以N600-16.7/537/537型機組為例，研究滑壓運行時不同的調節閥運行方式的經濟性，計算比較機組由三閥全開轉換到四閥全開時，調節級理想焓降的變化;計算比較由三閥全開轉換到前3只閥門全開，4號閥部分開啟時，綜合考慮調節級理想焓降和節流損失得出其經濟性變化;計算比較由三閥全開轉換到四閥均部分開啟，且保持相同的開度時的經濟性;再比較機組由三閥全開轉換為只開兩閥時的經濟性，發現調節閥并不是開的越多越好，確定了該機組最佳滑壓運行時的閥序運行方式，也為理性地定義滑壓調節和調節閥控制面積的設計提供參考。

　　改革開放以后，國家經濟政策進一步調整，工業用電和城市居民用電量劇增，迫使大容量機組進行滑壓調峰。而對滑壓調節的概念，不同的文獻有不同的定義，一是“汽輪機滑壓調節，在任何負荷下將所有調節閥全開，使部分負荷下節流損失最小”，即所有調節閥全開，在任何負荷下都靠主蒸汽壓力來調節負荷;另一種定義是“汽輪機滑壓運行時，調節閥全開或開度不變”。

　　因此目前火電機組滑壓運行主要有以下3種方式：①全開所有調節閥門運行，即在任何負荷下都是通過調節主汽壓力來調節負荷，此時調節級的節流損失最小;②全開部分調節閥運行，即一部分調節閥門全開，另一部分全關，這樣在部分負荷時滿足進汽量要求，也可以維持一定的主蒸汽壓力;③調節閥門不開足，保持一定開度進行滑壓運行，這樣會帶來較大的節流損失。本文將進行4種運行方式的經濟性比較：①全開部分調節閥運行；②全開所有調節閥門運行；③所有調節閥門不開足；④部分調節閥門全開，部分調節閥門不開足。

1、機組設計現況

　　國內如東方汽輪機廠、上海汽輪機廠、哈爾濱汽輪機廠等生產的汽輪機，在額定工況設計時一般不會設計為所有調節閥全開，為了在低參數時仍能帶額定負荷，設計時總需留一個部分開啟的調節閥，這就造成了機組實際滑壓運行時調節閥運行方式與機組設計工況的調節閥運行方式有一定差異，究竟哪種滑壓運行調節閥運行方式更經濟，是否調節閥開得越多越好，本文以N600-16.7/537/537型機組為例，計算比較機組由三閥全開轉換到四閥全開、部分開啟時的經濟性，再比較機組由三閥全開轉換為只開兩閥時的經濟性。

2、實例計算

　　某一臺600MW機組，機組轉速n=3000r/min，設計工況下，新蒸汽壓力P0=16.7MPA，新蒸汽溫度t0=537℃，主汽額定D0=1792.462t/h，調節級后壓力p2=10.5MPA，高壓缸排汽壓力3.581MPA，高壓缸排汽溫度314.4℃。

表1 調節級主要特性參數

表2 閥門噴嘴配氣機構

　　該機組具有4只調節閥，經濟工況為三閥全開，總流量不變，改變調節閥運行方式，計算并比較汽輪機做功的差異，改變調節閥運行方式時，機組再熱溫度和再熱壓力相同，即中低壓缸做功相同。所以比較改變調節閥運行方式時汽輪機做功差異只需比較其調節級和高壓缸焓降。

2.1、調節閥由三閥改到四閥

　　2.1.1、計算分析

　　運用弗留格爾公式計算出調節級后壓力保持不變時，調節級前壓力的變化。由于弗留格爾公式的使用條件是通流面積不變，因此在總流量不變的前提下，三閥全開改為四閥全開時，流過原來3只閥的流量將減少，流量反比于通流面積

　　式中：D3x表示四閥全開時，流過原來3只閥門的流量;D3y表示三閥全開時，流過3只閥門的流量;F3表示前3只閥門全開的控制面積;F4表示4只閥全開時的控制面積。

　　即流過前調節閥噴嘴組的流量將減少到原來的75%，此時應用弗留格爾公式可求4只閥全開時調節級前的壓力P01，滑壓運行時，主蒸汽溫度不變即t01=t0，弗留格爾公式為

　　式中：k取1.3，代入數據p0=16.7MPA，p2=10.5MPA化簡得

　　用MATLAB作該函數的圖形如圖1所示。

圖1 調節級前壓力與4號閥門面積關系圖

　　該機組(F4-F3)/F3=1/3，得p01=13.89MPA，即四閥全開時的調節級前壓力，此時并無節流損失，由于蒸汽的過熱度高，可用理想氣體焓降公式表示為

　　因此，該機組由三閥全開換為四閥全開，其理想焓降比可為

　　由t01=t0代入數據得

　　由此可見，該機組在相同流量下四閥全開較三閥全開，調節級理想焓降減少了差不多40%，在此，我們通過熱力計算進一步驗證：

　　查焓熵圖得，三閥全開時，調節級前的壓力、溫度和焓為

p0=16.7MPA，t0=537℃，h0=3393.6kJ/kg

　　調節級后的壓力、溫度和焓為

p2=10.5MPA，t2=455℃，ht=3246.4kJ/kg

　　四閥全開時，調節級前的壓力、溫度和焓為

p01=13.89MPA，t01=537℃，h01=3425.2kJ/kg

　　調節級后的壓力、溫度和焓為

p21=10.5MPA，t21=487℃，ht1=3332.6kJ/kg

　　設計工況的理想焓降

Δht=h0-ht=147.2kJ/kg

　　變工況的理想焓降

Δht1=h01-ht1=92.6kJ/kg

Δht1/Δht=0.629

　　與理論計算基本一致，其理想焓降減少

Δh=Δht-Δh=54.6kJ/kg

　　理想情況下少發的功率

ΔP=D0Δh=12718.6kW

　　此時高壓缸做功能力變化不大。

2.1.2、優化改進

　　顯然三閥全開轉換為四閥全開很不經濟，為了提高4只調節閥都開啟的經濟性。我們提出了下面兩種方案：

　　①前3只調節閥全開時，4號閥部分打開。此時存在節流損失，調節級后壓力和溫度會較四閥全開時有所改變。

　　②4只調節閥均部分開啟，保持相同的開度，即單閥調節。由計算分析可知，每只閥打開75%～100%時總流量不會改變，在開75%時，每只閥均流滿，此時節流損失最大，開100%時，無節流損失。

