350 MW超臨界機(jī)組汽輪機(jī)閥門流量特性優(yōu)化試驗研究

焦微微

(大唐楊凌熱電有限公司，陜西 楊凌 712100)

regulation

0 引 言

汽輪機(jī)調(diào)門作為汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(digital electro-hydraulic,DEH)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)[1-2]，其流量特性偏差過大會導(dǎo)致節(jié)流損失加大、一次調(diào)頻的響應(yīng)負(fù)荷不足或者過大、自動發(fā)電控制(automatic generation control, AGC)響應(yīng)變慢、閥門切換負(fù)荷波動等問題，最終影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運行[3]。汽輪發(fā)電機(jī)組由于長時間運行及大修安裝過程的調(diào)整，使閥門的實際流量曲線有所變動，因此長時間運行或大修后需對機(jī)組的閥門流量曲線進(jìn)行試驗校正，使機(jī)組各項指標(biāo)趨于最優(yōu)。

該公司2臺350 MW級超臨界機(jī)組汽輪機(jī)的型號為CJK375/306.9-24.2/0.4/566/566，型式為超臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、間接空冷、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。該型機(jī)組設(shè)有7段回?zé)岢槠?，依次供給3臺高壓加熱器、1臺除氧器、3臺低壓加熱器。汽輪機(jī)包括2個高壓主汽門MSV、4個高壓主調(diào)節(jié)汽門CV、2個中壓調(diào)節(jié)汽門ICV和2個中壓主汽門RSV。

1 閥門流量特性參數(shù)采集試驗

試驗開始前建立趨勢組，試驗參數(shù)[5]包括：DEH負(fù)荷設(shè)定、總閥位指令、機(jī)組功率、調(diào)節(jié)級壓力、主汽壓力、主汽溫度、CV1～CV4開度指令、CV1～CV4開度。

1.1 順序閥方式下閥門流量特性數(shù)據(jù)采集

2017年5月22日11:11，機(jī)組負(fù)荷321 MW，主汽壓力21.1 MPa，調(diào)節(jié)級壓力18 MPa，機(jī)組為順序閥運行方式。

11:23投入DEH功率控制，保持壓力設(shè)定值不變，機(jī)組負(fù)荷從318 MW開始按照3 MW/min的速率降負(fù)荷，同時通過DCS趨勢組采集試驗數(shù)據(jù)，通過設(shè)定目標(biāo)負(fù)荷的方式讓4個高壓調(diào)門緩慢關(guān)小。

14:21機(jī)組負(fù)荷183 MW，CV3、CV4關(guān)至38%，總閥位指令為67.4%，順序閥方式閥門流量特性數(shù)據(jù)采集試驗結(jié)束。

1.2 單閥方式下閥門流量特性數(shù)據(jù)采集

2017年5月22日14:45，機(jī)組負(fù)荷173 MW，主汽壓力21.49 MPa，調(diào)節(jié)級壓力9.83 MPa，機(jī)組完成單閥/順序閥切換過程，處于單閥方式運行，保持壓力設(shè)定值不變以協(xié)調(diào)方式進(jìn)行升負(fù)荷，并通過DCS趨勢組采集試驗數(shù)據(jù)，通過設(shè)定目標(biāo)負(fù)荷的方式讓4個高壓調(diào)門緩慢打開。

(3)可是現(xiàn)在,蕭哥哥,母親底懷內(nèi)還讓我去哭么?母親底懷內(nèi)還讓我去哭么?我也怕走近她,天呀,叫我向何處去哭呢?連眼淚都沒處流的人,這是人間最苦痛的人罷?

16:08機(jī)組負(fù)荷306 MW，主汽壓力20 MPa，調(diào)節(jié)級壓力17.14 MPa，CV1～CV4調(diào)閥全開到100%，單閥方式閥門流量特性數(shù)據(jù)采集試驗結(jié)束。

1.3 原汽輪機(jī)閥門流量特性檢查分析

由于DEH系統(tǒng)中無法直接測量蒸汽流量，在DEH的流量分析中，根據(jù)試驗記錄數(shù)據(jù)，按照式(1)進(jìn)行計算單閥和順序閥方式下汽輪機(jī)的等效實際流量：

(1)

