華能玉環(huán)電廠4×1000 MW機組3年運行的實踐探索

柯文石，張 峰

(華能玉環(huán)電廠，浙江省臺州市，317604)

1 概述

華能玉環(huán)電廠自2006年底首臺機組投產(chǎn)至今，機組運行狀態(tài)已進入穩(wěn)定期。目前，華能玉環(huán)電廠累計發(fā)電450多億kW·h，實現(xiàn)了機組安全運行記錄不斷刷新和廠用電率、供電煤耗連續(xù)下降的目標，在為地方經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護做出突出貢獻的同時，企業(yè)效益也取得了長足的進步。在此期間，通過努力學習和消化超超臨界機組發(fā)電技術，提高檢修、運行水平，3年來在超超臨界機組的安全、經(jīng)濟運行方面進行了積極有效的實踐探索，現(xiàn)介紹如下。

2 輔機運行可靠性的提高

2.1 循環(huán)水泵振動問題的分析及處理

華能玉環(huán)電廠一、二期8臺循環(huán)水泵均由德國KSB公司制造，型號為SEZA26-165，單泵流量約為58000 m3/h，設計為單機2泵運行方式。一期4臺循環(huán)水泵安裝完成后，1A、1B、2A泵在投入運行不到1年的時間里分別于2006年11月29日、2007年7月5日、2007年8月25日相繼因振動大被迫停運。

對故障循環(huán)泵解體檢查發(fā)現(xiàn)，3臺泵下軸承室均已松動，其法蘭和連接螺栓均存在嚴重的被腐蝕問題。經(jīng)過分析，認為其主要原因是下軸承室連接螺栓以及連接法蘭面受海水腐蝕后強度降低，從而引起松脫。KSB公司與玉環(huán)電廠簽定的合同技術協(xié)議中說明了循環(huán)水泵組采用雙相不銹鋼材質(zhì)，并保證該材料能夠抵抗間隙腐蝕，不需要陰極保護系統(tǒng)，但從現(xiàn)場實際情況來看，法蘭結(jié)合面和螺栓處的間隙腐蝕相當嚴重。

為解決此問題，玉環(huán)電廠提出了改造方案，并與KSB公司溝通后，對原設計進行了修改，將所有泵的下軸承室采取焊接的方式進行加固，并制定了保護循環(huán)水泵的運行啟停措施，減小機組啟停對泵的擾動。從2008年1月12日開始實施至今，玉環(huán)電廠已先后完成了8臺循環(huán)泵泵下軸承室的焊接加固，目前各泵運行狀態(tài)良好。該改造的實施徹底根除了因設計和材質(zhì)原因造成循環(huán)泵組損壞的可能，提高了循環(huán)泵運行的經(jīng)濟性和可靠性。

2.2 凝結(jié)水泵振動問題的分析及處理

玉環(huán)電廠4臺機組均采用英國蘇爾壽公司的BDC 500-510/D+3S型凝結(jié)水泵，設計為單機2泵，一運一備運行方式。自投運以來，4臺機組的B凝結(jié)水泵比A凝結(jié)水泵振動大，并且超出規(guī)定值。在問題發(fā)生初期，曾邀請?zhí)K爾壽英國專家到現(xiàn)場解決此問題。專家經(jīng)過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和研究后，要求在電機與泵的連接法蘭之間增加減震墊，同時在泵座四角分別增加支撐桿以降低振動。實施后，凝結(jié)水泵振動有所降低，但并未從根本上解決振動大的問題。在解體2B凝結(jié)水泵檢修時發(fā)現(xiàn)，由于振動超標，已造成導向石墨軸承磨損量加大，相比正常運行的凝結(jié)水泵軸承磨損量高出3倍；同時，振動超標還造成了凝結(jié)水泵吸入葉輪產(chǎn)生裂紋，嚴重影響凝結(jié)水泵的正常運行。

經(jīng)過對比全廠機組凝結(jié)水泵的運行情況，發(fā)現(xiàn)4臺機組均是B凝結(jié)水泵的振動比A凝結(jié)水泵大1倍以上。4臺機組A、B凝結(jié)水泵設備結(jié)構(gòu)相同，最大的區(qū)別就是出口管路的布置。受現(xiàn)場條件的限制，4臺機組B凝結(jié)水泵出口管彎頭都比A凝結(jié)水泵多1個，另外，B凝結(jié)水泵出口管彎頭之間幾乎沒有直管。分析認為出口管路因彎頭多而產(chǎn)生的應力會使凝結(jié)水泵振動增大，凝結(jié)水泵出口管路布置不合理是造成4臺機組B凝結(jié)水泵振動超標的根源。

