項(xiàng)目背景汽輪機(jī)閥門管理是DEH系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。DEH系統(tǒng)根據(jù)閥門的調(diào)節(jié)方式，通過閥門管理把控制回路輸出的流量信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦鱾€(gè)調(diào)節(jié)閥的開度指令，驅(qū)使相應(yīng)的閥門開啟到要求位置，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速或功率的調(diào)節(jié)。目前，提高汽輪機(jī)效率的方法主要有兩種，一種是通過對汽輪機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改造實(shí)現(xiàn)，另一種則是通過汽輪機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，其中閥門管理優(yōu)化是提高汽輪機(jī)效率的重要途徑。汽輪機(jī)是一種以蒸汽為動(dòng)力，將蒸汽的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代大型發(fā)電系統(tǒng)中。為滿足用戶實(shí)際用電量需求，汽輪機(jī)必須經(jīng)常調(diào)整其功率，以使電機(jī)功率與外界變動(dòng)的負(fù)荷保持平衡。改變汽輪機(jī)功率最直接、最有效的方式就是控制其進(jìn)汽量，進(jìn)汽量發(fā)生變化時(shí)汽輪機(jī)的功率也會(huì)隨之發(fā)生變化，即配汽。一般來講，汽輪機(jī)配汽有兩種方式，即單閥和多閥（也稱順序閥）。單閥是指在汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽時(shí)，各高壓調(diào)節(jié)閥門同時(shí)進(jìn)汽，此時(shí)各高壓調(diào)節(jié)閥門的指令和開度都是一樣的。多閥是指在汽輪機(jī)進(jìn)汽時(shí)采用單個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門逐步進(jìn)汽，各個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門的指令和開度都是不一樣的，各調(diào)節(jié)閥按照一定的順序有計(jì)劃地動(dòng)作從而改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽面積。由于閥門流量的非線性特性，調(diào)整閥門開啟速度、開啟次序、開啟重疊度等，理論上來說，單閥配汽和多閥配汽方式又各自衍生出無窮多個(gè)配汽方式。實(shí)際中考慮種種限制，為了使機(jī)組運(yùn)行安全、運(yùn)行穩(wěn)定，或效率最高，通常只有有限種配汽方式。在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的過程中，根據(jù)安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等不同需求，需要及時(shí)在這幾種有限的配汽方式之間進(jìn)行切換。例如，一般情況下，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)采用單閥方式運(yùn)行，以保證汽缸轉(zhuǎn)子受熱均勻、機(jī)組運(yùn)行靈活性好；機(jī)組日常運(yùn)行時(shí)采用多閥方式運(yùn)行，以保證機(jī)組較高的效率和經(jīng)濟(jì)性。而多閥方式下，不同配汽方式又對應(yīng)不同的效率曲線。為了使相對內(nèi)效率最高，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好，各種多閥配汽方式之間又需要進(jìn)行切換。設(shè)計(jì)配汽規(guī)律和獲取準(zhǔn)確的閥門流量特性是閥門管理的重要組成部分。配汽規(guī)律指汽輪機(jī)的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，各調(diào)節(jié)閥門的開度隨負(fù)荷變化的規(guī)律。當(dāng)配汽規(guī)律設(shè)計(jì)不合理時(shí)，會(huì)致使軸系受力不均衡，在部分負(fù)荷區(qū)將產(chǎn)生很大的橫向汽流力，使軸心位置必然發(fā)生變化，產(chǎn)生不對中故障，并且使軸承的工作特性發(fā)生改變，發(fā)生軸承失穩(wěn)、軸振幅值增加的現(xiàn)象，另外軸心的大幅偏移也導(dǎo)致了瓦溫的升高，可能引發(fā)更嚴(yán)重的燒瓦事故，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性。為了提高機(jī)組運(yùn)行的安全性，則只能采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式以減小配汽不平衡汽流力，但節(jié)流調(diào)節(jié)會(huì)產(chǎn)生很大的節(jié)流損失，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，在進(jìn)行配汽規(guī)律設(shè)計(jì)時(shí)，需要借助調(diào)節(jié)級流量特性曲線。調(diào)節(jié)級流量特性曲線一般是通過理論計(jì)算即調(diào)節(jié)級變工況計(jì)算得到的。然而，只通過調(diào)節(jié)級變工況計(jì)算理論，無法實(shí)現(xiàn)對閥門流量特性的準(zhǔn)確辨識。