精度在1.5%以?xún)取?/p>

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(shí)，進(jìn)入汽機的蒸汽經(jīng)調節閥節流后進(jìn)入噴嘴，以全周進(jìn)汽方式進(jìn)入第一級動(dòng)葉做功，單閥運行有以下特點(diǎn)：當負荷減小時(shí)，隨著(zhù)調節閥的關(guān)小，汽機進(jìn)汽量減小，第一級前的壓力(p1)減小，汽輪機等熵焓降減小，在進(jìn)汽量和等熵焓降減小的雙重影響下，汽輪機功率明顯降低;當負荷增大時(shí)，調節閥開(kāi)大，增大進(jìn)汽量，其節流作用隨調節閥開(kāi)度增大而減小，在汽機較大負荷時(shí)，單閥與對應的順序閥有著(zhù)等效的閥門(mén)開(kāi)度時(shí)，兩者有著(zhù)近似的工況。

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

　　(3)單閥方式在閥門(mén)未全開(kāi)時(shí)由于存在調節閥節流損失，降低了汽機相對內效率，使汽機效率降低。

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

4.2、順序閥運行工況

　　當順序閥調節方式時(shí)，升負荷時(shí)主蒸汽經(jīng)過(guò)幾個(gè)依次開(kāi)啟的調節閥分別進(jìn)入對應的噴嘴室，再通向汽機的第一級(調節級);降負荷時(shí)調節閥依次關(guān)閉，開(kāi)啟的重疊度約為10%。在低負荷時(shí)只有一個(gè)部分開(kāi)啟的調門(mén)具有節流損失，它主要靠改變調節級的通流面積(改變部分進(jìn)汽度)來(lái)改變主蒸汽流量，從而達到改變負荷的目的(見(jiàn)圖5)：

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

圖5 調門(mén)開(kāi)度與調節級后壓力關(guān)系

　　該工況變化較為復雜，當負荷增加時(shí)，調節閥開(kāi)度增大，有兩種情況：當負荷超過(guò)設計工況時(shí)，噴嘴前壓力p0不變，噴嘴后壓力p1升高，則調節級的理想焓降ht相應減小;當負荷減小，調節門(mén)開(kāi)度小于設計工況時(shí)，由于調節閥逐漸關(guān)小，流量逐漸減小，調節級后的壓力逐漸降低，p0不變，調節級的理想焓降ht則相應增大。

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

　　從而可以得出順序閥運行的優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)汽輪機效率高，經(jīng)濟性好;

　　(2)即使在部分負荷工況(即僅同時(shí)開(kāi)啟1號、2號調節閥)時(shí)，其經(jīng)濟性也高于同工況下節流調節(單閥運行)。

5、單閥/順序閥切換工況及其問(wèn)題

5.1、單閥運行向順序閥切換

　　切換時(shí)汽機負荷維持不變，其工況變化有下述特點(diǎn)(表1)：

　　(1)汽機流量相應減�。�

N = G0.h η內 = 常數

　　當η內增加，h不變，G0相應減小。

　　(2)由于G=f(p)成正比關(guān)系，因此，各級壓力降低;

　　(3)調節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節方式級后蒸汽壓力、溫度變化曲線(xiàn)，供參考(見(jiàn)圖6、圖7)。

圖6 級后壓力-流量曲線(xiàn)

5.2、順序閥向單閥切換

　　切換時(shí)汽機負荷不變，其工況變化有以下特點(diǎn)(表2)：

　　(1)由于調門(mén)節流損失的影響，蒸汽流量增大;

　　(2)調節級壓力升高。

圖7 級后蒸汽溫度-流量曲線(xiàn)

　　5.3 切換時(shí)注意事項

　　(1)關(guān)于切換時(shí)汽機負荷的選擇：為達到切換前后汽機工況變化較小的目的，一般應選擇在設計工況或稍低于設計工況，因此時(shí)不論是單閥方式或順序閥方式，調節閥開(kāi)度都處于較小的節流狀態(tài);

　　(2)切換時(shí)主汽壓力及溫度、真空要穩定，以減少由此而引起的調節級溫度變化過(guò)大;

　　(3)要注意再熱溫度的調整，因切換后高排溫度的變化引起再熱溫度變化;

　　(4)注意調節系統的運行情況，防止調速系統擺動(dòng)。

6、結論

　　(1)該機采用了單閥/順序閥切換技術(shù)，在機組啟動(dòng)時(shí)全周進(jìn)汽，使汽缸加熱均勻，以利于縮短啟動(dòng)時(shí)間，變工況時(shí)采用順序閥運行，減少調節閥節流損失，提高機組的經(jīng)濟性。對于定壓運行帶基本負荷工況或滑壓運行變負荷工況，調節閥開(kāi)度較大，調節閥節流損失較小，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節閥開(kāi)啟效果都基本相同的情況進(jìn)行，換句話(huà)說(shuō)也就是在定壓3/4額定負荷或滑壓運行4閥全開(kāi)時(shí)進(jìn)行，以使工況變化最小。

　　(3)“切換”過(guò)程中要保持機組負荷、汽壓、汽溫、真空度穩定，輔機及附屬設備運行正常。