火电厂汽轮机性能试验时的控制策略.pdf

第 3 5卷 第 1 1期 2 0 1 3年 1 1月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo l _ 3 5 No． 1 l NO V ． 2 01 3 火 电厂汽轮机性能试验 时的控制策略 马勇 ， 朱立彤 ， 付昶 ， 卞晶。 1 ． 西安热工研究院有限公司， 陕西 西安7 1 0 0 3 2 ； 2 ． 西安交通大学 能源与动力工程学院， 陕西 西安7 1 0 0 4 9 ； 3 ． 长安大学 信息工程学院， 陕西 西安7 1 0 0 6 4 摘要 介绍了火电厂发电机组 自动控制系统 ， 对汽轮机性能试验时保持阀位全开、 保持阀位不变、 保持高背压和高压加 热器切除等工况进行 了分析并提 出了控制措施 ， 可为电厂 运行人员 和性 能试验工程师提供理论及实践指导 。 关键词 自动发电控制； 协调控制系统； 炉跟机； 汽轮机； 高背压 ； 高压加热器 中图分类号 T M 6 2 1 文献标志码 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 3 1 1 0 0 3 0 0 3 0 引言 新建 电厂在首次运行的几个月之内要进行性能 考核试验 ， 性能考核试验 由制造厂和业主之外 的第三方 进行。随着我 国火 电厂 自动化水 平的提 高 ， 自动发电控制 A G C 系统 、 协调控制系统 C C S 等高级自动控制系统的投入， 使得火电厂的整套机 组越来越像一个有机 的整体 。可以这样说 ， 单元 机组越来越可以称之 为单元机 ， 从燃料的燃烧到发 电， 环环相扣 。如何在性能试验前调整这些控制系 统 ， 成为性能试验前必须认真考虑的问题。汽轮机 性能试验往往要求汽轮机阀位 、 凝结水流量 、 给水流 量 、 发电机负荷等稳定不变 ， 而这些参数在机组正常 运行过程中会在控制系统的作用下随着外界的要求 和工况而不断变化。如何在进行性能试验时既能保 证性能试验的要求得到满足， 又保证机组的安全 、 稳 定 、 经济运行 ， 研究还 比较少。文献 [ 46 ] 研究 了 “ 机跟炉” 控制方式在电厂中的实际应用 ， 但在性能 试验的要求下 ， 必须研究“ 炉跟机” 的控制方式。 1 发 电机 组 自动控 制 系统概 述 1 ． 1 燃煤机组的 A G C 火 电机组的 A G C是指火 电机组接受电网调度 的控制指令 ， 按预定的条件和要求 ， 安全 、 快速 、 经济 地调整发电机组的有功功率 ， 维持发 电有功功率和 电力 负荷 之 间 的平衡 ， 保 证 电力 系统 频 率 的 质量 。 1 ． 2单元 机组 C C S 在机组响应 电网负荷变化要求时， 只有对机、 炉 进行协调控制 ， 充分利用前馈、 反馈 、 串级控制等技 术 ， 才能保证机组迅速满足 电网负荷变化的要求 ， 维 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 2 5 持机组参数的稳定 ， 确保机组安全运行。C C S不仅 能实现机组正常运行时机 、 炉和辅机 的协调工作 ， 而 且在机组发生故障时能与机组保护系统配合 ， 自动 进行事故处理 ， 如负荷返 回、 负荷闭锁增／ 闭锁减、 负 荷迫降等， 并进行各子控制系统之间的切换 ， 避免发 生一些人为误操作 - -， 。 2 汽轮机性 能试验概述 当前 ， 电厂 汽轮机 性 能试验 按 A S ME P T C 6 2 0 0 4 汽轮机性能试验规程 标准进行 ， 使用 的水和 水蒸气性质表是国际公式化委员会 I F C 1 9 9 7年工 业用水和水蒸气状态方程。