一、立项背

作为“燃煤机组灵活性调峰整体优化技术研究及示范”项目的子课题，以汽轮机低压缸末级最小安全流量模式运行技术为主要研究内容，对汽轮发电机组低压缸最小流量确定方法、试验验证方式、运行控制策略等进行深入研究；通过对低压缸系统典型工况理论分析，得出预期指标；在保证机组安全的前提下，通过试验方法，结合分析结果探索具体控制参数，并结合试验过程，给出具体机组控制策略和方法。通过对低压缸末级最小安全流量模式运行技术的研究，降低机组运行期间低压缸流量，减少冷源损失，提高热电比，降低低压缸出力，提高机组运行经济性，也在一定程度上提高了机组调峰能力，为火电灵活性改造提供有力支撑

随着全社会用电需求增速放缓以及可再生能源的大规模发展，火电利用小时数将会逐年下降，为此提升火电机组运行灵活性，大规模参与电网深度调峰将是大势所趋，在未来，机组处于低负荷运行将成为常态。在电力需求较少时，调峰机组的工作负荷小于设计负荷，其实际流过的容积流量也小于设计容积流量；对于冷凝式汽轮机，负荷变化时，流过的蒸汽流量也发生变化，引起冷却水温度的变化，背压也随之改变，最终引起低压缸容积流量的变化；对于热电联产机组，需要进行中间级抽汽供暖，这也会造成抽汽后的几级容积流量小于设计容积流量；在空冷机组中，其背压随大气温度的变化而变化，当工作背压高于设计背压时，也使得机组低压缸末级处于小容积流量下工作。因此，机组小容积流量问题在未来火电机组运行中将成为一个较普遍的问题，对机组最小安全流量模式运行技术进行研究，将有着非常重要的意义

二、成果原理说

成果过对示范机组低压缸最小流量测量方法、试验验证方式、运行调整等进行深入研究，采用试验测量与数值拟合结合的方式，得出不同蒸汽和背压情况下机组运行低压缸准确的最小安全流量，绘制最小流量控制线。重点研究汽轮机低压缸末级最小安全流量模式运行技术，对最小流量试验方法、运行调节策略等进行深入探索；通过采用对低压缸流量试验测量与数值拟合相结合的方式，得出不同蒸汽量和背压情况下，机组运行低压缸最小安全流量，以及机组对应流量下，相关系统和设备具体参数；在试验过程中，形成低压缸小流量运行工况的成熟控制策略和方法

通过对低压缸末级最小安全流量模式运行技术的研究，降低机组运行期间低压缸流量，减少冷源损失，提高热电比，提高机组运行经济性。同时由于降低低压缸出力同时，减少了机组出力，在一定程度上提高了机组调峰能力，课题研究成果将为火电灵活性改造提供有力支撑。由于课题方法具有通用特点，通过对示范机组的研究，将形成一套成熟的低压缸最小安全流量运行控制技术，将广泛用于各类型汽轮发电机组改造和优化运行

三、成果实施效果说

通过研究，形成一套成熟的低压缸最小安全流量测量和运行调节技术和方法，形成低压缸小流量运行工况的成熟控制技术，降低机组运行期间低压缸流量，减少冷源损失，提高热电比，提高机组运行经济性，广泛适用于各类型汽轮发电机组改造和优化运行

应用低压缸小流量运行工况的成熟控制技术，能够使机组在保证安全性的基础上，极大的提高了机组运行及电网运行的经济性。并且，鉴于机组为供热机组变工况运行的特殊性，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，并且进行了理论分析、数值模拟计算和实验研究，从而保证机组的安全性，提高机组经济性，达到节能降耗的目的

以辽源厂一台300MW机组为例，机组采取机组低压缸最小安全流量运行，改变背压从4.9kPa至3.0kPa,低压缸进汽流量从150t/h降低到97t/h，可增加供热抽汽流量53t/h。热网供热量由730.34GJ/h增加到851.86GJ/h，每小时增加121.52GJ热网供热量。按照27.5元/GJ/h,冬季供热期间，可增加27.5×121.52×24×30×5=1203.04万元的收入

以辽源厂一台300MW机组为例，机组采取机组低压缸最小安全流量运行，改变背压，折合平均煤耗可降低5.5g/kW.h，按200MW的平均功率，发电标准煤耗316g/kW.h、上网电价0.3元/千瓦时，年工作3600小时计算，年运行煤量约为标煤5.5g×200MW×3600小时=396吨标准煤，年增发电量396T/316 g/kW.h=125万千瓦时，增加的无煤耗电价为125万千瓦时×0.3元/千瓦时=37.5万元

四、成果推广前景描

在电力需求较少时，调峰机组的工作负荷小于设计负荷，其实际流过的容积流量也小于设计容积流量；对于冷凝式汽轮机，负荷变化时，流过的蒸汽流量也发生变化，引起冷却水温度的变化，背压也随之改变，最终引起低压缸容积流量的变化；对于热电联产机组，需要进行中间级抽汽供暖，这也会造成抽汽后的几级容积流量小于设计容积流量；在空冷机组中，其背压随大气温度的变化而变化，当工作背压高于设计背压时，也使得机组低压缸末级处于小容积流量下工作。通过对示范机组的研究，将形成一套成熟的低压缸最小安全流量运行控制技术，将广泛用于各类型汽轮发电机组改造和优化运行，可在行业内全面推广

五、创新点、效果归纳及专利申请或授权情

主要创新点

创新点一：基于热力系统建模与试验方法获取了试验机组背压与低压缸最小流量关系曲线，提出了完备地适用于300MW等级机组的低压缸末级最小安全流量控制策略

创新点二：基于CFD数值模拟及有限元分析方法，得出了不同流量与背压下低压缸末级叶片内的流场及应力场，分析了流场失稳机理，为低压缸末级最小安全流量求解策略的可实施性提供理论支撑

专利申请情况

已申请发明专利二项，实用新型专利二项，软著一项

不同蒸汽和背压下机组运行低压缸最小安全流量计算方法；申请号：201910687734.

汽轮机最小安全流量控制方法；受理号：201910687751.

一种末级叶片伸长量多负荷测试装置；受理号：201822215105.

一种用于测量储热罐斜温层高度的系统；受理号：201822222008.

热电解耦条件下全厂负荷综合调度的决策支持系统；登记号：2019SR042117

发表论文情况

《热电联产机组停机不停炉调峰供热热源改造研究》，康剑南，苏鹏

《基于ATM Optimized拓扑下末级叶片变工况的气动特性与静力分析的数值研究》，张济凡，宋立斌，康剑南

《汽轮机末级叶片模态振型与变负荷动应力的三维数值模拟》，康剑南，周旭哲，张艳辉, 孙士宏,姚坤, 班允智