為解決這一問題，與設計院進行了溝通，提出了更改出口管布置的方案，減少B凝結(jié)水泵出口管路的彎頭數(shù)量，并盡可能增加直管段的長度。在3號機組檢修期間實施了改造方案，改造后3B凝結(jié)水泵振動由原來的0.07 mm/s降至0.035 mm/s，3A凝結(jié)水泵振動由原來的0.032 mm/s降至0.014 mm/s。2臺泵振動均下降50%以上，且振動值達到要求。

玉環(huán)電廠現(xiàn)已將此整改措施逐步推廣至其他3臺機組，以確保凝泵能安全、穩(wěn)定、長周期運行。通過該項目的實施，每臺泵可挽回直接經(jīng)濟損失115萬元以上。

3 水冷壁節(jié)流孔堵塞問題的分析及處理

玉環(huán)電廠采用哈爾濱鍋爐廠引進三菱技術制造的超超臨界變壓運行直流鍋爐。鍋爐采用三菱開發(fā)的內(nèi)螺紋垂直管圈膜式水冷壁，如圖1所示。水冷壁由SA-213 T12內(nèi)螺紋管焊成，結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝，啟動或負荷變化時熱應力較小，有較好的正向流動特性，能在各種工況下保證水動力的穩(wěn)定性，且阻力比普通水冷壁少1/3。設計中為控制調(diào)節(jié)水冷壁入口流量，在水冷壁集箱出口管接頭上安裝了節(jié)流孔圈。直徑為7～14 mm。實際運行中，這種在水冷壁集箱的出口管接頭上加裝節(jié)流孔圈的設計方式在有效控制調(diào)節(jié)水冷壁入口流量，給檢查、檢修帶來方便的同時，也帶來了一些負面的影響。

在基建和投產(chǎn)初期，由于設備制造和現(xiàn)場施工的原因，鍋爐水系統(tǒng)內(nèi)不可避免會留有部分異物，由于水冷壁集箱的出口管接頭上加裝了節(jié)流孔圈，運行中進入水壁集箱的異物會被攔在水冷壁集箱內(nèi)而無法排出；節(jié)流孔圈在工廠加工和現(xiàn)場施工過程中也常會出現(xiàn)孔徑與設計不符的現(xiàn)象。這2個問題會使水冷壁冷卻不足而溫度偏高，甚至因異物堵塞而爆管。為解決這一問題，采取了停爐后帶壓放水的措施，盡可能將異物沖刷帶走；鍋爐冷卻后割開水冷壁下集箱手孔，用高壓除鹽水沖洗，機械清理異物等方法進行清洗。同時，在水冷壁上加裝溫度測點，提前發(fā)現(xiàn)水冷壁溫度偏高的現(xiàn)象，避免爆管的發(fā)生。隨著機組運行時間數(shù)的增加，基建遺留問題逐漸清理干凈，異物堵塞引起水冷壁溫高的問題不再發(fā)生。

鍋爐運行小時數(shù)增加后，此種結(jié)構(gòu)又帶來新的問題。機組并網(wǎng)正常運行2400 h后，水冷壁溫度逐漸升高，隨著鍋爐運行小時的增加，水冷壁溫度升高的問題越來越嚴重。停爐檢查發(fā)現(xiàn)，所有溫度高的水冷壁對應的節(jié)流孔圈上逆水流方向都有呈毛刺狀的物質(zhì)積存，嚴重時將節(jié)流孔圈堵塞80%以上，如圖2所示。對堵塞物進行分析，其主要成分為Fe3O4。經(jīng)過汽水監(jiān)督發(fā)現(xiàn)，給水中鐵離子含量在2～3 μg/L之間，而蒸汽中鐵離子含量大部分時間在1 μg/L左右，這說明在水到蒸汽狀態(tài)改變過程中，鐵離子會以氧化物的狀態(tài)沉積在水冷壁內(nèi)部。分析認為，這種水冷壁節(jié)流孔圈“結(jié)垢”的現(xiàn)象主要是因為節(jié)流孔圈前后壓力變化大，在此處出現(xiàn)局部濃縮現(xiàn)象，造成鐵氧化物的集中沉積。

