國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型600MW汽輪機(jī)單順序閥運(yùn)行邏輯修改方案

1、國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型600MW 汽輪機(jī)單順序閥運(yùn)行邏輯修改方案喬桂增 劉曉慧（山東中華發(fā)電有限公司聊城發(fā)電廠 山東 聊城 252033）摘要：針對(duì)聊城發(fā)電廠2×600MW 機(jī)組單順閥切換中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出邏輯修改方案，優(yōu)化了閥門開啟順序及重疊度，并進(jìn)行試驗(yàn)。解決了原設(shè)計(jì)閥序運(yùn)行中存在的問(wèn)題，試驗(yàn)的結(jié)果在同類型機(jī)組中具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值，對(duì)該類型機(jī)組制造設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞：閥門管理；單閥；順序閥；試驗(yàn)1 前言山東中華發(fā)電有限公司聊城發(fā)電廠是國(guó)家“九五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是山東電網(wǎng)西部重要的電源支撐點(diǎn)、華北電網(wǎng)與山東電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的重要聯(lián)結(jié)樞紐。電廠按4×60萬(wàn)千瓦機(jī)組規(guī)劃，分兩期

2、建設(shè)。一期工程建設(shè)2×60萬(wàn)千瓦燃煤機(jī)組，項(xiàng)目法人為山東中華發(fā)電有限公司，工程于1998年批復(fù)初步設(shè)計(jì)，1998年12月26日開工建設(shè)，兩臺(tái)機(jī)組相繼于2002年9月28和2003年8月18日投入試生產(chǎn)，汽輪機(jī)由上海汽輪機(jī)有限公司（STC ）采用美國(guó)西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的600MW 汽輪機(jī)組，為亞臨界參數(shù)、單軸四缸四排汽、具有一次中間再熱的凝汽式機(jī)組。本機(jī)組整個(gè)通流部分共58級(jí)葉片，其中高壓缸1+11級(jí)，中壓缸2×9級(jí)，低壓缸4×7級(jí)；調(diào)節(jié)級(jí)葉片為三聯(lián)體葉片，低壓缸末二級(jí)動(dòng)葉片為調(diào)頻葉片，其余葉片均為不調(diào)頻葉片；調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴及動(dòng)葉采用最新的2193E 、2175型線，并在

3、噴嘴外壁采用子午面型線通道；高、中壓缸及低壓前四級(jí)葉片全部采用根據(jù)可控渦原理設(shè)計(jì)的新葉型；中壓缸及低壓前四級(jí)動(dòng)葉片為自帶圍帶結(jié)構(gòu)，并采用高強(qiáng)度的“P ”型葉根；低壓次末級(jí)靜動(dòng)葉為最新設(shè)計(jì)，末級(jí)動(dòng)葉采用新設(shè)計(jì)的905mm 葉片，整個(gè)軸系共配置11只徑向軸承。DEH 系統(tǒng)是采用上海新華控制工程有限公司（GE ）生產(chǎn)的DEH-A 。該系統(tǒng)除具有BTC （汽輪機(jī)基本控制）和ATC （汽輪機(jī)自啟動(dòng)控制）功能外，還具有監(jiān)視和保護(hù)功能。它可以完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、過(guò)程控制、高級(jí)控制、報(bào)警檢測(cè)、監(jiān)視、操作，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)、顯示、打印等處理，并提供組態(tài)和調(diào)試工具。從DEH-A 的總體結(jié)構(gòu)及應(yīng)用業(yè)績(jī)上看，它