汽轮机性能试验通常包 括 3阀或 5阀全开 、 4阀或 6阀全开 、 最大连续 出 力 、 额定出力、 7 5 ％额定负荷出力、 5 0 ％额定负荷出 力、 高背压运行工况、 高压加热器 以下简称高加 切除工况等。 在进行汽轮机性能试验时， 要求每个工况相对 稳定以便记录机组运行数据 。凝汽器水位 、 除氧器 水位 、 凝结水流量 、 给水流量 、 汽轮机调阀阀位等都 要求在数据记录过程 中相对稳定 。 性能试验工程师根据现场记 录的数据 ， 在标准 规定计算方法的指导下编写计算程序 ， 计算 出机组 的功率 、 热耗率 、 高／ 中／ 4 6 压缸效率 、 发电煤耗、 供电 煤耗 、 补水率等参数。在 A S ME P T C 6 --2 0 0 4 汽轮 机性能试验规程 提供 的修 正方法指导下， 参考制 造厂提供的修正曲线 ， 对结果进行修正 ， 从而为制造 厂和业主单位提供准确的机组实际运行资料 ， 并在 数据 的指导下为业主提供一些节能减排的建议 。 3 性能试验时的控制策略 在性能试验和机组本身特点的双重要求下 ， 电 厂运行人员需要对机组进行一些调整 ， 从而使机组 满足性能试验的要求。 第 1 1 期 马勇， 等 火电厂汽轮机性能试验 时的控制策略 3 l 3 ． 1 保持汽轮机阀位全开 在进行 3阀全开 针对汽轮机共有 4个高压进 汽调 阀的情况 或 5阀全开 针对汽轮机共有 6个 高压进汽调阀 的情况 试验时 ， 要求汽轮机 的 3个 调节汽门全开或者 5个调节汽门全开。机组正常运 行过程 中， 调节阀阀位是随时变化的 ， 在进行性能试 验之前要把汽轮机的调节 阀调到全开位置。 首先 ， 解除 A G C， 在协调方 式下再解 除锅 炉 自 动 ， 使机组在 “ 机跟炉 ” 方式下运行 ， 这时汽轮机调 节主蒸汽压力 ， 锅炉调节机组负荷 。然后 ， 将主蒸汽 压力重新设置到低值 。主蒸汽压力设定值变低 ， 则 汽轮机调 阀会在 “ 机 跟炉 ” 运 行方式下 慢慢 开大。 继续使主蒸汽压力设定值变低 ， 则汽轮机调 阀会继 续开大直至全开。 在此过程中， 汽轮机的剩余调阀必须由热工人 员强置在“ 关” 位置 ， 否则这些阀门也会在“ 机跟炉” 方式下慢慢全开。 最后 ， 还需要解除一次调频控制 ， 因为在一次调 频的作用下 ， 汽轮机阀位会有微小 的变化。 3 ． 2 保持汽轮机阀位不变 在进行性能试验时 ， 有 时要求汽轮机调 阀阀位 稳定不变 ， 此时可采用“ 炉跟机” 的运行方式 。所谓 “ 炉跟机” 运行方式 ， 就是锅炉改变煤量调节主蒸汽 压力 ， 汽轮机调节机组负荷。首先， 解除 A G C， 在协 调控制方式下再解除汽轮机 自动 ， 则机组转 为“ 炉 跟机” 运行方式。在 “ 炉跟机” 运行方式下 ， 汽轮机 承担负荷控制的任务 ， 通 过改变汽轮机调节阀的开 度来改变机组功率 。锅炉则承担控制主蒸汽压力的 任务 ， 通过增 、 减煤量维持 当前主蒸 汽压力稳定不 变 。由于锅炉热惯性较大 ， 锅炉能量 的供给滞后 于 汽轮机的能量需求 ， 因而造成较大 的主蒸汽压力变 化 ， 但 只有在“ 炉跟机” 的运行方式 下 ， 汽轮机调节 阀门才能维持基本不变 。 为了让汽轮机调阀维持在当前 阀位稳定不变 ， 仍然需要解除一次调频 。 3 ． 3 高背压工况 高背压试验就是把汽轮机排汽背压提高到比较 高的压力下测量汽轮机 的出力性能等参数。如空冷 机组 的高背压工况 是把汽轮机背 压提 高到 3 0 k P a 绝对 压力 下记 录汽轮 机各项 参数并进 行计算 。 