對節(jié)流孔圈采用局部化學清洗的方法進行處理，并通過對省煤器及水冷壁集箱進行內(nèi)窺鏡檢查、節(jié)流孔圈射線檢測、割管清除“結(jié)垢”物等方法，達到清理和減少氧化鐵沉積的目的，成效顯著。為從源頭上避免鐵氧化物的沉積，下一步將積極開展聯(lián)合水處理方式的相關準備工作。

4 主汽、熱段小接管 TT9911//TT9922運行后Ⅳ型裂紋問題的分析及處理

玉環(huán)電廠鍋爐主蒸汽溫度和壓力分別為605℃、27.56 MPa，使用了如T/P91、T/P92、T/P122等含9%～12%Cr的鐵素體耐熱鋼新材料。在3年的運行中，曾發(fā)生主蒸汽管道上小接管焊縫開裂泄漏的問題，對鍋爐安全運行帶來不利影響。

2009年4月，3號鍋爐A側(cè)主蒸汽管道71 m處的右側(cè)取樣管泄漏，取樣管接管座所用材料為T91。對泄漏的部位進行分析，裂紋距離焊接熔合線為2～4 mm，走向與熔合線平行，長度約為41 mm；焊縫兩側(cè)管子均未發(fā)生明顯塑性變形及脹粗。金相分析裂紋位于焊接熱影響區(qū)的不完全相變區(qū)，裂紋周圍有密集的蠕變小裂紋及蠕變空洞，性質(zhì)是典型的IV型蠕變裂紋。對取樣管系的應力計算顯示，取樣管由于熱脹冷縮和其他位移受約束而產(chǎn)生的二次應力超限，最大二次應力出現(xiàn)在連接大小頭的焊縫處。

分析發(fā)生IV型開裂早期失效的重要誘因是主汽管系在啟、?；蜃冐摵晒r運行過程中會上、下膨脹，幅度可能達10 cm以上，對焊口產(chǎn)生應力。從該部位的泄漏情況來看，主汽管系受拉應力作用，導致在應力集中和焊接接頭薄弱處的焊縫熔合線附近出現(xiàn)裂紋并擴展。

為提高機組運行的可靠性，主要采取增加管系柔性支吊架布置、優(yōu)化調(diào)整支吊架位置、降低取樣管二次應力等措施，并改善運行條件，加強運行控制，減輕蠕變損傷，同時積極優(yōu)化檢測工藝，探索裂紋萌發(fā)的早期檢測發(fā)現(xiàn)。

5 汽輪機軸封間隙較小問題的分析及處理

西門子的百萬千瓦超超臨界汽輪機軸封間隙較小，熱態(tài)停機后需要的軸封蒸汽溫度為300℃，而設計的軸封供汽僅輔汽1路，供汽溫度最高只能達到300℃，無法提供溫度更高的軸封汽源。投產(chǎn)初期，在機組熱態(tài)停機4 h后，多次出現(xiàn)汽輪機高壓缸兩側(cè)軸承振動上升、盤車轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象，威脅機組的安全運行。

經(jīng)分析研究，排除了機組潤滑油系統(tǒng)的問題，上述問題的主要原因是機組熱態(tài)停機后，軸封供汽溫度僅為300℃，而高壓轉(zhuǎn)子溫度在500℃以上，由于汽輪機高壓缸疏水的抽吸作用，高壓缸內(nèi)呈現(xiàn)真空狀態(tài)，軸封供汽會漏入高壓缸。由于漏入的這部分蒸汽量不大，對轉(zhuǎn)子冷卻比較明顯，但汽缸卻得不到冷卻，轉(zhuǎn)子和汽缸在軸封處溫差加大。由于高壓缸汽封間隙很小而產(chǎn)生碰磨，造成1號、2號瓦軸振增大。

為保證熱態(tài)停機后盤車裝置的正常運行，經(jīng)過研究，采取了修改運行規(guī)程的措施，規(guī)定在熱態(tài)停機最多4 h后要停運汽輪機真空、軸封系統(tǒng)，防止冷空氣繼續(xù)被吸入高壓缸；在軸封未停運期間嚴格控制軸封進汽溫度與汽輪機缸溫相匹配。對問題進行了分析處理，沒有再發(fā)生汽輪機盤車轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象。