4、已在600MW 以下容量機(jī)組成熟應(yīng)用，并得到積極推廣，逐步替代了進(jìn)口同類系統(tǒng)產(chǎn)品。在聊城發(fā)電廠DEH 系統(tǒng)上的應(yīng)用，是其在國(guó)內(nèi)600MW 類型機(jī)組上的首次嘗試。2 單順序閥切換的目的單、順序閥切換目的是為了提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，其實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)節(jié)與噴嘴調(diào)節(jié)的無(wú)擾切換，解決變負(fù)荷過(guò)程中的均熱要求與部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性的矛盾。單閥方式下，調(diào)節(jié)級(jí)全周進(jìn)汽，對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)葉片應(yīng)力控制有益，這樣可以以較快的速度變負(fù)荷，但另一方面，由于存在節(jié)流損失，在經(jīng)濟(jì)上不利，所以單閥方式下較適宜于負(fù)荷變動(dòng)工況。順序閥方式對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)級(jí)部分進(jìn)汽，由于減少了節(jié)流損失而提高了經(jīng)濟(jì)性，但同時(shí)葉片存在沖擊會(huì)產(chǎn)生部分應(yīng)力，因而對(duì)負(fù)荷變化

5、有一定的限制，機(jī)組在該方式運(yùn)行下，適應(yīng)于高負(fù)荷時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行工況，此時(shí)大部分閥門處于全開狀態(tài)，只有部分閥沒(méi)有開足，所以減少了節(jié)流損失。DEH 負(fù)荷控制原理：DEH 控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷要求，計(jì)算出與當(dāng)時(shí)主汽參數(shù)相對(duì)應(yīng)的流量值，經(jīng)過(guò)高低負(fù)荷限制，輸出到閥門管理程序，通過(guò)閥門管理程序換算成與之對(duì)應(yīng)的閥門開度。單閥運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)總的流量信號(hào)平均加到各個(gè)高壓調(diào)節(jié)門上；順序閥控制時(shí)，流入汽輪機(jī)的蒸汽流量是各閥門流量的總和，它將按順序依次加到GV1-G V4上，各閥門按順序啟閉，相鄰的兩個(gè)閥門在開啟時(shí)有一定的重疊度（前一閥門尚未完全開啟，下一閥便提前打開，這提前開啟的量，即為閥門的重疊度）。通常認(rèn)為當(dāng)閥門前

6、后的壓力比P2/P1=0.95-0.98時(shí)，閥門就算全開。重疊度的選取要經(jīng)過(guò)方案比較，一般以前一閥門開至閥門前、后的壓力比P2/P1=0.85-0.90時(shí)，后一閥就開始開啟為合適，而閥門流量特性曲線就是流量向閥門開度轉(zhuǎn)換的函數(shù)，如果流量曲線與實(shí)際有誤差，則在閥門切換過(guò)程中負(fù)荷變化就較大。3 存在問(wèn)題兩臺(tái)機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，均存在單閥切順序閥后#1、2瓦溫高振動(dòng)大問(wèn)題，50%負(fù)荷時(shí)最高瓦溫曾達(dá)到97，且隨著負(fù)荷的降低呈升高趨勢(shì)。04年8月10日#2機(jī)大修后性能試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)順序閥運(yùn)行負(fù)荷由600MW 緩調(diào)至540MW 時(shí)#2軸振由76um 突增至180um ，且上下起浮較大，#1、2瓦溫也分別由71、7

7、5突升至85、88，趨勢(shì)圖如圖1所示。 圖1 #2機(jī)組單順序閥切換時(shí)軸振、瓦溫波動(dòng)情況因此，兩臺(tái)機(jī)只能在單閥方式下運(yùn)行。根據(jù)上海汽輪機(jī)廠的計(jì)算，影響機(jī)組效率非常顯著，見表1。表1 機(jī)組效率對(duì)比表 經(jīng)多方咨詢，已投產(chǎn)的西屋進(jìn)口及國(guó)產(chǎn)化600MW 機(jī)組較多存在此問(wèn)題，各單位都在摸索試驗(yàn)階段，見表2。表2 機(jī)組進(jìn)汽方式調(diào)查表 4 邏輯修改方案4.1 原高壓調(diào)節(jié)汽門開啟順序：上部?jī)砷y（3、4）同時(shí)開啟，隨著負(fù)荷的升高再分別順序開啟1閥、2閥。在68%流量（#3、4閥全開工況，負(fù)荷約431MW ）以下#3、4開啟；68-90%流量（負(fù)荷約431-570MW ）#1調(diào)閥開；90-100%流量（負(fù)荷約570

