本项目所属火电机组节能优化控制领域，主要开发了一套适用于百万千瓦超超临界复合阀汽轮发电机组配汽优化技术

一、立项背景

发展大容量超超临界燃煤发电技术是我国煤炭清洁利用的重要方向，但由于我国能源结构特点，火电机组普遍承担电网调峰任务，尤其在当前新能源占比不断加大背景下，对火电机组“灵活性”深度调峰要求日益提高

采用复合配汽方式的超超临界汽轮发电机组，较适合带额定负荷运行。但在调峰运行方式下，经常在中、低负荷区间运行，汽轮机组四个高压进汽调阀均部分开启参与调节，存在较大节流损失，影响机组运行经济性。因此，非常有必要改进配汽方式，减少调门节流损失，提升汽轮机组在中、低负荷下的运行经济性，从而实现宽负荷高效运行

二、课题内涵和原理

本课题主要通过改进机组配汽方式，增加顺序阀控制模式，即汽轮机组随着负荷升高，依次开启不同调阀，减少在中间负荷下节流调节的调阀数量，同时提高中、低负荷工况主蒸汽压力，从而提高运行经济性

鉴于1000MW复合配汽机组采用双流调节级，轴系较长，改变配汽方式主要会对机组调节级、轴系受力、各阀门开启状态发生改变，存在汽流激振导致轴系失稳的安全风险。因此，本课题通过仿真建模计算，理论分析科学、合理的调阀开启顺序，研判风险隐患。基于数据解析结合设计、运行经验，开展安全性评估，重点对机组调节级、轴系、阀门等相关部件进行校核，以减少试验风险。通过现场试验，设计和优化复合阀和顺序阀之间的无扰切换控制，提升顺序阀方式下的变负荷性能，并在1000MW超超临界复合阀汽轮机组上得到成功应用，实现汽轮机组宽负荷高效运行

三、主要科技内容

（1）针对1000MW双流调节级机组，设计全新流场模拟方法，首次实现汽轮机调门及调节级仿真建模和流场计算，并在此模型上进行CFD计算、叶片/转子受力校核等工作，为现场试验提供理论指导，降低试验风险

（2）开展高压调门流量特性试验研究，获得实际的调门开度-蒸汽流量特性关系，并结合设计参数来确定顺序阀方式下的调门配汽函数，通过一系列调门开度寻优试验研究，来确定经济运行开度以及相应的滑压运行函数

（3）研究顺序阀功能设计和实现技术，通过仿真测试、冷、热态试验，实现顺序阀和复合阀之间无扰切换，设计多种阀序在线切换，并设计顺序阀方式主、备模式，可根据实际情况，选择不同顺序阀方式组合，进一步提高新阀序投运率

（4）研究运行时一些特殊工况要求，一是首次设计出阀序切换时RB工况解决方案，考虑到阀序切换过程中可能会发生机组RB，采用切换保持但仍参与压力控制的策略，提高阀序切换安全性。二是设计配汽优化后阀门在线进行活动性试验和全仿真模式测试方案，提高顺序阀方式投运率

（5）优化顺序阀方式下兼顾经济运行和变负荷性能的控制优化技术，针对阀序切换负荷控制特性发生变化的问题，采用变参数自适应控制，结合变负荷智能超调、智能一次调频控制，在汽轮机经济运行方式下，提高机组AGC及一次调频变负荷性能，满足电网双细则考核要求

（6）优化顺序阀运行机组控制品质，满足机组汽压控制要求。创新设计不同阀序组合的自适应滑压，根据配汽方式自动选择经济滑压曲线，充分体现配汽优化带来的经济性得益，降低阀序切换过程中的参数扰动，增加运行工况的稳定性

四．成果情况和效

通过本项目实施，可在不增加硬件设备投资基础上，通过调整汽机高压调阀开启方式，实现配汽优化，减少中低负荷下调阀节流损失，提高主汽压力，同时提高热力循环效率和汽机高压缸效率，实现汽轮机组经济运行

根据第三方试验数据可知，采用顺序阀方式后，两台机组平均降低供电煤耗率约1.2g/kW.h，若按照机组年利用小时数5000h，标煤采购价850元每吨计算，对于两台百万机组每年可节约燃煤成本约1020万元人民币，节能减排效果非常显著。鉴于国内同类型火电机组数量较多，随着并网机组普遍参与电网深度调峰，项目具有较大推广应用前景

五、主要创新点

（1）创新发明适用1000MW超超临界复合阀汽轮机组的配汽优化技术。通过高压调阀-双流调节级的蒸汽流场仿真建模计算，理论分析适用的阀序组合，减少试验风险；通过摸底试验验证阀序组合，并进行调节级强度校核计算，确定顺序阀开启方式及适用边界；修改控制逻辑增加顺序阀方式及切换功能，在日常变负荷范围内采用顺序阀方式运行，提高汽轮机组运行经济性。相关技术已申请2项国家发明专利，公开号：2019104773529、2019104773694，授权1项软件著作权，登记号：2019SR1323081

（2）创新发明复合阀和顺序阀之间的无扰切换技术。在机组冲转启动初期仍采用原先的复合阀方式，以减少热应力冲击；启动结束带一定负荷后切换至顺序阀，阀序切换时采用汽机-锅炉协调控制、滑压曲线自动跟随、负荷偏差等待、辅机故障RB减负荷时自动软中断（RB工况时，阀序切换暂停，但调阀仍可参与主蒸汽压力控制）等技术，实现阀序自动无扰切换，负荷扰动量小于1MW。相关技术已申请2项国家发明专利，公开号：2018112148652、201811214878X

（3）创新发明顺序阀方式下兼顾经济运行和变负荷性能的控制优化技术。针对调节级压力波动大，代表性欠佳等缺点，采用高压缸一级抽汽压力来表征主蒸汽流量的变化，试验获取进汽调阀的流量特性，优化调阀函数，提高顺序阀指令控制线性度；针对阀序切换后负荷控制特性发生变化的问题，采用变参数自适应控制，结合变负荷智能超调、智能一次调频控制，在汽轮机经济运行方式下，提高机组AGC及一次调频变负荷性能，满足电网双细则考核要求。相关技术已申请1项国家发明专利，公开号：2018112154403