滑压典型案例介绍.docx

一、 用户概况
包头东华热电有限公司位于包头市东河区、河东镇壕赖沟。包头市东华热电有限公司于2003年4月2日注册成立。是由中国华电集团公司、北京国际电力开发投资公司和内蒙古蒙电华能热电股份有限公司共同投资，由中国华电集团公司控股建设的大型火力发电企业。包头东华热电项目建设2×300MW热电机组，总投资25.78亿人民币，2005年底第一台机组投入运行，2006年初第二台机组投运，实现年发电量3300GWH、年供热量522万GJ。该工程主要向包头东河区供热供电，同时取代大量小锅炉，既缓解包头市严重的大气污染问题，又可为地方经济发展提供充足的电力。
二、 项目背景
随着我国电力需求的巨大发展，为了提高单机发电量，大容量机组日益增多，逐渐替代小容量机组，总的电网容量越来越大，这样就造成了电网的峰谷差也越来越大，过去固定发电量的电网主力机组不得不参与降负荷的调峰运行，时常在55%～90%负荷之间作大幅度的变工况运行。这样，机组实际的运行工况经常偏离汽轮机组设计时的额定工况，若机组运行参数仍然按照设计参数运行的话，机组的运行效率会明显降低，经济效益变差。为了应对机组变负荷时经济性差的问题，现今大型火电发电机组日常运行过程经常采用复合滑压运行方式：在较高负荷区域和较低负荷区域运行时，机组采用定压运行方式，这时主要依靠高压调节阀调节综合流量指令来改变机组负荷；在中间负荷区域运行时，机组采用滑压运行方式，这时阀位不变，主要依靠改变主蒸汽压力来改变机组负荷。每一台机组在出厂时，生产厂家都会根据额定背压和额定供热抽汽量为汽轮机设计一条复合滑压运行的控制曲线，用以实现上述的复合滑压运行方式，保证机组在较优的状态下运行。
但是供热抽汽机组目前普遍采用的滑压运行曲线，是将机组的负荷作为自变量，在某一特定抽汽量及某一背压的情况下来确定机组的主蒸汽压力，然而，在汽轮机日常运行过程中，随着季节变换引起凝汽器压力变化或是由于机组对外抽汽供热引起机组负荷的变化等，常会使汽轮机控制系统给出的主蒸汽压力偏离预想的最佳滑压值，造成原滑压曲线不准确，这就会对机组滑压运行效率产生不利的影响，较大的影响了机组的经济性。
包头东华热电有限公司的亚临界330MW湿冷机组，在实际运行过程中，为汽轮机厂家提供的原规律，滑压运行经济性较差，未考虑抽汽及背压变化对机组运行的经济性的影响，无法满足机组运行经济性的需求。为了提高机组的运行经济性，研究出#2机组最优滑压运行曲线的直接影响因素，克服以往的以机组负荷作为自变量的滑压运行曲线设定方法的弊端，研究出适合机组最优滑压运行曲线，需要对机组进行滑压综合优化。
对于机组目前普遍采用的滑压运行曲线，一般是将机组的负荷作为自变量来确定机组的主蒸汽压力，机组负荷发生变化，机组的主蒸汽压力便随之改变。众所周知，机组负荷的影响因素较多，如初压的变化对机组的循环效率、相对内效率、给水泵功耗、节流损失等产生影响。因此在给定的负荷情况下，考虑这些因素的综合影响，确定出使机组热耗或者煤耗达到最低时的最优滑压运行压力。
为了克服目前通用滑压运行曲线设计方法的弊端，本项目通过采用上述方法对机组的滑压运行曲线进行综合优化，将能够使机组的滑压运行曲线适应不同抽汽量下的运行模式，满足机组滑压运行经济性和供热量的需求，并且本项目确定和实现的机组滑压运行曲线受机组背压变化的影响也会很小。因此，本项目将会大大改善供热机组滑压运行的经济性。
