超臨界600mw超臨界汽輪機變負荷運行分析及改造方案

超臨界600mw超臨界汽輪機變負荷運行分析及改造方案

國泰康發(fā)電有限公司2.600mw臨界裝置配備了2臺n6-24.2.566.566和尚，以及具有中心熱、單軸、三軸、四驅(qū)的電磁機組。整個軸系由9個軸承支撐,1～6號軸承為四瓦可傾瓦,7～8號軸承為上瓦圓下瓦可傾瓦,9號軸承為四瓦可傾瓦,自動主汽門(TV)和調(diào)節(jié)汽門(GV)的排列及每閥控制噴嘴數(shù)量見圖1。該機組在多閥調(diào)節(jié)(噴嘴調(diào)節(jié))變負荷運行中,發(fā)現(xiàn)機組2號瓦的瓦溫明顯升高,振動也明顯增大,嚴重影響機組的安全運行,因而長期以來無法投入多閥調(diào)節(jié)方式,只能采用單閥調(diào)節(jié)(節(jié)流調(diào)節(jié)),從而導致調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失大,影響經(jīng)濟性。為此對2號機配汽方式進行了改造。1調(diào)節(jié)級進汽方式的確定該600MW汽輪機調(diào)節(jié)級的配汽方式示意圖見圖1。機組原設計順序閥方案的進汽順序為“3號+4號→1號→2號”。在這種配汽方式下,汽流力除產(chǎn)生推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的扭矩外,在部分負荷下還將產(chǎn)生很大的附加橫向汽流力,這個力在3號、4號閥接近全開而其它兩閥尚未開啟時達到最大,因此高壓轉(zhuǎn)子上所受到的力除轉(zhuǎn)子自身的重力外,還增加了由于部分進汽引起的橫向力。轉(zhuǎn)子在這一合力的作用下,軸心位置必然發(fā)生偏移。通過對高壓缸調(diào)節(jié)級進行詳細的熱力計算,發(fā)現(xiàn)這一偏移使軸在軸承中的間隙發(fā)生了很大變化,從而導致2號瓦瓦溫升高。另外,隨著機組的增大,配汽剩余汽流力產(chǎn)生的傾覆力矩使得推力瓦的各個瓦塊進油油楔面積小,因此推力瓦的瓦溫也會升高。要從根本上解決上述故障就應該尋求新的配汽方式,以消除或降低調(diào)節(jié)級部分進汽時引起的汽流力。從上述分析可知,非對稱進汽導致了配汽剩余汽流力的產(chǎn)生。因此為消除此力,可以采用完全對角進汽的方式,并有單閥與雙閥2種選擇方案。目前機組運行于單閥方式,該方式雖然消除了剩余汽流力,但是節(jié)流損失太大,經(jīng)濟性很差。所以首選的方案是雙閥對稱進汽(簡稱方案A)。方案A雖然在高負荷區(qū)域調(diào)節(jié)級效率比順序閥方案會略有下降,但是可以使汽流力互相抵消為零。由于原設計的順序閥方案實際無法投入運行,所以方案A與目前運行的方式相比平均效率是提高的,大約會從30%提高到45%。為兼顧機組的安全性和經(jīng)濟性,方案A的進汽順序為“3號+4號→2號→1號”。除此之外,為了進一步降低節(jié)流損失,提高調(diào)節(jié)級的效率,也可采用另外一種順序閥方案(簡稱方案B)。方案B的進汽順序為“1號+2號→3號→4號”。由于方案B最先開的兩閥處于對角位置,所以剩余汽流力會比原來的順序閥方案降低很多,同時也保持了調(diào)節(jié)級效率高的優(yōu)勢。2比較的對象見表13試驗證實3.1第一實驗(1)試驗條件閥門流量特性曲線(見圖2),閥開順序3號+4號→1號→2號,所有調(diào)節(jié)控制邏輯均為原設計。(2)“單閥”控制方式1號及2號瓦Y向溫度在“單閥”轉(zhuǎn)“順序閥”后溫度變化約20°C。其中1號瓦溫度“單閥”控制方式為70°C左右,切“順序閥”后,最大變化至88°C;2號瓦溫度“單閥”控制方式為84°C左右,切“順序閥”后,最大變化至105°C,調(diào)門擺動較大。其余各瓦溫度、軸振、軸向位移、缸體溫差等參數(shù)均無明顯變化。3.2第二次試驗結(jié)束(1)試驗條件閥門流量特性(由制造廠提供)見圖3。閥開順序為3號+4號→2號→1號。其余調(diào)節(jié)控制邏輯為原設計。(2)溫度隨時間的變化1號及2號瓦溫度在“單閥”轉(zhuǎn)“順序閥”后溫度變化約15°C。