　　當前3只調節閥全開時，4號閥部分開啟時，4號閥的控制面積減小，存在著節流損失，調節級后壓力和溫度都會降低。焓熵圖上表示為，一個等過s程和一個h不變過程的疊加，如圖2所示。

圖2 等熵節流示意圖

　　為了便于分析，我們現舉4號閥只開50%為例進行計算研究。此時，

　　式中：D'3x表示4號閥只開50%時，流過原來3只閥門的流量;表示4號閥只開50%時，4只閥門的控制面積。

　　不考慮節流損失時，由上面的弗留格爾公式可知調節級前壓力為p'0=14.98MPA，t'0=537℃，

　　考慮節流損失時，調節級后壓力不再為p2=10.5MPA，t2=474℃，而降到P'2=10MPA，t'2=471℃。

　　此時可以看作是由P'0，t'0到p2，t2的等s過程，加上p2，t2到p'2，t'2的h不變過程，如圖2所示。

　　查焓熵圖得

　　p'0=14.98MPA，t'0=537℃時，焓和熵分別為h'=3413.1kJ/kg，s'=6.48kJ/(kg·K);

　　p2=10.5MPA，t2=474℃時，焓和熵分別為ht1=3298.0kJ/kg，s2=6.48kJ/(kg·K);

　　p'2=10MPA，t'2=471℃時，焓和熵分別為h't1=3298.0kJ/kg，s'=6.50kJ/ (kg·K)。

　　此時調節級理想焓降為

　　環境溫度為27℃，做功能力的損失為

　　此時高壓缸進汽參數降低，高壓缸做功能力減小。

　　比較可知，前3只閥門全開，4號閥門部分開啟，顯然比四閥全開經濟，但不如設計工況經濟。

　　前3閥由全開改變為部分開啟，第4閥也部分開啟，使之保持相同的開度。極限情況下假設，4只閥門均開75%，此時，每個閥在其開度下，都是滿流量流過。

　　不考慮節流損失時，調節級前壓力和溫度為

　　考慮了節流損失后，調節級后壓力和溫度不再為p2=10.5MPA，t2=455℃，而變為p″2=9.0MPA，t″2=447℃。

　　此時可以看成由p0=16.7MPA，t0=537℃到p2=10.5MPA，t2=455℃的等s過程和p2=10.5MPA，t2=455℃到p″2=9.0MPA，t″2=447℃的h不變過程的疊加，如圖2所示。

　　查焓熵圖得

　　p0=16.7MPA，t0=537℃時，焓和熵分別為h0=3393.6kJ/kg，s0=6.41kJ/(kg·K);

　　p2=10.5MPA，t2=455℃時，焓和熵分別為ht=3246.4kJ/kg，s0=6.41kJ/(kg·K);

　　p″2=9.0MPA，t″2=447℃時，焓和熵分別為h″t=3246.4kJ/kg，s″=6.47kJ/(kg·K)。

　　此時調節級理想焓降為

Δh't=h0-h″t=147.2kJ/kg

　　環境溫度為27℃，做功能力損失為

e'1=T(s″-s0)=18kJ/kg

　　比較可知，4只閥門均開75%時，雖然不如設計工況經濟，但比四閥全開和前3只閥門全開，4號閥只開一部分經濟。進一步計算可知4只閥門保持相同的開度在75%～100%變動時，其經濟性均比四閥全開時好。

　　在此過程中，考慮此時泵的耗功：

PP=D(p0υ0-p1υ1)/ηP (6)

　　因為總流量沒有改變、效率不變，而p0υ0、p1υ1也沒有改變，所以泵的耗功幾乎不變。

2.2、調節閥由三閥全開改到兩閥全開

　　調節閥由三閥全開改到兩閥全開，這時候流量會變小，減小為原來的2/3，再按弗留格爾公式計算比較發現，雖然總的流量變為原來的2/3，但流經前兩閥的流量并沒有改變，由弗留格爾公式可知，調節級前的壓力也沒有改變，調節級焓降Δht也不會改變，但是調節級少發的功率ΔP1=2DΔh/3=2ΔP/3，做功卻變為原來的2/3，高壓缸、中壓缸、低壓缸的做功都會減少，此時并不經濟。

3、結束語

　　①通過計算發現，調節閥并不是開得越多越好，最好按照汽輪機的設計工況運行。

　　②此機組三閥全開進行滑壓運行的經濟性最好，前三閥全開4號閥保持一定開度的經濟性好于四閥全開滑壓運行的經濟性。四閥全開保持在相同開度的經濟性與其開度有關。

　　③4號閥的控制面積越小時，由三閥全開換為四閥全開時，調節級前壓力減小得越少，即調節級做功減少得越少，經濟性越好。這對汽輪機調節閥的設計有一定指導意義，設計時4號閥控制面積不宜做得太大。