8、-634MW ）#2調(diào)閥開。該類型機(jī)組是西屋公司在60HZ 基礎(chǔ)上?；?0HZ 的，對(duì)此它在美國(guó)本地并無(wú)任何運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可言。其汽輪機(jī)設(shè)計(jì)成可使用噴嘴調(diào)節(jié)（部分進(jìn)汽）運(yùn)行，這一調(diào)節(jié)方式具有最有效的熱力性能，從而在整個(gè)負(fù)荷變動(dòng)范圍內(nèi)達(dá)到最低的熱耗值。開啟順序如圖2所示。 圖2 修改邏輯前高調(diào)門開啟順序（從調(diào)速器端向發(fā)電機(jī)方向看）修改邏輯后，順序閥運(yùn)行順序如下：#1、4高調(diào)門同時(shí)開啟，至約350MW 負(fù)荷時(shí)再開#2高調(diào)門，近600MW 時(shí)開#3高調(diào)門，同時(shí)根據(jù)切順序閥運(yùn)行后的實(shí)際工況對(duì)各高調(diào)門的重疊度進(jìn)行優(yōu)化。開啟順序如圖3所示。 圖3 修改邏輯后高調(diào)門開啟順序（從調(diào)速器端向發(fā)電機(jī)方向看）由于改變

9、了汽輪機(jī)閥門進(jìn)汽順序，這就需要進(jìn)行閥門特性試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)得出正確的閥門流量特性曲線。4.2 閥門流量特性試驗(yàn)4.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?.2.1.1 測(cè)取單閥方式下，高壓調(diào)門行程h 和流量（調(diào)節(jié)級(jí)壓力）特性。4.2.1.2 測(cè)取順序閥方式下，閥門重疊度為零時(shí)，高壓調(diào)門行程h和流量（調(diào)節(jié)級(jí)壓力）特性。4.2.1.3 根據(jù)以上測(cè)取的閥門行程流量特性，優(yōu)化閥門管理，提高經(jīng)濟(jì)效益。4.2.2 試驗(yàn)條件4.2.2.1 機(jī)組負(fù)荷能在額定參數(shù)閥門全開時(shí)的負(fù)荷到45左右的負(fù)荷范圍之間變化。4.2.2.2 主要測(cè)點(diǎn)變送器/測(cè)量通道校驗(yàn)合格，包括：閥門指令（REFDMD ）、流量指令（FDEM ）、閥位開度（GV1-G

10、V4SP0）、調(diào)節(jié)級(jí)壓力（IMP ）、主汽壓力（TP ）、實(shí)際負(fù)荷（MW ）。4.2.2.3 DEH-VCC 卡靜態(tài)聯(lián)調(diào)合格。4.2.2.4 試驗(yàn)程序、調(diào)試安裝符合試驗(yàn)要求（能去除閥門重疊度）。4.2.2.5 歷史數(shù)據(jù)站工作正常，完成對(duì)主汽壓力、調(diào)節(jié)級(jí)壓力、給定值、流量指令、閥位指令、功率等參數(shù)的采集。4.2.3 試驗(yàn)步驟:4.2.3.1 試驗(yàn)過(guò)程中撤除AGC 、CCS 遙控方式。4.2.3.2 組態(tài)修改：在單閥工況，修改DEH 組態(tài)；關(guān)閉組態(tài)中P52頁(yè)B25模塊，并強(qiáng)置輸出為T ，原閥門流量特性曲線自動(dòng)變?yōu)闊o(wú)重疊度曲線。（閥門的開啟順序變?yōu)?3、4/1/2，閥門重疊度為零，注意閥啟停過(guò)程中振