复合滑压运行是一种喷嘴滑压运行方式，在高负荷区采用定压喷嘴调节，用改变调节级通流面积的方法调节负荷，以提高机组的热效率；在低负荷区域，若干个调节阀中，除1-2个调节阀关闭外，其余调节阀门均全开进行滑压运行，以防热效率降低过多，即通常所见的两阀滑压，三阀滑压等；在极低负荷区域又进行较低水平的定压运行。通常当机组负荷在26%-91%范围内时，进行滑压运行。而当机组负荷在26%以下或91%以上时，机组采用定压运行方式。这样既可以提高机组调节过程的灵敏度，又可以大大改善机组的经济性，故较为实用。故本课题将对复合滑压运行方式进行实验方案设计，通过实验分析计算得到适用于复合滑压运行的滑压运行曲线。
另外，本项目在采用理论建模的变工况运行计算的基础上，结合实验法确定机组的滑压运行曲线，因此，具有较高的准确性，通过该方法确定的滑压运行曲线能够较好的应用于工程实际。鉴于机组为供热机组变工况运行的特殊性，本课题组细致地分析了背压、抽汽量变化对机组运行经济性等的影响，并且进行了大量的理论分析和实验研究，从而提高机组的运行经济性，达到节能降耗的目的。
二、 项目实施情况
滑压优化的项目实施主要分为四个部分：热力系统能损分析、进行滑压试验、热耗计算、实际工况及能损分析、滑压曲线设计。
l 热力系统能损分析
分析热力系统的各种改进与变化对机组经济性的影响，可以指出提高机组经济性的方向，具有重要的实践意义。热力系统的变化将影响到机组的循环吸热量、作功和加热器抽汽量。在主蒸汽流量不变的条件下，计算出热力系统变化引起的吸热与作功的变化，进而计算出系统经济性的变化，可使计算过程简化。由于在不同工况下，系统变化对机组经济性的影响是不同的。分析问题时，通常选择汽轮机的设计额定工况或经试验测定的额定负荷工况。以下基于机组的设计额定工况采用等效热降法分析各种热力系统变化对机组经济性的影响。
（1）主蒸汽
若主蒸汽泄漏至系统外，为保持系统中工质的流量平衡，需要在凝汽器加入相同流量的补充水，因此凝结水流量保持不变，对回热系统的流量和参数也没有影响。主蒸汽泄漏影响的作功就是该部分蒸汽直达凝汽器的作功，对循环吸热量的影响是该流量在再热器中的吸热量。
（2）再热蒸汽
若再热蒸汽泄漏至系统外，需要在凝汽器加入相同流量的补充水，因此不会影响凝结水流量和各段抽汽流量，影响的作功就是该蒸汽泄漏点直达凝汽器的作功。由于泄漏点为再热蒸汽，不影响循环吸热量。
（3）再热冷段
所考虑的流量泄漏点在二段抽汽之后，不影响二段抽汽量，泄漏的流量不经再热器加热，其影响的作功为相同流量的再热蒸汽直达凝汽器的作功，影响的吸热量为相同流量的冷再热蒸汽的再热吸热量。
（4）各段抽汽
在任一级加热器中加入热量，为维持回热系统参数不变，导致该级的抽汽量减少，相应的汽轮机中作功的流量增加。此时汽轮机组功率的增加还须考虑到由于该级抽汽量减少，导致疏水流量减少对其下各级加热器的影响。当为再热机组时，还需要考虑再热流量增加后，机组再热吸热量增加的影响。
加入抽汽管道的流量分为两部分考虑：一部分为纯热量，其对作功和吸热的影响相当于排挤抽汽。另一部分为焓值与抽汽焓相同的流量，排挤等量的抽汽，所排挤的抽汽直达凝汽器作功，若抽汽位于再热器之前，将影响再热吸热量。分析抽汽泄漏的情况只需将加入的热量取为负值即可。
（5）加热器端差
加热器端差增大，出口水温降低，造成本级给水吸热量减少，抽汽量减少，同时更高一级加热器进口水温降低，抽汽量增加，从而使高品位的抽汽量增加，机组经济性下降。
对于包含内置式疏水冷却段的加热器，准确的计算还应考虑到进口温度降低使疏水温度降低，抽汽放热量增加。
（6）喷水减温及旁路泄漏