因此機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)曲線與實(shí)際曲線不匹配而導(dǎo)致機(jī)組功率波動(dòng)，閥門流量特性線性度不好的問題，影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，如果機(jī)組的流量線性度差，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）和一次調(diào)頻等調(diào)節(jié)性能下降。汽輪機(jī)的高調(diào)門配汽方式雖然只是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，但是對機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著重要的影響，其設(shè)計(jì)必須綜合熱力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)等相關(guān)專業(yè)的理論和知識，進(jìn)行系統(tǒng)的理論和試驗(yàn)研究。國內(nèi)許多電廠機(jī)組存在如下的運(yùn)行問題：由于出廠時(shí)原配汽規(guī)律設(shè)計(jì)、順序閥進(jìn)汽順序不合理，機(jī)組部分負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行軸振較大，導(dǎo)致順閥規(guī)律無法正常投運(yùn)，影響機(jī)組安全運(yùn)行；且閥門節(jié)流損失較大，影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，存在優(yōu)化空間。有的電廠機(jī)組在檢修后，閥門流量特性發(fā)生改變，原規(guī)律已經(jīng)無法滿足機(jī)組運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性及調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的要求，需按照機(jī)組自身特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，存在優(yōu)化潛力。3、機(jī)組閥門開啟重疊度設(shè)計(jì)不合理，節(jié)流損失較大；4、配汽不平衡汽流力較大，不利于軸系運(yùn)行穩(wěn)定性，存在安全性優(yōu)化空間；5、機(jī)組閥門綜合流量特性曲線的線性度較差，這對機(jī)組的AGC和一次調(diào)頻能力都會(huì)有很大的影響，間接影響機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，影響電廠的間接運(yùn)行效益，存在經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化空間；6、機(jī)組的閥門開啟規(guī)律設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致閥門動(dòng)作平穩(wěn)性較差，加大了設(shè)備原件的磨損，降低使用壽命，影響了電廠運(yùn)行的間接經(jīng)濟(jì)性。本汽輪機(jī)配汽優(yōu)化課題組針對目前電廠普遍存在的上述問題，歷時(shí)多年研究，系統(tǒng)、細(xì)致地分析了配汽方式對機(jī)組安全性、經(jīng)濟(jì)性的影響，并且進(jìn)行了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，建立了一套完整的汽輪機(jī)配汽方式的綜合分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提高了機(jī)組的安全性和效率，并在實(shí)際工程中有著豐富的改造經(jīng)驗(yàn)，在業(yè)界得到廣泛承認(rèn)，擁有眾多的不可比擬優(yōu)勢。項(xiàng)目實(shí)施情況配汽優(yōu)化的項(xiàng)目實(shí)施主要分為四個(gè)部分：優(yōu)化潛力分析、確定優(yōu)化思路、閥門開關(guān)試驗(yàn)、熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)。優(yōu)化潛力分析配汽優(yōu)化潛力分析是從電廠采集機(jī)組正常運(yùn)行情況下的單閥、順序閥（開啟順序按原閥序）運(yùn)行數(shù)據(jù)，專業(yè)技術(shù)人員利用數(shù)據(jù)分析軟件工具，以及長時(shí)間積累的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而確定能從哪幾個(gè)方面對機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化，以及進(jìn)行優(yōu)化的潛力評估。配汽優(yōu)化通常包括以下幾個(gè)方面：改變順序閥開啟順序、優(yōu)化閥門流量特性曲線、優(yōu)化噴嘴重疊度等。確定優(yōu)化思路1、設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)根據(jù)機(jī)組的高調(diào)門布置圖和目前的高調(diào)門進(jìn)汽順序，進(jìn)行配汽優(yōu)化的總體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)不會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行；并且根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，選取優(yōu)化方案。