11、動(dòng)、瓦溫）。4.2.3.3 DEH 在閥位控制方式下（MW 、IMP 回路切除），由操作員改變閥位指令目標(biāo)值達(dá)到各試驗(yàn)工況的變化。4.2.3.4 鍋爐在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中須維持一個(gè)恒定的主蒸汽壓力，這個(gè)壓力就是試驗(yàn)開始時(shí)閥門全開且負(fù)荷不超發(fā)的主汽壓力。4.2.3.5 DEH 逐點(diǎn)給定閥位，爐控調(diào)整汽壓穩(wěn)定后，DEH 采集數(shù)據(jù)。4.2.3.6 試驗(yàn)順序：閥門全開單閥降程試驗(yàn)（閥門全開后）閥切換順序閥降程試驗(yàn)閥門全開DEH 恢復(fù)。從閥門全開工況開始到最低點(diǎn)，而后全開后閥切換，由全開工況再到最低點(diǎn)，再次全開后切回單閥。4.2.3.7 恢復(fù)試驗(yàn)前DEH 組態(tài)。4.2.3.8 全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)回新華公司，由新

12、華公司根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出閥門的實(shí)際流量特性曲線參數(shù)。4.2.3.9 根據(jù)新華公司反饋的參數(shù)修改DEH 組態(tài)：修改前，將DEH切到硬手操狀態(tài)，對(duì)DEH 進(jìn)行在線修改，同時(shí)做好系統(tǒng)備份；修改完畢后，恢復(fù)DEH 自動(dòng)狀態(tài)，再進(jìn)行單順序閥切換試驗(yàn)。4.3 熱工邏輯修改：根據(jù)新華公司計(jì)算出閥門的實(shí)際流量特性曲線參數(shù)，在2006年4月25日-5月15日#2機(jī)組C 級(jí)檢修期間，對(duì)相關(guān)邏輯參數(shù)修改如下4.3.1 修改單閥函數(shù)DEH 控制系統(tǒng)#11DPU組態(tài)中page53的F(x模塊39、40、41、42，同時(shí)page53的F(x模塊82、83、84、85，取如下函數(shù) DEH 控制系統(tǒng)#11DPU組態(tài)中page

13、45的F(x跟蹤模塊9、10、11、12，取上述函數(shù)的反函數(shù)如下： 4.3.2 修改修正函數(shù)DEH 控制系統(tǒng)#11DPU組態(tài)中page27的F(x模塊83，取如下函數(shù)： DEH 控制系統(tǒng)#11DPU組態(tài)中page45的F(x模塊28，取如下函數(shù)： 76644.3.4 修改DEH 控制系統(tǒng)#11DPU組態(tài)中常數(shù)page52的閥組特性4.3.5 修改page52的重疊度函數(shù)page52的F(x模塊19：0，0；96.092，96.092；125.0，100；page52的F(x模塊20：-200.0，0；-7.817，0；50.00，50.00；96.092，96.092；125.0，100；pa

14、ge52的F(x模塊21：-200.0，0；-7.817，0；50.00，50.00；96.092，96.092；125.0，100；page52的F(x模塊22：0，0；96.092，96.092；125.0，100；修正后的閥門特性曲線見圖四。 圖4 修正后的閥門特性曲線5 單順序閥切換試驗(yàn)2006年5月25日，聊城發(fā)電廠、山東電力研究院、上海汽輪機(jī)有限公司、GE 新華控制公司等相關(guān)單位技術(shù)人員通力合作，對(duì)#2機(jī)組進(jìn)行單順序閥切換試驗(yàn)。#2機(jī)組機(jī)組負(fù)荷576MW 時(shí)，開始做#2機(jī)組由單閥切至順序閥試驗(yàn)，主蒸汽壓力14.4MPa ，GV1、GV2、GV3、GV4全開。10：38，機(jī)組單閥正常

15、切換至多閥控制, 全面檢查各參數(shù)，GV3開度57.9%。10：40，機(jī)組開始減負(fù)荷觀察多閥調(diào)整變化情況：機(jī)組負(fù)荷550MW 時(shí)，軸向位移由0.072mm/0.032mm升至0.102mm/0.093mm，此時(shí)G V3開度10%，GV2開度86.4%。#1、2軸瓦溫度由79/77升至82/82，軸振由47um/56um升至56um/72um。10：56，機(jī)組負(fù)荷530MW ，GV3全關(guān)，GV2開度59.6%，#1、2瓦溫分別為82.2、81.3；機(jī)組負(fù)荷 500MW 時(shí)，軸向位移為 0.162mm/0.127mm；11：27，負(fù)荷 490MW， GV2 關(guān)至 21%時(shí)，GV1、GV4 開始調(diào)節(jié)，