机组过热减温水来自给水泵出口，该部分给水未经抽汽回热，直接在锅炉中被加热到过热蒸汽参数，锅炉吸热量增加；并由于相应减少高加抽汽量，增加了机组的冷源损失。在主汽流量相同的情况下，过热减温水越多，高加抽汽量减少越多，冷再流量增加，机组排汽流量增大，冷源损失也相应增加，同时机组做功量和锅炉吸热量也相应增加。由于机组功率增加不足以抵消吸热量增加对热耗率的影响，总体效果为机组经济性降低。
高加旁路泄漏使流经高加的给水流量减少，高加抽汽量也相应减少，机组功率增加，但高加旁路泄漏的给水未经回热系统加热，在锅炉中的吸热量增加，且高压缸两段抽汽减少时再热蒸汽流量增加，从而使再热吸热量增加。由于机组功率增加不足以抵消吸热量增加对热耗率的影响，总体效果为机组经济性降低。
再热减温水进入再热器后被加热为再热蒸汽，直接流向中压缸，不在高压缸作功，相当于中压机组，导致机组功率的损失和热耗率的升高，因此再热减温水对机组经济性的影响大于高加旁路泄漏的影响。
（7）连续排污
连续排污流量经过各级加热器吸热造成抽汽量增加，并在锅炉内吸热至饱和水，排出后经扩容，若将部分连续排污能量利用于除氧器，可回收一部分作功损失。
（8）加热器危急疏水
加热器危急疏水泄漏，导致疏水放热量损失，造成下一级加热器抽汽量增加，使机组功率降低，经济性下降。此外，大量本可回收的热量被排至凝汽器，增加凝汽器热负荷，影响机组真空，使机组经济性进一步降低。
（9）对机组经济性影响的主要因素
系统泄漏包括外部泄漏和内部泄漏，两者对经济性有很大影响，不明漏量反映机组的外漏情况，内部泄漏造成蒸汽或水的有效能损失，且内部泄漏不易被发现，长期泄漏对机组经济性影响很大，因此要使机组运行的热力性能经济性达到或接近设计值，控制整个机组热力系统的严密性相当重要。
l 进行滑压试验
实验的项目及过程大体如下：
1)选定主蒸汽流量分别为850t/h、800t/h、700t/h、600t/h、550t/h；
2)在实验中，保持冷凝器背压尽可能不变；若无法保证，必须做到一个主蒸汽流量的实验，保持冷凝器背压不变；
3)改变主蒸汽压力的实验中具体操作方法为：改变机组的主蒸汽压力指令为需要的设定值，通过微调机组负荷指令，维持主蒸汽流量（调节级压力）不变。
4)每一主蒸汽流量对应的实验主蒸汽压力点具体数值如下：
负荷(估算值)
主蒸汽流量
滑压1
滑压2
滑压3
滑压4
180MW
550t/h
14 MPa
13MPa
12MPa
11.2MPa
200MW
600t/h
15MPa
14MPa
12.5MPa
11.2MPa
230MW
700t/h
16 MPa
15MPa
14MPa
13MPa
270MW
800t/h
16.7MPa
16MPa
15MPa
14MPa
283MW
850t/h
16.7MPa
16MPa
15.5MPa
15MPa
5)计算每一主蒸汽流量和主蒸汽压力共计20个工况点，对应的机组试验热耗值；
6)在每一主蒸汽流量下，对实验主蒸汽压力和相应的试验热耗值进行曲线拟合，确定每一个主蒸汽流量下机组最优主蒸汽压力设定值。
7)每一主蒸汽流量下的每个压力点需保证调节主汽流量相同，冷凝器背压也相同，并使得压力在稳定情况下维持35~40分钟。
做完以上所有工况点的滑压试验后，试验结束，恢复机组正常运行，可以进行试验数据的采集。试验数据的采集通过DCS、DEH或者SIS系统，选择试验方案要求的相应测点（一般为60个左右），输入实验进行的时间段，以csv或txt的格式导出到文件夹，并用电厂的光盘对数据文件进行刻录，或者用格式化的U盘进行拷贝，带回实验室进行分析计算。