式中：Q為等效實際流量，與DEH的總閥位指令相對應(yīng)，0%～100%；pim為調(diào)節(jié)級壓力，MPa；pt為不同負(fù)荷下的主汽壓力(試驗時盡可能保持壓力穩(wěn)定)，MPa；pt,r為額定負(fù)荷時額定主汽壓力值，MPa；pim,r為額定調(diào)節(jié)級壓力，MPa。

1.3.1 原順序閥方式下閥門流量特性的檢查分析

根據(jù)“1.1節(jié)”采集到的順序閥方式下閥門流量特性試驗數(shù)據(jù)，作出順序閥方式下DEH總閥位指令與實際等效流量之間的關(guān)系曲線，如圖1所示。

圖1 順序閥方式原始閥門流量特性曲線Fig.1 Flow characteristic curve of original valve in sequence valve mode

從圖1可以看出，順序閥方式中原始閥門流量特性曲線與理想流量特性曲線相比有較大偏差，主要分布在DEH總閥位指令為76%～89%及70%以下區(qū)域，最大偏差達(dá)到14.28%。

1.3.2 原單閥方式下閥門流量特性的檢查分析

根據(jù)“1.2章節(jié)”采集到的單閥方式下閥門流量特性試驗數(shù)據(jù)，作出單閥方式下DEH總閥位指令與實際等效流量之間的關(guān)系曲線，如圖2所示。

圖2 單閥方式原始閥門流量特性曲線Fig.2 Flow characteristic curve of original valve in single valve mode

從圖2可以看出，單閥方式下原始閥門流量特性曲線嚴(yán)重偏離理想閥門流量特性，二者之差最大達(dá)到31.81%。

2 閥門流量特性曲線校核

通過對采集的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與計算，獲取了機(jī)組原始的閥門流量特性，其中局部區(qū)域的非線性度超過2%，需對原始的閥門流量特性曲線進(jìn)行優(yōu)化，使之滿足AGC及一次調(diào)頻功能線性度的要求。

2.1 單閥流量指令-流量特性關(guān)系

在單閥控制邏輯中，汽輪機(jī)4個高壓調(diào)節(jié)閥(CV1～CV4)對應(yīng)的閥門指令函數(shù)F(x)均相同，如圖3所示。

圖3 DEH高壓調(diào)門單閥閥位指令結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Single valve position command structure diagram of DEH high pressure control valve

2.2 單閥方式閥門特性曲線

通過對試驗數(shù)據(jù)的分析與計算，單閥方式下僅需對單閥流量函數(shù)F(x)進(jìn)行優(yōu)化，相關(guān)的函數(shù)修正如表1所示，優(yōu)化效果如圖4所示。

表1 單閥方式閥門特性曲線函數(shù)Table 1 Valve characteristic curve function of single valve mode

圖4 單閥方式CV1～CV4閥位流量指令優(yōu)化效果圖Fig.4 Single valve mode CV1～CV4 valve position flow command optimization effect diagram

2.3 順序閥流量指令-流量特性關(guān)系

在順序閥控制邏輯中，CV1～CV4的閥門指令來自于4個相互獨立的函數(shù)輸出值，汽輪機(jī)每個高壓調(diào)節(jié)閥具有各自的閥門流量特性函數(shù)F1(x)～F4(x)，如圖5所示。

圖5 DEH高壓調(diào)門順序閥閥位指令結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure diagram of sequence valve position command of DEH high pressure regulating valve

2.4 順序閥方式閥門特性曲線

通過對試驗數(shù)據(jù)的分析與計算，在順序閥方式下需要分別對CV1～CV4的閥門指令F1(x)～F4(x)的函數(shù)值進(jìn)行修改，相關(guān)函數(shù)修正結(jié)果見表2～4，優(yōu)化效果如圖6所示。順序閥方式下，修改后閥位指令與期望值擬合，理想的CV1～CV4開度擬合結(jié)果如圖7所示。

表2 CV1順序閥方式閥門特性曲線函數(shù)Table 2 Valve characteristic curve function of CV1 along valve mode

表3 CV2順序閥方式閥門特性曲線函數(shù)Table 3 Valve characteristic curve function of CV2 along valve mode

表4 CV3、CV4順序閥方式閥門特性曲線函數(shù)Table 4 Valve characteristic curve function of CV3，CV4 along valve mode

圖6 順序閥方式CV1～CV4閥位流量指令優(yōu)化效果圖Fig.6 Effect diagram of flow command optimization for valve position CV1～CV4 in valve way

