超临界600MW 机组配汽研究.docx
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超临界600MW机组配汽研究
超临界600MW机组配汽研究
【摘要】通过试验方法寻找出汽轮机组的最佳阀门特性。
本文结合长沙电厂#1机组的配汽优化试验结果，
对两种配汽方式对机组经济性的影响进行了比较分析，该分析对于复合配汽方式运行机组的优化运行具有指导意义。
【关键词】试验阀门特性配汽优化经济性
0前言
湖南华电长沙发电有限公司2X600MW汽轮机机组系东方汽轮机有限公司生产的超临界、一次中
间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机。
其机组的配汽方式为全电调控制的复合配汽方式，调
节阀采用多阀系统，各阀严格按照预定的程序执行启闭、升程关系固定。
在启动和较低负荷时，汽
轮机采用节流调节，此时四个调节阀同时开启，带一定负荷后，关小或关闭部分阀门，转为喷嘴调
节。
这种配汽方式的最佳负荷点在90%～100%额定负荷范围之内，但仍然兼顾了部分负荷的运行经
济性。
为减少节流损失，部分负荷采用滑参数配汽，即保持阀门开度不变，靠改变进汽压力来调整
负荷。
为了达到节能降耗的目标，就有必要对其配汽方式进行优化。
1超临界600MW机组原设计情况
1.1超临界600MW机组原设计配汽曲线
超临界600MW机组原设计配汽曲线如图1所示。
0
10
20
30
40
50
60
020406080100120
阀杆行程mm
负荷指令%
HPGV1HPGV2&3
HPGV4
图1超临界600MW机组设计配汽曲线
23
1.2超临界600MW机组的调节级喷嘴组布置情况
图2超临界600MW机组调节级喷嘴组布置示意图
1.3超临界600MW机组的运行情况
机组采用定压或定－滑－定运行方式，在低负荷时采用第二种运行方式较为经济。
定－滑－定
运行方式的滑压运行范围为30％～90％额定负荷。
机组滑压运行时各个调节阀的阀门开度如表1所
示。
由表中各个调节阀的阀门开度可见，在机组部分负荷运行时，各个调门的节流损失较大。
表1滑压运行时各高压调节阀的阀门开度
项目＃1号调门＃2号调门＃3号调门＃4号调门
调门开度（％）8.937.037.054.9
2试验方法
本次试验主要依据为中国《电站汽轮机热力性能验收试验规程》（GB8117-87）和美国机械工程
师协会《汽轮机性能试验规程》（ASMEPTC6-1996），由华电电科院和东方汽轮机厂完成该实验。
试验中将压力测量更换精度0.075级ROSEMOUNT压力变送器；温度测量采用温度变送器转接E
型精密级热电偶；主流量测量采用位于3号高加出口的流量喷嘴测量；数据采集使用IMP分布式数
据采集系统，每30秒采集一次，每个负荷段数据采集持续1～2个小时。
整个试验过程中，保持系统单元制运行，期间关闭所有补水系统、疏水系统、旁路系统、锅炉
吹灰和连排系统等，保持系统被完全隔离。
运行参数保持稳定，不对系统进行无关试验的操作。
本次试验选取了600MW、550MW、500MW、450MW、400MW、360MW共6个负荷段。
为了便于比较
24
和寻找最优阀位，每个负荷段都进行原阀序的试验。
然后，以10%的速率分别开启和关闭不同位置
的调门，测试机组的高压缸效率、热耗率等。
每个工况进行了4组～6组试验。
本次阀门特性试验
工进行了30组试验，取得了30组不同阀位下机组的高压缸效率、热耗率等参数。
3试验结果
3.1试验计算及修正
求取采集数据的算术平均值，再经过仪表校验值、高差、大气压力等修正后作为试验原始测量
数据；根据DCS记录的各储水容器水位变化量、容器尺寸、记录时间和介质密度计算出当量流量。
将处理过的试验原始数据，带入下式中进行计算，求取热耗率：
e
msmsffwffwhrhhrhcrhcrhrhsprhsp
P
GHGHGHGHGH
HR
×−×+×−×−×
=
对于计算结果，进行主蒸汽温度、再热蒸汽温度、再热压损、排汽压力的修正，最终求得机组
在该负荷段不同阀位下的热耗值。
3.2600MW负荷段试验结果
在600MW负荷段，不同阀位下共进行了四组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系
见图3。
600MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系
7954.7
7899.8
7922.8
81.92
81.98
82.12
7880
7900
7920
7940
7960
7980
23.66924.35224.396
81.8
81.9
81.9
82.0
82.0
82.1
82.1
82.2
热耗值高压缸效率
图3图600MW工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系
从图3中可也看出，原阀序状态600MW（原阀位）的热耗并非最佳，而是在顺序阀工况600MW
－2（#2、3、4高调门全开，#1高调门开度接近10%）的阀位开度下，热耗及高缸效率最优。