数据采集需要注意以下事项：
1、试验数据采集时间间隔最好保证是等间隔1s，这是由于实验室现有的数据处理程序是等间隔1s的，处理出的结果能保证其精确度。
2、若系统采集1s 时间间隔时需分采集段过多，过于麻烦，试验数据时间间隔应尽可能小。
l 热耗计算
滑压曲线确定的一个重要的环节就是进行机组实际热耗率的计算。按照ASME PTC6-1996及ASME PTC6-1982的方法，根据采集的滑压试验数据，对机组整个热力循环的各个换能环节进行能量计算，得到机组的热耗率计算公式为：
式中： 、——主蒸汽流量，主蒸汽焓；
、——主给水流量，主给水焓；
、——过热器减温水流量，过热器减温水焓；
、——冷再热蒸汽流量，冷再热蒸汽焓；
——热再热蒸汽焓；
、——热再热减温水流量，热再热减温水焓；
、——供热抽汽量，供热抽汽焓；
——供热抽汽回水焓；
——汽轮机输出功率。
公式中各参数的具体确定方法如下：
确定主蒸汽流量：主蒸汽流量通过采集的测量数据得到。
确定主蒸汽焓：主蒸汽焓可由采集的主蒸汽压力、主蒸汽温度的测量数据计算得到。
确定主给水流量：主给水流量通过采集的测量数据得到。
确定主给水焓；主给水焓可由采集的给水压力、给水温度的测量数据计算得到。
确定过热减温水流量；过热减温水流量通过采集的测量数据得到。
确定过热减温水焓：过热减温水焓可由采集的过热减温水压力、过热减温水温度的测量数据计算的得到。
确定冷再热蒸汽流量：冷再热蒸汽流量通过采集的高压缸抽汽以及回热器中参数的测量数据计算得到。
确定冷再热蒸汽焓：冷再热蒸汽焓可由采集的高排压力、高压缸排汽温度的测量数据计算的得到。
确定热再热蒸汽焓：热再热蒸汽焓可由采集的再热蒸汽压力、再热蒸汽温度的测量数据计算的得到。
确定供热抽汽量：供热抽汽量通过采集的回水流量的测量数据得到。
确定供热抽汽焓：供热抽汽焓可由采集的供热抽汽压力和供热抽汽温度的测量数据计算得到。
确定供热抽汽回水焓：供热抽汽回水焓可由采集的回水压力和回水温度的测量数据计算得到。
确定汽轮机输出功率：汽轮机输出功率通过采集的测量数据得到。
在得到以上热耗率计算公式中所需要参数值后，即可进行热耗率计算，这是确定出最优主汽压的关键步骤，也是为得到最终的滑压运行曲线提供重要的数据分析基础。
l 滑压曲线设计
1、各工况最优主蒸汽压力的确定
从纯凝工况的实验过程中，在调节四个不同主蒸汽压力设定值的过程中存在较大的波动，因此需要对数据进行处理，处理成准稳态数据后再进行热耗率计算，从而得到各个主蒸汽流量下热耗率随主蒸汽压力的变化规律。将各主汽压下的热耗平均值进行最小二乘法曲线拟合，就可以得到各个主蒸汽流量下的最优主蒸汽压力值。
2、机组变工况滑压运行曲线的优化设计
通过上述试验验证，得出各个主蒸汽流量/负荷下最优主蒸汽压力点，同时综合考虑机组在各个压力下运行的稳定性、安全性等因素，对试验结果进行适当修正调整，综合设计#2机组的最优滑压运行规律，为优化后的滑压运行曲线设计参数，可用于机组运行优化指导。
结合机组情况考虑到机组设备对炉侧响应速度的影响，导致机组目前不具备投运自动滑压条件。因此，给出优化后的各负荷工况对应的最优压力，作为指导滑压运行曲线，运行人员根据滑压运行曲线为指导，即不同负荷工况下对应一个最优主蒸汽压力进行滑压运行操作。
三、 优化成果
根据上述计算对比，包头东华热电#2机组机组得到优化后在滑压负荷点区间的热耗率综合下降了40KJ/KWh，折合降低发电煤耗1 g/kwh，具有很好的节能效益。因此，本次优化改造达到了优化目的和预期效果。