2、多目標(biāo)的綜合優(yōu)化根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，考慮熱力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)等相關(guān)專業(yè)的理論和知識，將機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及調(diào)節(jié)性能等問題做多目標(biāo)優(yōu)化，設(shè)計(jì)兼顧調(diào)節(jié)效率、高壓缸效率、瓦溫、軸振、閥門流量特性線性度等所有因素的配汽規(guī)律。3、高調(diào)門流量特性的準(zhǔn)確辨識對汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行流量特性辨識，這也是整個(gè)配汽優(yōu)化的核心，因?yàn)椋y門流量特性辨識的準(zhǔn)確性直接影響機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及調(diào)節(jié)性能。4、配汽規(guī)律在線修改采用在線修改配汽規(guī)律的技術(shù)，機(jī)組運(yùn)行期間即可完成配汽優(yōu)化改造，避免由于改造影響機(jī)組正常運(yùn)行所帶來的經(jīng)濟(jì)損失；并且使機(jī)組及時(shí)采用優(yōu)化后的配汽規(guī)律，使機(jī)組盡可能早的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高電廠效益。5、本配汽優(yōu)化技術(shù)的特色和優(yōu)勢本配汽綜合優(yōu)化技術(shù)具有以下幾個(gè)特色：1)配汽規(guī)律曲線的流量準(zhǔn)確辨識；2)配汽規(guī)律曲線的流量變工況計(jì)算；流量特性曲線較好的線性度；3)閥門優(yōu)化重組，針對機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷提高經(jīng)濟(jì)性。兼顧瓦溫，軸振優(yōu)化設(shè)計(jì)提高安全性；4)合理優(yōu)化閥門開啟重疊度。本閥門管理優(yōu)化技術(shù)首先通過機(jī)組的實(shí)際調(diào)研，根據(jù)調(diào)研結(jié)果和調(diào)節(jié)級變工況理論計(jì)算，結(jié)合本單位研制開發(fā)的閥門流量特性辨識軟件和閥門重組優(yōu)化軟件，對機(jī)組進(jìn)行閥門管理優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且給出1~2套閥門管理優(yōu)化方案；然后，經(jīng)過機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對方案進(jìn)行修正，給出最終的方案；最后，經(jīng)過閥門開關(guān)試驗(yàn)的結(jié)果，對所給出的配汽規(guī)律進(jìn)行校驗(yàn)，給出方案的選擇順序，確定最優(yōu)方案，從而，通過多次綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到最優(yōu)的配汽效果。閥門開關(guān)試驗(yàn)閥門開關(guān)試驗(yàn)是指改造前閥門順序的開啟和關(guān)閉試驗(yàn)。由于機(jī)組順序閥變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)存在調(diào)門擺動(dòng)、軸振較高等問題，為此，需要進(jìn)行改造前閥門順序開啟試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證根據(jù)機(jī)組部分進(jìn)汽所產(chǎn)生的水平和垂直方向汽流力對軸承振動(dòng)和瓦溫的影響，從而選取在滿足軸承振動(dòng)和瓦溫的情況下的全新配汽規(guī)律，并考慮各軸系承載、機(jī)組投運(yùn)順序閥的各種復(fù)雜工況下，通過進(jìn)一步的修正達(dá)到最優(yōu)。電廠開關(guān)試驗(yàn)結(jié)束之后進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析計(jì)算，確定最優(yōu)閥序、優(yōu)化流量特性曲線，或者最優(yōu)噴嘴重疊度。以原進(jìn)汽順序?yàn)?1+#2→#3→#4為例，開關(guān)實(shí)驗(yàn)過程一般如下：1、#1、#3高壓調(diào)節(jié)閥門順序開啟和關(guān)閉試驗(yàn)將機(jī)組升負(fù)荷至180MW左右，適當(dāng)降低機(jī)組運(yùn)行主汽壓，使機(jī)組的四個(gè)高調(diào)門全部開啟。1)在#1、#2、#3、#4號四個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門全部開啟的基礎(chǔ)上，逐步關(guān)小#3號高壓調(diào)節(jié)閥門的開度，最終實(shí)現(xiàn)#1、#2、#4號高壓調(diào)節(jié)閥門完全開啟，而#3號高壓調(diào)節(jié)閥門完全關(guān)閉；2)在#1、#2、#4號高壓調(diào)節(jié)閥門三閥全開的基礎(chǔ)上，逐步關(guān)小#1號高壓調(diào)節(jié)閥門的開度，最終實(shí)現(xiàn)#2、#4號高壓調(diào)節(jié)閥門完全開啟，而#1、#3號高壓調(diào)節(jié)閥門完全關(guān)閉；3)在#2、#4號高壓調(diào)節(jié)閥門兩閥全開的基礎(chǔ)上，同步關(guān)小#2、#4號高壓調(diào)節(jié)閥開度，最終實(shí)現(xiàn)#2、#4號高壓調(diào)節(jié)閥門開度為50%；4)在#2、#4號高壓調(diào)節(jié)閥門開度為35%的基礎(chǔ)上，逐步同時(shí)開大#2、#4號高壓調(diào)節(jié)閥門的開度至全開；5)在#2、#4號高壓調(diào)節(jié)閥門全開的基礎(chǔ)上，逐步開大#1號高壓調(diào)節(jié)閥門的開度至全開，然后再逐步開大#3號高壓調(diào)節(jié)閥門的開度，最終實(shí)現(xiàn)#1、#2、#3、#4號4個(gè)高調(diào)門完全開啟。