在本负荷段试验过程中，调门开度变化对机组振动无影响。
3.3550MW负荷段试验结果
在550MW负荷段，不同阀位下共进行了六组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系
见图4。
25
550MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系
7936.9
7954.1
7924.8
7960.0
7985.2
81.2881.1981.10
80.67
79.73
7900
7920
7940
7960
7980
8000
22.52322.57822.51523.03223.659
78.5
79.0
79.5
80.0
80.5
81.0
81.5
热耗值高压缸效率
图4550MW工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系
从图4可以看出，550MW－3（#1调门全关，#3高调门开度为60%，#2、4高调门开度为100%）
阀门开度下，热耗低、缸效率高，为最佳运行工况。
此工况#3高调门开度为60%，节流损失已经很
小，就地阀位已经接近全开状态，因此在550MW负荷工况下，#3高调门也可以采用全开方式运行，
也就是可以采用三阀全开的方式运行，此工况的主蒸汽压力为22.51MPa。
3.4500MW负荷段试验结果
在500MW负荷段，不同阀位下共进行了五组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系
见图5。
500MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系
7966.3
7971.3
8000.2
8020.3
81.50
81.0481.09
80.51
7960
7980
8000
8020
8040
8060
20.54420.64520.94421.308
80.0
80.2
80.4
80.6
80.8
81.0
81.2
81.4
81.6
热耗值高压缸效率
图5500MW工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系
由图5中可以看出500MW－4（#1高调门全关，#2、3、4高调门全开）工况点热耗、缸效率最
佳。
3.5450MW负荷段试验结果
在450MW负荷段，不同阀位下共进行了五组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系
见图6。
26
450MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系
8036.3
8009.8
8033.2
8024.6
81.55
80.82
79.71
77.84
8000
8020
8040
8060
8080
8100
18.40619.08519.61421.606
75.0
76.0
77.0
78.0
79.0
80.0
81.0
82.0
热耗值高压缸效率
图6450MW工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系
从上图中可以看出，450MW－3工况（#1高调门全关，#3高调门开度为40%，#2、4高调门开度
100%）热耗率、高压缸效率优于其他工况。
此工况的主汽压力为19.085MPa。
3.6400MW负荷段试验结果
在450MW负荷段，不同阀位下共进行了五组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系
见图7。
400MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系
8058.3
8026.6
8014.8
8048.5
81.18
80.79
78.81
77.81
8010
8020
8030
8040
8050
8060
16.37816.54818.04620.242
76.0
77.0
78.0
79.0
80.0
81.0
82.0
热耗值高压缸效率
图7400MW工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系
从图7中可以看出，400MW工况下，400MW－2工况（1高调门全关，#3高调门开度为25%，#2
和#4高调门全开）下的热耗优于其他工况。
3.7360MW负荷段试验结果
在360MW负荷段，不同阀位下共进行了五组试验，热耗值、高压缸效率随阀门开度的变化关系
见图8。
27
360MW主汽压力与热耗值、高压缸效率关系
8079.6
8042.48043.0
8045.2
79.71
77.6977.6577.58
8040
8050
8060
8070
8080
8090
15.25817.06818.91818.938
77.0
77.5
78.0
78.5
79.0
79.5
80.0
热耗值高压缸效率
图8360MW工况下热耗、高压缸效率与主汽压力的变化关系
