郑卫东，李晓燕，熊志成

（华能国际电力股份有限公司玉环电厂，浙江　台州　317604）

0　引言

随着新能源发电及特高压交直流输电技术的发展，火电机组的深度调峰势在必行，火电机组部分负荷运行的经济性问题越来越突出。目前国内的火力发电机组，汽轮机调门都存在不同程度的节流现象，即保留有一定的蓄热能力以应付电网的调频和调峰。汽轮机调门节流的大小与调门开度及机组压力设定密切相关，选择不同工况下的阀点及合适的滑压曲线，是可调性、经济性的关键。如何使汽轮机既能满足AGC（自动发电系统）响应的需求，又能实现最大程度节能的双重控制目标，是减小节流损失及提高部分负荷经济性的关键性难点问题，其实质就是如何确定汽轮机阀点工作位置。

汽轮机阀点的工作位置，与汽轮机滑压曲线密切相关，滑压曲线的设定通常依据厂家的初始设计，是一条理论工况下的理想曲线。理论的滑压曲线，难以满足因机组运行工况偏离设计的需要，实际运行中往往难以达到应有的节能功效，极端情况可能引起安全问题。确保汽轮机调门工作在最佳阀点位置，是滑压曲线优化的核心目标。

1　滑压曲线优化与最佳阀位关系分析

热力系统运行参数不变的情况下，汽轮机的负荷、主蒸汽流量、汽轮机高压调阀开度之间的关系可表达为

式中：Ne为机组负荷；P0为主蒸汽压力；Cv为线性化的高压调门开度。可见，负荷一定时主蒸汽压力越小，高压调阀开度越大。

汽轮机降压运行虽然降低整体热循环效率，但是是否增加能耗，要对比循环效率降低值与节流损失减少值两者之间的大小关系，对大多数机组而言，降低效率损失小于节流产生的能耗，所以完全从节能的角度看，如果降低汽轮机滑压运行设定值，使调门全开节能效果最佳。但调门全开将使机组无法对负荷进行精确控制，不能满足AGC和一次调频的需求。

如果滑压运行曲线设定压力过高，将导致阀门工作位置偏离设计的经济阀位。高压调阀开度越小，主蒸汽压力P0越高，循环热效率提高，对经济性有利，但高压调门开度越小节流损失越大，还会引起高压缸效率下降及给水泵功耗的上升。

因此，滑压曲线优化的实质是根据P0与Cv的最佳匹配关系，确定最佳的滑压曲线。怎么样得到最优运行结果，有2种观点，从这2种观点出发有多种做法：

（1）以主蒸汽压力为标准，负荷一定时，最佳压力对应最佳汽耗率。

（2）以阀点为目标，在阀点运行时必定能获得最佳的经济性，最佳阀点选择在调门的拐点附近，并保留适当的裕量。

单阀运行阀点1个，顺序阀阀点多个，如果机组为4只高压调门配置，其阀点目标值与负荷如图1所示。

2　最佳滑压曲线获得方法

图1　阀点目标值与负荷关系

汽轮机设计滑压曲线依据汽轮机运行在设计工况时的进汽量与机前压力正好匹配而定，最佳滑压优化曲线的获取方法有多种，例如试验法、变工况计算法、阀点分析法、重点因素分析法等。

以试验法为例，在机组各特定负荷下，通过高精度试验以确定机组不同负荷下采用不同滑压曲线的发电热耗率。依据试验数据得出机组热力特性，通过综合计算和比较，得出最优的压力曲线值。该方法在机组运行中比较容易进行，设定机组的边界条件。锅炉燃烧指令手动调整，选取不同负荷段，记录各典型负荷点的实际主蒸汽压力，手动修改压力设定值（也可以设计滑压曲线偏置操作端），记录压力设定值与调门开度的关系。当最经济的阀位确定后，最佳压力曲线即可获得。在特定的条件下，试验比较法比较准确，简单易行，在火电厂得到了较多运用。

从节能的角度看，无论哪种方法获得的最佳滑压曲线，其适用范围都比较小，难以兼顾机组运行方式和参数的影响。例如，运行机组受季节的影响带负荷能力变化较大，试验在夏季进行和在冬季运行差异明显。运行中如何确保机组始终维持在最佳滑压曲线上或者调门维持在某一阀点上，这需要对基本的滑压曲线进行动态优化补偿。

3　几种滑压曲线的运行修正方案

运行机组受主蒸汽温度、凝汽器真空、抽汽量变化、再热减温水流量、供热机组供热量变化等因素影响，相同的电功率时汽耗存在差异，使运行机组难以始终维持在最佳滑压曲线上。因此需要对滑压曲线进行动态修正，利用给定压力的变化，力求汽轮机调门始终工作在最佳经济阀位。

机组的汽耗率是确定最佳滑压曲线的关键因素，理论上可以根据机组的实际汽耗率与设计汽耗率的差异，得到滑压曲线的修正量。因实际汽耗率在线计算困难，可以用影响汽耗率的主要因素，即背压和抽汽量来修正。

3.1　基于背压补偿的滑压曲线动态修正方案

在机组实际运行中，随着夏季、冬季环境温度的变化循环水温度发生改变，对凝汽器压力影响较大，引起机组带负荷能力的变化，进而影响汽轮机阀门开度。非供热机组受抽汽变化影响较小，所以可以利用凝汽器压力对滑压曲线进行修正。实际应用中，可依据公式（2），用机组背压对滑压曲线进行修正：

