大功率汽輪機自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改進

大功率汽輪機自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改進

摘要：由于燃煤火電機組調(diào)節(jié)方式缺乏多元化特征，導致負荷響應(yīng)速度遲緩、調(diào)峰能力不足，從而在長期偏離設(shè)計工況的情況下，嚴重降低汽輪機的經(jīng)濟性、安全性。通過對汽輪機滑壓調(diào)節(jié)、定壓調(diào)節(jié)、旁通調(diào)節(jié)、節(jié)流調(diào)節(jié)和噴嘴調(diào)節(jié)等幾種基礎(chǔ)調(diào)節(jié)方式相關(guān)特點的詳細分析，對目前我國普遍使用的燃煤火電機組存在不足之處進行深入研究。關(guān)鍵詞：大功率；汽輪機；自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；改進化石能源的大規(guī)模開發(fā)利用，在推動人類文明進步的同時，也帶來了資源匱乏、環(huán)境污染、氣候惡化等問題。要保障能源安全，實現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展，就必須積極推動能源結(jié)構(gòu)向低碳綠色轉(zhuǎn)型。因此，近年來我國在加大煤電退出力度的同時，也加快了風電和光電等可再生清潔能源的發(fā)展。然而，風電和光電等新能源都具有較強的隨機性、間歇性和波動性，其大規(guī)模的集中并網(wǎng)，加大了電網(wǎng)的峰谷差，導致棄風棄光現(xiàn)象日益嚴重。要破解具有強隨機波動不確定性的新能源電量規(guī)模化并網(wǎng)的困境，就得極力提升電網(wǎng)的調(diào)峰能力，為新能源消納提供足夠的容量空間，為此，電源結(jié)構(gòu)中裝機容量占60%左右的燃煤火電機組開展快速深度調(diào)峰已然勢在必行。但是，煤電機組調(diào)峰運行時工況的頻繁變化，一方面將因運行工況經(jīng)常偏離設(shè)計工況而導致汽輪機熱效率降低;另一方面因溫度場的頻繁變化引發(fā)的熱應(yīng)力、熱膨脹和熱變形也將影響著汽輪機設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。因此，優(yōu)化汽輪機運行調(diào)節(jié)方式，確保煤電機組安全、經(jīng)濟、靈活、快速地參與深度調(diào)峰，是破解新能源電量規(guī)?；{困境的題中應(yīng)有之義。在35%THA以下的低級負荷區(qū)間如圖1所示，在此區(qū)間，設(shè)定蒸汽初壓力始終維持在恒定狀態(tài)，確保Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個調(diào)節(jié)閥全部開啟、Ⅳ調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉，使節(jié)流定壓運行有效開展。當蒸汽初壓始終維持在恒定狀態(tài)，能夠使鍋爐的燃燒情況和水循環(huán)情況始終穩(wěn)定；在保持一定初始壓力的基礎(chǔ)上開展定壓運行，能夠從根源解決在低級負荷情況下，由于繼續(xù)滑壓運行而導致給水泵軸系落入臨界共振的情況發(fā)生；在開展定壓運行的過程中，確保初始壓力始終保持在穩(wěn)定狀態(tài)，能夠使汽輪機的循環(huán)熱效率保持在較高功率；通過采取節(jié)流調(diào)節(jié)措施，有效解決在低級負荷下，由于采用噴嘴調(diào)節(jié)導致調(diào)節(jié)級部分進氣損失較大的問題；當氣輪機組處于極低負荷的情況下時，對應(yīng)的蒸汽壓力也會隨著負荷的下降，滑落到較低水平。此時，如果將調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)整到較大狀態(tài)，并不會因為使用節(jié)流調(diào)節(jié)而產(chǎn)生較大的節(jié)流損失；在汽輪機急速啟動的過程中，通過同時打開Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個調(diào)節(jié)閥的方式，能夠為汽輪機機組啟動安全提供最大保障。在35%~85%THA以下的低級負荷區(qū)間在此區(qū)間內(nèi)，依然保持Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個調(diào)節(jié)閥全部開啟、Ⅳ調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的狀態(tài)，從而為部分調(diào)節(jié)閥全部打開的滑壓運行創(chuàng)造良好環(huán)境。