其中1號瓦溫度“單閥”控制方式為70°C左右,切“順序閥”后,溫度最大變化至83°C(原來為88°C);2號瓦溫度“單閥”控制方式為84°C左右,切“順序閥”后,溫度最大變化至98°C(原來為105°C),仍存在調(diào)門擺動問題。其余各瓦溫度、軸振、軸向位移、缸體溫差等參數(shù)均無明顯變化。此次試驗對于瓦溫只起到緩解作用,只是達到了在“順序閥”控制方式下不至于威脅機組運行安全的目的,未從根本上解決問題。3.3完成順序閥試驗反映的問題和改進(1)瓦溫由于進汽方式為3+4→2→1,上部的3號及4號閥全開后2號閥及1號閥再分別開,這樣必將導致轉(zhuǎn)子中心下移,軸瓦承載增加,引起瓦溫升高。(2)閥內(nèi)重疊度的改進因為順序閥控制方式中,在不同的負荷段,必然導致調(diào)節(jié)門處于“拐點”區(qū)工作,由此必然導致調(diào)節(jié)門波動。為此調(diào)整了7號機閥門特性曲線(見圖4)。該曲線因無明顯“拐點”,理論上可以解決閥門擺動問題,但必將導致負荷響應速度下降,為此對閥門重疊度進行了修改,由原無閥門重疊度修改為1號+2號閥流量指令達85%時,3號閥開始開;當3號閥流量指令達85%時,4號閥開始開。這樣,不但可以防止負荷響應速率下降,也可保證低負荷時進汽室的均勻受熱,而且可以削減1號及2號閥先開對機組產(chǎn)生的汽流激振影響。(3)中壓調(diào)門“終點”區(qū)工作因DEH設計邏輯為當高調(diào)門流量指令達33%時,中壓調(diào)門將參與調(diào)節(jié)。由此,引起中壓調(diào)門處于“拐點”區(qū)工作,導致調(diào)門大幅度波動,進而引起EH油管振蕩,協(xié)調(diào)品質(zhì)惡化。為此,將中壓調(diào)門增設機組負荷>30%時,閉鎖中壓調(diào)門參與調(diào)節(jié)邏輯,以保證系統(tǒng)運行安全和協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)特性。(4)變參數(shù)限制由于順序閥控制時,處于單閥調(diào)功,而單閥為4閥調(diào)功,所以將DEH在遙控方式下原變負荷速率限制修改為變參數(shù)限制(見圖5)。修改的目的是提高負荷響應速率,同時避免鍋爐主控調(diào)節(jié)滯后引起主汽壓力指令與測量值偏差大時,導致鍋爐超壓,因為當鍋爐主控調(diào)節(jié)壓力出現(xiàn)大的偏差時,汽輪機主控會因為壓力變化調(diào)節(jié)閥門開度加劇而壓力突變(如鍋爐壓力實際值超過設定值時,DEH會因為調(diào)節(jié)功率關(guān)小調(diào)門,造成壓力越來越高)。(5)調(diào)節(jié)前開度的影響修改了協(xié)調(diào)控制壓力的參數(shù)(見表2)。由于機組處于滑壓運行方式,經(jīng)修改后,使得機組在順序閥控制方式下,1號及2號閥始終處于全開狀態(tài),負荷變化由3號及4號閥進行調(diào)節(jié);同時使得3號及4號閥同樣工況下,較修改前開度增加,不但削減了汽流激振的影響,同時也降低了節(jié)流損失,提高了機組運行經(jīng)濟性,改善了協(xié)調(diào)品質(zhì)。并優(yōu)化了協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)參數(shù),修改了煤-水比及中間點溫度修正曲線。3.4第三次試驗結(jié)束(1)調(diào)整閥關(guān)系控制方式①機組“AGC及一次調(diào)頻“退出;②機組負荷在450MW穩(wěn)定;③“DEH在單閥”控制方式,將1號及2號高壓調(diào)門切至手動控制狀態(tài)。手動強制開1號及2號高壓調(diào)門,每次操作幅度為2%。每操作一次觀察2min,確認瓦溫、振動等參數(shù)均無異常,再進行下一次操作。1號及2號調(diào)閥全開后,保持其手動控制狀態(tài),并適當提高主汽壓力,使3號及4號閥逐漸全關(guān)。在整個操作過程中,監(jiān)視瓦溫及振動變化,發(fā)現(xiàn)異常立即終止。