式中：P为背压修正后负荷；PG为机组实际负荷；Pb为排汽温度对应的饱和压力。

背压采用绝压变送器时可直接运用，采用真空变送器时，用排汽温度折算其对应的饱和压力，获得的凝汽器压力具有足够的精度，完全可以满足机组滑压运行控制过程中计算“凝汽器压力修正因子”的需要。具体修正滑压曲线逻辑见图2。

图2　背压修正逻辑示意

3.2　基于主蒸汽流量补偿的滑压曲线动态修正方案

供热汽轮机的热效率与调门最佳阀位的对应关系受影响因素更多，不仅需要考虑背压影响，还需要考虑抽汽量变化的影响。

有研究表明，以主蒸汽流量为变量的汽轮机滑压曲线优化方法，可以兼顾背压及抽汽量变化的影响，基于主蒸汽流量补偿的滑压曲线可以通过试验的方法获得。其试验步骤如下：

（1）按蒸汽流量大小顺序，选取4个及以上主蒸汽流量， 分别进行步骤（2）—（4）。

（2）在选取的主蒸汽流量下，维持背压及抽汽量不变，选取4个及以上不同主蒸汽压力值。

（3）每个压力点，在主蒸汽流量不变情况下核算热耗值。

（4）把以上几个主蒸汽压力和对应的热耗率进行曲线拟合（最小二乘法法则），得出该主蒸汽流量下1条主蒸汽压力与热耗率关系曲线，根据最佳热耗率值，从而确定该主蒸汽流量下最佳压力值，如图3所示。

图3　热耗率与主蒸汽压力拟合曲线

（5）把试验得到的最佳主蒸汽压力数据进行处理，拟合出最佳滑压曲线，如图4所示。

图4　滑压曲线示意

3.3　基于阀点给定的定阀点滑压曲线修正方案

定阀点滑压即以汽轮机调门阀位为目标的滑压优化。理论上讲，根据相关运行参数，对定阀点滑压试验确定的基本滑压曲线进行修正，可以确保汽轮机调阀工作在设定阀位，实际运行中存在不可测干扰因素和修正误差。此问题可以用阀位给定作为修正因子来解决，设计一个阀点给定的闭环修正回路。即根据设定阀位、实际阀位偏差，闭环修正设计压力的设定值，有效解决压力设定曲线偏离实际运行工况补偿，具体见图5。

图5　定阀点滑压阀位给定闭环修正原理示意

其原理为：试验得出最佳的阀位给定值（例如设置为45%），与实际阀位进行比较，当阀门位置小于给定值时，压力修正减小压力设定值，压力降低导致负荷降低，为满足负荷需要，调门开大，直到达到阀位给定值为止，反之亦然。实现了汽轮机调门定阀点给定的闭环修正，在机组运行中，既能控制负荷，又能修正调门开度。

3.4　基于阀点动态优化的滑压曲线修正方案

比较在线测量得到的容易影响机组汽耗率的2个明显因素，即凝汽器的真空值和机组的抽汽量（供热机组），可以用来修正滑压曲线。将真空和抽汽量对应压力的修正量作为前馈来粗调，如图6所示，最佳阀位为控制目标的闭环回路为细调，这样结合了关键参数修正方案和阀点给定的定阀点滑压优化方案的优点。采用一个闭环的PID控制回路，以最佳滑压阀点作为控制目标，实时修正压力设定值（调整偏置量），实现最佳滑压曲线动态修正。为防止调节回路反复动作、需要注意以下情况：

（1）要设置阀位控制偏差死区。

（2）压力控制对阀位控制回路的闭锁（压力偏差小时参与调节）。

（3）前馈信号的处理。

（4）设置负荷变化对该回路的闭锁（负荷稳定时阀位回路参与调节）。

（5）考虑动态限幅，防止积分饱和。

4　几种修正方案的比较

图6　定阀点滑压最佳阀位控制原理

（1）基于背压补偿的滑压曲线动态修正方案依据关键参数优化，可行性较好，可以补偿季节的影响，对于抽汽量变化较大的供热机组不适用，该方案在浙江省某大型机组有实际运用。运用中，要注意背压测量的准确性及试验的边界条件。

（2）基于主蒸汽流量补偿的滑压曲线动态修正方案对试验准确性的要求较高，对试验数据处理的要求也较高。该方案兼顾了背压、抽汽量两个关键参数的影响，适用于各类型火电机组，该方案在北方某发电厂有实际运用，优化中要注意试验和数据处理的准确性。

（3）基于阀点给定的定阀点滑压曲线修正方案比较实用，利用较简单的闭环回路达到了定阀点滑压的目的。该方案需要试验确定最佳阀点，运行中可以手动设定阀位，比较灵活，节能效果较好，在浙江省某大型机组有实际运用。运用中，要处理好压力修正的速度和幅度，防止调门反复调节。

（4）基于阀点动态优化的滑压曲线修正方案结合了参数修正和定阀点给定修正的思想，节能效果好，在广东省某大型机组有实际运用。运用中，要处理好关键参数粗调与最佳阀位闭环调节的配合，防止调门来回动作。

5　结语

滑压曲线优化是提高机组经济性的有效手段，优化中要兼顾AGC性能的影响。滑压曲线优化的方法有多种，关键参数的动态修正方法可以实现不同工况、不同季节的需求。阀点给定的定阀点滑压曲线优化，是一种以最佳阀位确定滑压曲线的手段，思路较好。阀点动态优化是一种比较精确的方案，对机组节能有较好的预期。

以上介绍的不同优化方案在国内火电机组均有成功运用，可为火电厂汽轮机滑压曲线优化提供借鉴。