从图8中可以看出，360MW负荷工况下，360MW－3工况（#1高调门为全关，#3高调门开度为
20%，#2和#4高调门全开）点热耗最低，此负荷工况点主汽压力保持在17.068MPa时，经济性最佳。
4对比分析
从以上各负荷工况下不同阀位时取得的试验数据可以得出，机组在原阀序工况下的经济性较
差。
由于在原阀序工况下阀门存在进汽节流损失，使机组的相对内效率偏低，机组热耗偏高。
从图
8中可以明显看出，机组在原阀序状态下，#1高调门开度较小，#2、3、4高调门的开度均没有达到
部分阀门全开的进汽方式，造成进汽节流损失较大，热耗值偏高。
原阀序工况下各调门开度与负荷对应关系曲线
0
20
40
60
80
100
350375400425450475500525550575600625
负荷（MW）
开度（%）
#1高调门#2高调门#3高调门#4高调门
图9各负荷段原阀门开度与负荷的对应关系曲线
通过试验，得出的各负荷段下阀门开度与负荷对应关系如图10所示：
28
阀门优化后调门开度及热耗与负荷的关系曲线
0
20
40
60
80
100
120
350375400425450475500525550575600
负荷（MW）
开度（%）
7850
7900
7950
8000
8050
热耗（kJ/kWh）
#1高调门#2高调门#3高调门#4高调门修正后热耗
·
图10试验得出各负荷段下不同阀位所对应的最优热耗关系曲线
从优化后的阀门开度曲线（图10所示）可以看出，采用优化后的阀门开启控制方式，#1高调
门在机组带550MW以上负荷时才有开度，到600MW工况时，#1高调门开度为0~10%（根据季节控制），
#2、4高调门开度均为100%的全开状态，所以#2、4高调门的节流损失最小。
#3高调门在360MW负
荷工况开度为20%，至500MW负荷时，#3高调门的开度为100%，所以在360MW－500MW负荷段，只
有#3调门存在节流损失，其他3个调门不存在节流损失，故机组热耗较原阀序有很大降幅。
5配汽优化
根据试验，我们对机组的优化配汽改造，即将原来的复合配汽方式改为顺序阀方式运行，由原
来的“两阀组”运行改为“三阀组”运行方式。
根据机组原有的调门开启顺序及喷嘴组布置情况，
提供顺序阀配汽方案的调门开启顺序为#2、#4－#3－#1。
此阀门开启顺序对应的阀门开启曲线如图
11所示。
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
020406080100120
流量百分数%
H/D
HPGV2&HPGV4
HPGV3
HPGV1
图11优化后机组的配汽曲线
29
根据理论计算分析，机组三阀全开对应的功率为605MW，两阀全开对应的功率为402MW。
机组
在300～600MW负荷之间运行时，三阀全开滑压运行较为经济。
机组在180～300MW负荷之间运行时，
两阀全开滑压运行较为经济。
由于此配汽方式在部分负荷运行时，最多只存在一个阀门处于节流状
态，并不会出现四个调门都处于节流状态，所以优化后的配汽方式能明显提高机组的经济性。
经过华电电科院和东方汽轮机厂的试验确认，采用优化后的顺序阀控制方式，将使机组进汽节
流损失降低或消除，机组的经济性得到明显提高，热耗平均下降37kJ/kWh，煤耗约下降1.39g/kWh。
6切换过程
根据上述长沙电厂#1机组配汽优化方案，2010年7月2日湖南华电长沙发电有限公司对#1机
组进行配汽优化，实施过程如下：
1）机组负荷升至一定数值450MW左右，解除AGC指令，将CCS控制切除，点击画面上功率控
制按钮，将功率控制投入；
2）点击画面上阀控方式切换按钮，在弹出窗口中点击顺序阀按钮进行切换。
3）整个切换过程大约持续10分钟，在此期间应监视机组的一些重要参数是否超限，如机组负
荷、主汽压力、主汽温度、再热蒸汽温度、调节级后压力、机组1#～4#轴振。
4）切换完成，切除功率闭环回路，投入AGC指令，投入AGC指令。
图12至图15是机组切换前后混合阀与顺序阀阀门工况、机组状态及相关参数的对比：
图12混合阀阀门状态
30
图13顺序阀阀门状态
图14混合阀TSI状态
31
图15顺序阀TSI状态
从上述图形可以看出混合阀切换成顺序阀后，同负荷下阀门的状态改变了，切换后，机组的振
动瓦温基本无变化，机组运行稳定。
7结论
通过阀门配汽优化得出，采用优化后的顺序阀控制方式，机组运行稳定，机组进汽节流损失降
低，机组的经济性得到明显提高，热耗平均下降37kJ/kWh，煤耗约下降1.39g/kWh。
本次阀门配汽优化的成功，为同类型机组进行阀门特性试验和运行优化积累了经验，并对其他
同类型机组的配汽优化有一定的指导作用。
对于引进吸收大容量超临界汽轮机组的技术有一定的借
鉴意义。
参考文献：
[1]庄建华等《600MW超临界汽轮机配汽方式优化》。
上海：
发电设备，2007.6。
[2]朱矛东等《600MW汽轮机组顺序阀运行方式研究》。
哈尔滨：
汽轮机技术，2008.4。
[3]长沙1机组阀门特性试验报告2010.1
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