在机组的背压 自动模式下可 以 自动设定背压 ， 但如 果往大的方向一次设定太多就会造成 自动跳 闸转为 手动 ， 所 以在设定较高 的背压参数 时最好每次 只增 加一点 ， 并在设定过程 中密切监视汽轮机排汽温度、 汽轮机振动等参数 ， 做到在提高背压过程 中时刻掌 握汽轮机运行情况。 如果遇到汽轮机排汽温度升高过快或汽轮机振 动增加过快等情况 ， 应暂停提高背压 的操作并密切 观察参数 ， 然后采取相应措施进行调整。机组参数 稳定之后 ， 再继续提高背压。 3 ． 4高加切除工况 当前 ， 3 0 0 MW 及 3 0 0 MW 以上机组 的高加系统 大部分均为 3个 高加。高加 的布置通常有 2种方 式 ， 如图 1 、 图 2所示。 l 一 段 抽 汽 I 二 段 抽 汽 l 三 段 抽 汽 ．【 I 【 l I l 器来 图 2水侧大 旁路 高加 布置简图 水侧小旁路布置的高加和水侧大旁路布置的高 加各有利弊。水侧小旁路 的布置运行起来更灵活 ， 可以在 1个高加出故障时继续运行另外 2个高加 ， 但这样的布置方式会增加投资 ； 水侧大旁路的布置 运行起来不够灵活 ， 如果 1个高加水侧出现泄漏 ， 则 必须停运全部 3个高加 。 在性能试验时要求停运全部高加。对于水侧小 旁路布置的高加 ， 停运相对 比较简单 ， 只要按规程以 压力 由高到低 的顺序依次停止即可 。在停运水侧大 旁路布置的高加时 ， 由于断汽 ， 高加 内压力会骤然减 小 ， 高加 内凝结的水 瞬间变为蒸汽 ， 造成虚假水位 ， 导致高加瞬间全部解列 ， 会对机组 的正常运行造成 很大的影响。为了避免这个 问题 ， 建议在高加解列 之前 尽量维持低水位运行 。 4 应用情况 某热电厂 汽轮机 在做 额定 出力试 验 时， 解 除 A G C控制 ， 解除 C C S ， 进行 “ 锅炉跟随” 方式运行 ， 并 在记录数据的过程 中解除一次调频 ， 这样做 的结果 是汽轮机阀位保持不变 ， 为数据的记录、 分析提供 了 便利。另外 ， 在做 5阀全开试验时， 由电厂热工人员 强制第6阀全关， 其余 5阀全开。该电厂高加为水 侧大旁路布置方式， 在做高加切除工况试验时， 维持 高加低水位运行， 并在切除 1 高加之前慢慢关小 3 2 华 电技 术 第 3 5卷 1高加正常疏水调 阀， 直 至关 闭。在关小 1高加 正常疏水调阀的同时 ， 慢慢开大 1高加危急疏水调 阀 ， 直至 1高加 维持低水位运行 。这样做 的优点 是 当关闭 1高加汽源时， 2高加的高压汽水就不 会通过 1高加正常疏水调阀返到 1 高加来 。对于 2， 3高加均可 以这样操作。这样 ， 在切 除高加 的 过程中并没有出现由于虚假水位导致高加瞬间全部 解列的情况。 5 结论 对于电厂运行人员来说 ， 配合试验人员进行汽 轮机性能试验是一个不 同于电厂运行工作 的新 任 务 。在这个任务中， 不但要求保证 电厂设备完好地 完成发电工作 ， 还要根据性能试验 的要求对机组进 行各种调整。在这些调整中， 任何一步出现问题 ， 都 会对机组造成无法弥补的损失。在深刻理解 A G C ， C C S ， 一次调频和汽轮机压力控制 的基础上 ， 如果按 照本文介绍的措施进行调整 ， 就会在配合汽轮机性 能试验时有的放矢 。 参考文献 [ 1 ] A S ME P T C 6 --2 0 0 4 ， 美国国家标准 汽轮机性能试验规 程[ S ] ． [ 2 ] 刘凯． 汽轮机试验 [ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 5 81 1． [ 3 ] 电力系统调频与自动发电控制编委会． 