當3號及4號高壓調(diào)門全關(guān)后,振動、瓦溫均無明顯變化,各項指標均在合格范圍,逐漸關(guān)小1號及2號高調(diào)門,當1、2、3、4號調(diào)門開度基本一致時,將1、2號調(diào)門恢復自動控制方式,進行下步操作;④按修改方案修改閥門特性曲線及閥門開啟順序,進行“單閥”“順序閥”切換,一切正常后,再由“順序閥”切為“單閥”。均無異常時重新切為“順序閥”控制方式;⑤轉(zhuǎn)“順序閥”控制后,對機組瓦溫、振動、聲音進行全面檢查,確認一切正常,請示網(wǎng)調(diào)進行“順序閥”控制方式下的變負荷試驗。試驗范圍300～600MW,負荷變化率為4～6MW/min,壓力變化率0.2～0.3MPa/min,負荷連續(xù)變化范圍50～100MW;⑥升降負荷試驗完畢,確認機組在整個試驗過程中瓦溫、振動、軸移、缸溫、汽溫、汽壓等參數(shù)正常,則以8～12MW/min負荷變化率、0.2～0.3MPa/min壓力變化率進行升、降負荷試驗,試驗范圍300～600MW,以考察“順序閥”控制方式下協(xié)調(diào)控制特性。(2)試驗結(jié)果瓦溫2x/2y方向負荷變化范圍300～600MW,1X方向振動反應較明顯?！皢伍y”控制方式,1X/1Y方向振動分別為55.8/57.2μm;瓦溫1X/1Y方向方向分別為68.3/73.9°C;2X/2Y方向振動分別為34.9/35.8μm;瓦溫2X/2Y方向分別為79.6/86.5°C。轉(zhuǎn)“順序閥”控制方式后,1X/1Y方向振動方向分別為82.7/59.7μm;瓦溫1X/1Y方向分別為71/58.5°C;2X/2Y方向振動分別為44/39.4μm;瓦溫2X/2Y方向分別為82.7/74.8°C;1X方向振動,受汽流激振的影響,振動最大變化幅度為8μm,振動最大峰值為97μm,正常穩(wěn)定值約76μm左右,1Y方向振動最大峰值為70μm。1X/2X方向瓦溫升高約3°C,1Y/2Y方向瓦溫降低約15°C左右,其余各瓦振動、溫度均無明顯變化,閥切換前后“順序閥”較“單閥”控制方式,缸溫、上、下缸溫差、差脹、軸移等參數(shù)均無明顯變化,較穩(wěn)定;協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)品質(zhì)基本滿足運行要求;各方向振動負荷變化范圍100～600MW,1X方向振動反應較明顯?！皢伍y”控制方式,1X/1Y方向振動分別為42.3/24.7μm;瓦溫1X/1Y方向分別為72.1/63.2°C;2X/2Y方向振動分別為21.6/26.5μm;瓦溫2X/2Y方向分別為82.3/78.4°C。轉(zhuǎn)“順序閥”控制方式后,1X/1Y方向振動分別為56.2/38.6μm;瓦溫1X/1Y方向分別為69.2/59.9°C;2X/2Y方向振動分別為23.2/29.6μm;瓦溫2X/2Y方向分別為80.9/75.7°C。1X方向振動,受汽流激振的影響,振動最大變化幅度為13μm,振動最大峰值為73μm,正常穩(wěn)定值約60μm。1Y方向振動最大峰值為40.5μm。1X/2X方向瓦溫降低約3°C,1Y/2Y瓦溫降低約4°C。上述參數(shù)變化主要集中在450～550MW之間,其余各瓦振動、溫度均無明顯變化。在負荷變化過程中,1X/2X方向瓦溫最高上升至78/86.3°C,同時,1Y/2Y方向瓦溫較單閥降低約6°C(57.3/71.5°C),閥切換前后“順序閥”較“單閥”控制方式,缸溫、上、下缸溫差、差脹、軸移等參數(shù)均無明顯變化,較穩(wěn)定,CCS調(diào)節(jié)特性基本滿足要求;閥”控制方式下壓力調(diào)節(jié)偏差8號機啟動中300～450MW“單閥”控制方式下壓力調(diào)節(jié)偏差最大1.2MPa,但由于負荷較低,雖有負荷超調(diào)現(xiàn)象,但不會威脅到機組運行安全。4比較(1)安全改造后的順序閥方式中瓦溫明顯降低,符合機組運行的安全性指標要求。(2)經(jīng)濟機組切換到順序閥控制后經(jīng)濟性得到明顯改善,參考同類型機組數(shù)據(jù)約降低煤耗1.8g/(kW·h)。5變負荷過程中振動穩(wěn)定性分析經(jīng)過對國華太倉發(fā)電有限責任公司600MW超臨界機組閥門管理進行優(yōu)化改造,解決了調(diào)門擺動、瓦溫高問題。受汽流激振影響,1號及2號軸承軸振穩(wěn)定性有所下降,在450～550MW變負荷