2、#2、#4高壓調(diào)節(jié)閥門順序開啟和關(guān)閉試驗(yàn)1)在上面試驗(yàn)基礎(chǔ)上，逐步關(guān)小#4號高壓調(diào)節(jié)閥門的開度，最終實(shí)現(xiàn)#1、#2、#3號高壓調(diào)節(jié)閥門完全開啟，而#4號高壓調(diào)節(jié)閥門完全關(guān)閉；2)在#1、#2、#3號高壓調(diào)節(jié)閥門三閥全開的基礎(chǔ)上，逐步關(guān)小#2號高壓調(diào)節(jié)閥門的開度，最終實(shí)現(xiàn)#1、#3號高壓調(diào)節(jié)閥門完全開啟，而#2、#4號高壓調(diào)節(jié)閥門完全關(guān)閉；3)在#1、#3號高壓調(diào)節(jié)閥門全開的基礎(chǔ)上，同步關(guān)小#1、#3號高壓調(diào)節(jié)閥開度，最終實(shí)現(xiàn)#1、#3號高壓調(diào)節(jié)閥門開度為50%；4)在#1、#3號高壓調(diào)節(jié)閥門開度為50%的基礎(chǔ)上，逐步同時(shí)開大#1、#3號高壓調(diào)節(jié)閥門的開度至全開；5)逐步開大#2號高壓調(diào)節(jié)閥門的開度至全開，然后再逐步開大#4號高壓調(diào)節(jié)閥門的開度，最終實(shí)現(xiàn)#1、#2、#3、#4號4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門完全開啟。3、#2、#3、#4三個(gè)高調(diào)門開度45%開#1測試試驗(yàn)1）在機(jī)組#1高調(diào)門強(qiáng)制全關(guān)，#2、#3、#4三個(gè)高調(diào)門開度45%的基礎(chǔ)上，將#1高調(diào)門切換至手動(dòng)，逐步開啟#1高調(diào)門的開度，至#1高調(diào)門開度為27%；而#2、#3、#4高調(diào)門保持45%開度不變，試驗(yàn)結(jié)束。熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)根據(jù)閥門開關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)全新的配汽規(guī)律，并在機(jī)組單閥運(yùn)行方式下，在線直接將順序閥的規(guī)律修改成新的配汽規(guī)律，避免由于停機(jī)進(jìn)行閥門管理優(yōu)化改造影響機(jī)組正常運(yùn)行所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。然后，在此基礎(chǔ)上就可以直接進(jìn)行單閥——順序閥切換以及順序閥控制的熱態(tài)試驗(yàn)。熱態(tài)試驗(yàn)的目的在于考查機(jī)組帶負(fù)荷過程中，在順序閥控制以及單閥——順序閥切換控制過程中的穩(wěn)定性和可靠性，軸承不同的負(fù)荷下瓦溫、軸振和瓦振等是否合格。同時(shí)，由于變負(fù)荷時(shí)存在調(diào)門擺動(dòng)、瓦溫高等問題，為了能夠徹底綜合解決此問題，需作進(jìn)一步的熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)，保證新規(guī)律對軸承和閥體均滿足要求，實(shí)現(xiàn)配汽優(yōu)化的最優(yōu)效果。根據(jù)閥門開關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)全新的配汽規(guī)律，并且在機(jī)組單閥運(yùn)行方式下，在線直接將順序閥的規(guī)律修改成新的配汽規(guī)律，避免由于閥門管理優(yōu)化改造影響機(jī)組正常運(yùn)行所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。然后，在此基礎(chǔ)上就可以直接進(jìn)行單閥——順序閥切換以及順序閥控制的熱態(tài)試驗(yàn)。將熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)數(shù)據(jù)采回，再次進(jìn)行分析，并進(jìn)行優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性成果評估，出分析報(bào)告。優(yōu)化成果通過本配汽綜合優(yōu)化技術(shù)，對電廠機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化改造，預(yù)期可以取得的效果如下：1、在機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性方面：1)配汽優(yōu)化后，可以明顯改善機(jī)組閥門的綜合流量特性曲線的線性度，解決由于機(jī)組流量特性曲線較差引起的調(diào)門異常性調(diào)節(jié)性擺動(dòng)問題；2)配汽優(yōu)化改造后，優(yōu)化機(jī)組配汽不平衡汽流力，使機(jī)組的瓦溫或者軸振得到一定程度的改善，改善順序閥的軸振和瓦溫平穩(wěn)水平，解決軸振突增問題。3)目前，在順序閥運(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)組軸振突增，最大軸振值經(jīng)常超過報(bào)警值運(yùn)行，存在安全隱患，預(yù)計(jì)改造后軸振可控制在安全運(yùn)行范圍內(nèi)，并遠(yuǎn)離報(bào)警值；2、在機(jī)組運(yùn)行的直接經(jīng)濟(jì)性方面：1)優(yōu)化閥門開啟順序，解決軸振問題使機(jī)組安全投運(yùn)順