电力系统调频与 自动发电控制[ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 6 1 3 4 1 3 7， 2 012 41． [ 4 ] 尹峰 ， 朱北恒 ， 李 泉． 超 超 临界机组协调控 制特性 与控 制策略[ J ] ． 中国电力， 2 0 0 8 ， 4 1 3 6 6 6 9 ． [ 5 ] 张秋生， 张文兴， 高志存． 大型循环流化床机组协调控制 系统研 究[ J ] ． 中国电力 ， 2 0 0 5 ， 3 8 7 5 3 5 6 ． [ 6 ] 吴玉平， 王永龙． 机跟炉协调控制在 3 0 0 M W C F B锅炉煤 质大幅 波 动 时 的 应 用 [ J ] ．中 国 电 力 ， 2 0 0 8 ， 4 1 2 424 4． [ 7 ] 巨林仓， 刘齐寿， 杨清宇， 等． 电厂热工过程控制系统 [ M] ． 西安 西安交通大学 出版社 ， 2 0 0 9 5 4 6 0 ． 本文责编 刘芳 作者简介 马勇 1 9 8 2 一 ， 男 ， 陕西 西安 人 ， 工程 师 ， 工学 硕 士 ， 从 事火电厂汽轮机调试、 性能试验和故障诊断等方面 的研究 E m a i l m a y o n g 一 1 9 9 9 1 9 9 9 1 6 3 ． c o m 。 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ‘ ● ● 上接 第 2 9页 了一定的分析 。虽然掺烧低热量的 煤种会在一定程度上使锅炉效率下 降， 供 电煤耗升 高 ， 排污及设备磨损也有所升高 ， 但经过混煤掺烧配 煤软件计算可知 ， 掺烧后 ， 与煤质相关的损失折算到 单位燃料成本上 ， 燃料成本减少 的幅度远大于生产 成本增加的幅度 ， 在保证机组接带负荷能力 的基础 上 ， 适当掺烧经济煤种 ， 燃用低热值的煤炭 ， 可以比 燃用设计热值 的煤炭大幅降低综合成 本， 对于企业 控制标煤单价， 减少亏损有重要意义。 参考文献 [ 1 ] 杨忠灿 ， 姚伟． 电厂锅炉变煤种掺烧问题研究[ J ] ． 中国 电力 ， 2 0 1 0， 4 3 1 1 4 2 4 5 ． [ 2 ] 张会娟． 煤质变化对火电厂经济性影响分析[ J ] ．华北电 力技术 ， 2 0 0 9 8 1 9 2 1 ． [ 3 ] 刘彤， 常连生， 唐平舟， 等． 全面火 电厂煤质工程分析系 统及其软件开发[ J ] ． 中国电力 ， 2 0 0 1 ， 3 4 3 1 9 2 2 ． [ 4 ] 北京锅炉厂设计科． 锅炉机组热力计算标准方法 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 7 6 ． [ 5 ] 王舰． 煤质 种 特性对电站锅炉影响的试验研究[ D] ． 杭 州 浙江大学 ， 2 0 0 2 ． [ 6 ] 宋邵伟． 型煤掺烧对火电厂综合经济性影响的分析[ J ] ． 发 电设备 ， 2 0 1 2 ， 2 6 1 9 1 2 ． [ 7 ] 孙庶． 动力配煤几个主要煤质指标可加性的论证 [ J ] ． 煤 炭技术 ， 2 0 0 9， 2 8 5 1 6 41 6 6 ． [ 8 ] 阮伟 ， 周俊虎 ， 曹欣 玉 ， 等． 优化 配煤 理论 的研 究 以及配 煤专家系统的开发 [ J ] ． 动力工程 ， 1 9 9 9 ， 1 9 6 4 3 4 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