0 引言
改革开放后，国家经济政策进一步调整，工业用电和城市居民用电急剧增加，迫使大容量机组调整滑压峰值。对于滑压调节的概念，不同的文献有不同的定义，一个是汽轮机滑压调节，在任何负荷下打开所有调节阀，减少部分负荷下的节流损失，即所有调节阀都打开，在任何负荷下通过主蒸汽压力调节负荷；另一个定义是当汽轮机滑压运行时，调节阀完全打开或打开。
因此，火电机组滑压运行主要有以下三种方式：①所有调节阀均开启运行，即在任何负荷下调节主蒸汽压力，此时调节级节流损失最小；②部分调节阀运行，即部分调节阀完全打开，另一部分完全关闭，以满足部分负荷的蒸汽进入要求，也能保持一定的主蒸汽压力；③如果调节阀不足，保持一定的滑压运行开度，会带来很大的节流损失。本文将对四种运行模式进行经济比较:
①全开调节阀运行；
②所有调节阀全开运行；
③所有调节阀不足；
④部分调节阀全开，部分调节阀不足。
1 机组设计现状
国内生产的汽轮机，如东方汽轮机厂、上海汽轮机厂、哈尔滨汽轮机厂等。，在额定工况设计中一般不会为所有调节阀设计完全打开。为了在低参数时仍能带来额定负荷，设计时总需要留下部分打开的调节阀，导致机组实际滑压运行时调节阀的运行模式与机组设计条件下调节阀的运行模式不同。哪种滑压运行调节阀更经济，调节阀开得越多越好？N600-16.以7/537/537机组为例，计算比较机组从三阀全开到四阀全开，部分开启时的经济性，然后比较机组从三阀全开到只开两阀时的经济性。
2 实例计算
某一台600MW机组，机组转速n=3000r/min，在设计条件下，新蒸汽压力P0=16.7MPA，新蒸汽温度t0=537℃，主汽额定D0=1792.462t/h，调整等级后的压力p2=10.5MPA，高压缸排气压力3.581MPA，高压缸排气温度3144.4℃。
表1
表2
机组有四个调节阀，经济条件为三个阀，总流量不变，改变调节阀的运行模式，计算和比较汽轮机工作的差异，改变调节阀的运行模式，机组的再热温度和再热压力相同，即中低压缸工作相同。因此，当调节阀的运行模式发生变化时，汽轮机的工作差异只需要比较其调节水平和高压缸焓降。
2.1 调节阀由三阀改为四阀
2.1.1 计算分析
使用弗留格尔公式计算调整级后压力保持不变时调整级前压力的变化。由于弗留格尔公式的使用条件是通流面积不变，在总流量不变的前提下，当三阀完全打开到四阀完全打开时，通过原三阀的流量将减少，流量与通流面积相反
（1）
式中：D3x这意味着当四个阀门完全打开时，三个阀门的流量流过；D3y表示三阀全开时，三阀流过；F3表示前三个阀门全开的控制面积；F4表示四个阀门全开时的控制面积。
即流过前调节阀喷嘴组的流量将减少到原来的75%。此时，弗留格尔公式可以要求四个阀门在完全打开时调节水平前的压力P01.滑压运行时，主蒸汽温度不变t01=t0、弗留格尔公式为
（2）
其临界压比
式中：k取1.3，代入数据p0=16.7MPA，p2=10.5MPA化简得
（3）
用MATLAB如图1所示。
图1 调节前压力与4号阀门面积关系图
♂
该机组（F4-F3）/F3=1/3，得p01=13.89MPA，即四阀完全打开时的调节前压力，此时无节流损失。由于蒸汽过热度高，理想的气体焓降公式可以表示为
（4）
因此，机组由三阀全开换为四阀全开，理想的焓降比可以是
（5）
由t01=t0代入数据得
由此可见，在相同流量下，四阀全开，三阀全开，理想的调节级焓降降低了近40%。在此，我们通过热计算进一步验证：
检查焓熵图。当三阀完全打开时，调整级前的压力、温度和焓
p0=16.7MPA，t0=537℃，h0=3393.6kJ/kg
调节级后的压力、温度和焓
p2=10.5MPA，t2=455℃，ht=3246.4kJ/kg
四阀完全打开时，调整压力、温度和级前的焓
p01=13.89MPA，t01=537℃，h01=3425.2kJ/kg
调节级后的压力、温度和焓
p21=10.5MPA，t21=487℃，ht1=3332.6kJ/kg
设计条件的理想焓降
Δht=h0-ht=147.2kJ/kg
变工条件理想的焓降
Δht1=h01-ht1=92.6kJ/kg
Δht1/Δht=0.629
与理论计算基本一致，降低理想焓
Δh=Δht-Δh=54.6kJ/kg
理想情况下少发功率
ΔP=D0Δh=12718.6kW
此时高压缸的功能变化不大。
2.1.2 优化改进
显然，三阀全开转换为四阀全开是不经济的。为了提高四个调节阀全开的经济性。我们提出了以下两个方案：