圖7 順序閥方式理想的CV1～CV4開度擬合結(jié)果Fig.7 Fitting results of ideal CV1～CV4 opening of sequence valve

3 優(yōu)化后的閥門流量特性檢驗

3.1 單閥方式下的檢驗結(jié)果

2017年5月23日11:22，機(jī)組由順序閥方式切為單閥方式運行，11:30負(fù)荷322.88 MW，主汽壓力21.5 MPa，調(diào)節(jié)級壓力18.41 MPa，機(jī)組以協(xié)調(diào)方式緩慢降負(fù)荷，4個高壓調(diào)門緩慢關(guān)閉，通過DCS趨勢組采集試驗數(shù)據(jù)。12:04機(jī)組負(fù)荷245 MW，主汽壓力21.6 MPa，調(diào)節(jié)級壓力13.61 MPa，單閥方式閥門流量特性檢驗試驗結(jié)束。

單閥方式閥門流量特性檢驗試驗過程趨勢圖如圖8所示，優(yōu)化后的閥門流量特性曲線與理想曲線對比效果見圖9。

圖8 單閥方式降負(fù)荷曲線Fig.8 Load reduction curve of single valve mode

3.2 順序閥方式下的檢驗結(jié)果

2017年5月23日12:50，機(jī)組由單閥方式切為順序閥方式運行，13:07機(jī)組負(fù)荷200 MW，主汽壓力21.69 MPa，調(diào)節(jié)級壓力10.78 MPa，機(jī)組以協(xié)調(diào)方式升負(fù)荷，保持定壓運行，并通過DCS趨勢組采集試驗數(shù)據(jù)。通過設(shè)定目標(biāo)負(fù)荷的方式令4個高壓調(diào)門緩慢打開。13:25高調(diào)門CV3、CV4全開到100%，13:39高調(diào)門CV1全開到100%，13:44高調(diào)門CV2全開到100%。此時，四閥全開機(jī)組負(fù)荷309 MW，主汽壓力20.62 MPa，調(diào)節(jié)級壓力17.65 MPa，順序閥方式閥門流量特性檢驗試驗結(jié)束。

圖9 校核后單閥方式DEH綜合閥位指令與等效流量的關(guān)系曲線Fig.9 The relationship curve between the command of DEH integrated valve position and equivalent flow rate after checking

順序閥方式閥門流量特性檢驗試驗過程趨勢圖見圖10，優(yōu)化后的閥門流量特性曲線與理想曲線對比效果見圖11。

圖10 順序閥方式升負(fù)荷曲線Fig.10 Load rising curve of valve way

圖11 校核后順序閥方式DEH綜合閥位指令與等效流量的關(guān)系曲線Fig.11 The relationship curve between the command of DEH integrated valve position and the equivalent flow rate after checking

3.3 試驗結(jié)果分析

a)通過單閥方式閥門流量特性函數(shù)的優(yōu)化，實際負(fù)荷指令流量特性線性度與理想的負(fù)荷指令流量特性偏差在2%以內(nèi)，沒有明顯拐點。

b)通過順序閥方式閥門流量特性函數(shù)的優(yōu)化，實際負(fù)荷指令流量特性線性度與理想的負(fù)荷指令流量特性偏差在2%以內(nèi)，沒有明顯拐點。

c)閥門特性曲線優(yōu)化后，汽輪機(jī)在“單閥/順序閥”方式切換過程中，負(fù)荷、壓力過渡良好，沒有出現(xiàn)明顯的流量拐點。

綜上所述，閥門特性曲線調(diào)整后的單閥方式和順序閥方式的負(fù)荷指令流量特性線性度良好，可滿足機(jī)組長期投入AGC、一次調(diào)頻和安全穩(wěn)定運行的需要。

4 結(jié) 語

通過汽機(jī)調(diào)門流量特性試驗，修正了汽機(jī)調(diào)門流量特性函數(shù)，進(jìn)行了動態(tài)驗證。試驗結(jié)果表明，優(yōu)化后的汽輪機(jī)機(jī)閥門具有很好的電負(fù)荷響應(yīng)特性，能夠滿足機(jī)組AGC和一次調(diào)頻的需要，保障機(jī)組的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行，同時對其他同類型機(jī)組汽輪機(jī)閥門流量曲線的校正具有一定參考價值。