當滑壓運行區(qū)間保持在35％~85％THA的低負荷區(qū)間內(nèi)時，可以將處于靜態(tài)關(guān)閉狀態(tài)的Ⅳ調(diào)節(jié)閥快速開啟，確保汽輪機能夠得到一個快速向上的調(diào)頻能力；也可以將始終處于靜態(tài)開啟的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個調(diào)節(jié)閥的打開程度暫時調(diào)小，確保汽輪機能夠得到一個快速向下的調(diào)頻能力。通過這樣的操作方式，能夠在低負荷環(huán)境下滑壓運行具有的經(jīng)濟優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，將滑壓運行具有的安全性和可靠性進一步提升，確保在滑壓運行過程中，從根源將由于鍋爐具有的熱慣性導致汽輪機無法充分適應(yīng)快速變化的負荷問題徹底解決。長此以往，不僅能夠有效解決在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，由于采用了節(jié)流滑壓調(diào)節(jié)，導致調(diào)節(jié)閥必須保持一定節(jié)流開度裕量而產(chǎn)生的節(jié)流損失問題，而且還能確保汽輪機在具有較強一次調(diào)頻能力的基礎(chǔ)上，始終具有較高的經(jīng)濟性、安全性、高效性。在85%~100%THA以下的高級負荷區(qū)間在此區(qū)間內(nèi)，對保持在額定壓力下的噴嘴進行定壓調(diào)節(jié)，通過調(diào)整Ⅳ調(diào)節(jié)閥的開啟、關(guān)閉狀態(tài)，使調(diào)節(jié)級的流通面積得到合理改變，從而加強對汽輪機噴嘴定壓的有效調(diào)節(jié)。通過這樣的方式，能夠從根源解決由于在高壓負荷區(qū)間采用滑壓調(diào)節(jié)方式而導致蒸汽的初始壓力下降使汽輪機循環(huán)熱效率難以提升的問題，確保汽輪機的工作效率始終保持在較高狀態(tài)。以旁通調(diào)節(jié)作為汽輪機的輔助調(diào)節(jié)手段將旁通調(diào)節(jié)措施作為優(yōu)化汽輪機運行方案的有效輔助手段，當汽輪機的工況變動范圍始終保持在THA能夠承受的最大負荷范圍內(nèi)時，整個過程旁通閥都要保持在關(guān)閉狀態(tài)，并且將節(jié)流定壓—節(jié)流滑壓—噴嘴定壓的負荷滑壓調(diào)節(jié)過程作用在不同的負荷區(qū)段；當汽輪機的工況變動范圍超出THA能夠承受的最大負荷范圍時，可以結(jié)合實際需求，對旁通閥的開啟、閉合狀態(tài)進行調(diào)整，確保汽輪機超負荷運行的目標得到有效實現(xiàn)，或者在電網(wǎng)始終保持在低頻率的狀態(tài)下，使汽輪機一次調(diào)頻加負荷的功能得到充分發(fā)揮。比如，當汽輪機的工作情況處于滿負載狀態(tài)并且對應(yīng)的電網(wǎng)電頻率具有的大頻差呈現(xiàn)明顯下降趨勢時，為了使汽輪機在較短時間內(nèi)快速增加功率的目標得到有效實現(xiàn)，可以暫時快速開啟旁通閥，利用鍋爐的蓄熱，使蒸汽流量和功率在較短時間內(nèi)快速提升，當鍋爐的燃燒功率大幅度提升并且蒸發(fā)量明顯增加之后，主氣壓力會快速恢復到額定壓力水平，從而使旁通閥快速恢復到全部關(guān)閉的狀態(tài)。因此，將旁通閥調(diào)節(jié)與復合滑壓調(diào)節(jié)措施進行有效整合，不僅能夠有效提升汽輪機的過載能力。而且還能使汽輪機在滿負荷的狀態(tài)下，依然擁有能夠快速向上調(diào)頻能力，使傳統(tǒng)汽輪機的負荷響應(yīng)能力特性得到有效和改善。與此同時，還能夠確保汽輪機在滑壓運行的過程中，只有Ⅳ調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的狀態(tài)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個調(diào)節(jié)閥全部保持開啟狀態(tài)，最大程度降低進氣節(jié)流的損耗，提高汽輪機可靠性、安全性、經(jīng)濟性的同時，為汽輪機運行調(diào)節(jié)方式的進一步優(yōu)化貢獻積極力量。結(jié)語：2021年，我國正式實行了限電計劃，提高了煤電退出力度，加大了光電和風電等可再生清潔性能源的使用強度。然而這些能源具有較高的隨機性、波動性、間歇性特征，特別是隨著集中并網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，使電網(wǎng)的峰谷波差差距越來越大，出現(xiàn)的棄光棄風現(xiàn)象越來越嚴重。因此，應(yīng)該加強對汽輪機深度調(diào)峰能力的充分挖掘，在穩(wěn)定、安全運行的基礎(chǔ)上，快速、靈活地參與到電網(wǎng)深度調(diào)控工作中，確保新能源電量得到有效消納的同時，最大程度降低汽輪機起降調(diào)控的頻率。在電網(wǎng)電能處于高峰時段時，應(yīng)該確保汽輪機始終保持在滿負荷或超負荷的狀態(tài)下運行，這樣能夠使汽輪機在運行調(diào)節(jié)方式不斷優(yōu)化的帶動下，具有的頂峰能力得到充分發(fā)揮，為進一步提升電網(wǎng)可靠供電能力提供保障。Reference：[1]潘聲利.電廠集控運行中汽輪機運行優(yōu)化策略探討[J].百科論壇電子