①前3只调节阀全开时，4号阀部分打开。此时存在节流损失，调节级后压力和温度会较四阀全开时有所改变。
②四个调节阀部分打开，保持相同的开度，即单个阀门调节。根据计算分析，每个阀门打开75%~100%时总流量不会改变打开75%时，每个阀流满。此时，节流损失最大。打开100%时，无节流损失。
当3个调节阀完全打开时，当4个阀部分打开时，4个阀的控制面积减小，节流损失，调节水平后的压力和温度降低。焓熵图显示一个等待s程和一个h不变过程的叠加，如图2所示。
图2 等熵节流示意图
♂
为便于分析，我们以4号阀只开50%为例进行计算研究。
式中：D'3x当4号阀只打开50%时，流过原来3个阀的流量；当4号阀只打开50%时，4个阀的控制面积。
当不考虑节流损失时，上述弗留格尔公式可以知道调整级前的压力是p'0=14.98MPA，t'0=537℃，
当考虑节流损失时，调节级后的压力不再是p2=10.5MPA，t2=474℃，而降到P'2=10MPA，t'2=471℃。
此时可视为原因P'0，t'0到p2，t2的等s过程，加上p2，t2到p'2，t'2的h不变过程，如图2所示。
检查焓熵图
p'0=14.98MPA，t'0=537℃时，焓和熵分别为h'=3413.1kJ/kg，s'=6.48kJ/（kg·K）；
p2=10.5MPA，t2=474℃时，焓和熵分别为ht1=3298.0kJ/kｇ，s2=6.48kJ/（kｇ·K）；
p'2=10MPA，t'2=471℃时，焓和熵分别为h't1=3298.0kJ/kg，s'=6.50kJ/ （kｇ·K）。
此时，调节级理想焓降
环境温度为27℃，功能损失为
此时，高压缸进气参数降低，高压缸功能降低。
可以看出，前三个阀门全开，第四个阀门部分开，明显比第四个阀门全开经济，但不如设计条件经济。
前三个阀门由全开改为部分开，第四个阀门也部分开，保持相同的开度。在极限下，假设四个阀门打开75%。此时，每个阀门在开度下都充满流量。
调节前的压力和温度不考虑节流损失
考虑到节流损失后，调整等级后的压力和温度不再是p2=10.5MPA，t2=455℃，而变为p″2=9.0MPA，t″2=447℃。
此时可以看成由p0=16.7MPA，t0=537℃到p2=10.5MPA，t2=455℃的等s过程和p2=10.5MPA，t2=455℃到p″2=9.0MPA，t″2=447℃的h不变过程的叠加，如图2所示。
检查焓熵图
p0=16.7MPA，t0=537℃时，焓和熵分别为h0=3393.6kJ/kg，s0=6.41kJ/（kｇ·K）；
p2=10.5MPA，t2=455℃时，焓和熵分别为ht=3246.4kJ/kｇ，s0=6.41kJ/（kｇ·K）；
p″2=9.0MPA，t″2=447℃时，焓和熵分别为h″t=3246.4kJ/kｇ，s″=6.47kJ/（kｇ·K）。
此时，调节级理想焓降
Δh't=h0-h″t=147.2kJ/kｇ
环境温度为27℃，功能损失为
e'1=T（s″-s0）=18kJ/kｇ
可以看出，当4个阀门全部打开75%时，虽然不如设计条件经济，但比4个阀门全部打开，前3个阀门全部打开，4个阀门只打开部分经济。进一步计算显示，当4个阀门保持相同的开度在75%~100%变化时，其经济性优于4个阀门全部打开时。
在此过程中，考虑此时泵的功耗：，
PP=D（p0υ0-p1υ1）/ηP （6）
总流量不变，效率不变，p0υ0、p1υ1没有改变，所以泵的功耗几乎保持不变。
2.2 调节阀由三阀全开改为两阀全开
调节阀由三阀完全打开到两阀完全打开。此时，流量将减少到原来的2/3。根据弗留格尔公式，发现虽然总流量变为原来的2/3，但前两阀的流量没有改变。从弗留格尔公式可以看出，调节级前的压力没有改变，调节级焓降Δht它不会改变，但调节级少发的功率ΔP1=2DΔh/3=2ΔP/3，工作变成了原来的2/3，高压缸、中压缸、低压缸的工作会减少，此时不经济。
3 结束语
①通过计算发现，调节阀开得越多越好，最好根据汽轮机的设计条件运行。
②本机组三阀全开滑压运行的经济性最好。前三阀全开4号阀保持一定开度的经济性优于四阀全开滑压运行的经济性。四阀全开保持相同开度的经济性与开度有关。
③4号阀的控制面积越小，当三个阀完全打开到四个阀完全打开时，调整级前的压力越小，即调整级工作越少，经济性越好。这对汽轮机调节阀的设计具有一定的指导意义，4号阀的控制面积不应太大。
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