16、軸向位移為 0.181mm/0.138mm； 12：10，負(fù)荷 460MW，GV2 全關(guān)，GV1、GV4 開度為 54.5%、54.5%，軸 向位移為 0.229mm/0.179mm。14：40，機(jī)組負(fù)荷升至 560MW，GV3 開始 開啟時(shí)，#1、2 軸承溫度最高升至 84.1/83.9。GV3 節(jié)流工況消失 后軸承溫度恢復(fù)正常；17:15，#2 機(jī)組負(fù)荷 450MW，軸向位移為 0.24m m/0.19mm,由順序閥切換至單閥控制，負(fù)荷降至 417MW，軸向位移降為 0.111mm/0.045mm，17:50 負(fù)荷 427MW，由單閥切換至順序閥控制,負(fù) 荷升至 458MW，軸向位移升至

17、0.237mm/0.17mm；維持順序閥控制方式 運(yùn)行。上述切換過(guò)程中汽機(jī)#2 軸承振動(dòng)值波動(dòng)最大（正負(fù) 13 m）， 其他各軸承振動(dòng)正常，試驗(yàn)結(jié)果較為成功，見趨勢(shì)組圖五。 6 結(jié)束語(yǔ) 本次進(jìn)行的試驗(yàn)是 STC 600MW 機(jī)組，第一次進(jìn)行改變閥序及修改 閥門重疊度進(jìn)行的嘗試，本方案是電廠、上海汽輪機(jī)廠、GE 新華等 多方精誠(chéng)合作的結(jié)果，付諸實(shí)施后取得較好的效果，瓦溫、軸振、上 下缸溫差等主要技術(shù)指標(biāo)均良好， 對(duì)解決原設(shè)計(jì)閥序運(yùn)行中存在的問(wèn) 題針對(duì)性較強(qiáng)。經(jīng)濟(jì)效益也非常顯著，聊城發(fā)電廠 2006 年發(fā)電量 68 億，日均負(fù)荷 443MW，根據(jù) STC 理論核算及電廠實(shí)際熱耗試驗(yàn)，按二 者中耗值

18、較低的進(jìn)行核算，熱耗值將降低 135.612kJ/kW.h，單臺(tái)機(jī) 組每年將節(jié)約資金 848.3 萬(wàn)元（標(biāo)準(zhǔn)煤按 500 元/噸）。若進(jìn)一步推 廣，全面應(yīng)用到目前已投產(chǎn)的西屋 600MW 機(jī)組 18 臺(tái)中，按聊城電廠# 2 機(jī)組的節(jié)能效果估算，則每年將創(chuàng)造效益 15269 萬(wàn)元。STC 及美國(guó) 西屋公司對(duì)此方案非常認(rèn)可， 該成果已在國(guó)內(nèi)部分發(fā)電機(jī)組和 STC 設(shè) 計(jì)中推廣應(yīng)用。 2007 年 3 月 19 日，中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司科技環(huán)保部在聊城電廠組 織召開了600MW 汽輪機(jī)組單-順序閥切換安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究科 技項(xiàng)目評(píng)估會(huì)。評(píng)估專家委員會(huì)由來(lái)自國(guó)電集團(tuán)公司科技環(huán)保部、國(guó) 電山東分公司、上海汽輪機(jī)發(fā)電有限公司、山東電力研究院、全四維 動(dòng)力科技技術(shù)有限公司、 國(guó)電龍?jiān)措娏夹g(shù)工程有限責(zé)任公司等單位 的專家組成。評(píng)估意見認(rèn)為，該項(xiàng)目提出了“對(duì)角開啟（GV1+GV 4 ）+GV2+GV3 加優(yōu)化重疊度的方案”，突破了原西屋公司“上半缸先進(jìn) 汽”方式的限制，解決了原切換過(guò)程中存在的軸振、瓦溫、上下缸溫 差等問(wèn)題，形成了 60