6 灰渣系統(tǒng)煤種適應性差問題的分析及處理

6.1 輸灰系統(tǒng)增容改造

電廠干式輸灰系統(tǒng)設計裕量偏小，不能適應煤種變化的需要。投產(chǎn)初期，來煤質(zhì)量低、灰量大，經(jīng)常出現(xiàn)輸灰系統(tǒng)堵塞、電除塵灰斗料位高等問題。通過分析總結(jié)，對3號機組輸灰系統(tǒng)進行了改造，一、二電場每個輸灰管路由6個倉泵改為3個倉泵，輸灰能力加倍，同時3號、4號機組各增加2臺高壓輸灰空壓機，以保證輸灰母管壓力；優(yōu)化配煤方案，控制煤質(zhì)的加權灰分在合理范圍內(nèi)，以減小鍋爐的產(chǎn)灰量；精心調(diào)整各個倉泵的落料時間，嚴密監(jiān)視各輸灰管路的輸灰曲線變化情況，防止堵灰，最大限度地發(fā)揮飛灰系統(tǒng)的輸送能力，徹底解決了煤質(zhì)差時輸灰困難、影響機組負荷的問題。

6.2 撈渣機改造

玉環(huán)電廠投產(chǎn)以后，負荷高、渣量大時撈渣機的安全穩(wěn)定運行時常困擾著電廠，曾經(jīng)發(fā)生撈渣機浸水輪卡澀、鏈條張緊力過大而被迫停爐的事件。經(jīng)過對損壞的浸水輪解體檢查發(fā)現(xiàn)，撈渣機浸水輪卡澀是由于原設計的油封不能防止含渣的水侵入軸承而導致?lián)p壞。經(jīng)研究，采取了給撈渣機浸水輪加裝水封，利用清潔的工業(yè)水防止渣水侵入軸承的方法；同時采取了優(yōu)化撈渣機的聯(lián)鎖保護、加強撈渣機的運行巡檢、避免鏈條刮板返渣等措施，消除了因爐底渣系統(tǒng)故障影響鍋爐安全運行的不利因素。

7 電氣系統(tǒng)問題的分析及處理

7.1 消除廠用電系統(tǒng)存在的隱患

大容量機組的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，其對機組和電網(wǎng)的可靠運行起到重要作用。開展了很多提高電氣設備可靠性的工作：將設計容量不足的發(fā)電機出口PT進口高壓熔絲更換為容量更大的國產(chǎn)高壓熔絲，解決了發(fā)電機出口PT熔絲頻繁熔斷的問題；分析法國進口柴油發(fā)電機頻繁出現(xiàn)空載啟動不成功的原因，更換啟動蓄電池組，并改造邏輯，從根本上解決了柴油發(fā)電機空載試驗不易成功的問題；進行計算校核，將2段水油灰母線負荷串聯(lián)倒換改為并聯(lián)倒換，實現(xiàn)了水油灰母線負荷不停電倒換，大大縮短了操作時間；將同一工藝流程系統(tǒng)設備的動力和控制電源接至同一母線上，避免了1條母線故障造成系統(tǒng)設備全部跳閘事件的發(fā)生；更換防污性能更好的絕緣子，同時加強機組檢修時絕緣子的清洗，及時更換零值瓷瓶，大大減少了海濱鹽霧對絕緣子的影響，減少了閃絡放電現(xiàn)象的發(fā)生；加裝非線性消諧電阻器，更換鐵芯飽和特性好的PT，并在母線上加裝電容器組，改變系統(tǒng)參數(shù)，避開諧振區(qū)域，防止長距離送電的母線產(chǎn)生鐵磁諧振。

7.2 縮短廠用電保護級差

隨著火電機組容量的不斷增大、6 kV廠用電接線的復雜，縮短廠用電保護級差，提高廠用電保護動作速度對保證設備安全及機組可靠運行尤顯重要。通過開發(fā)西門子廠用電綜合保護中的“反向閉鎖功能”，實現(xiàn)了廠用電的快速母線保護，大大縮短了廠用電保護的級差，且快速母線保護動作時間的整定無需多級配合，突破了以往6 kV電源進線主保護時間級差需與下一級甚至多級保護配合，造成整定時間過長的局限。快速母線保護在玉環(huán)電廠的實現(xiàn)與應用，將部分6 kV電源進線的動作時間由2 s縮短到0.2 s，大大提高了設備運行的可靠性。

8 機組一次調(diào)頻性能的研究

本汽輪機原設計為純滑壓運行方式，在提高機組經(jīng)濟性的同時，在一定程度上降低了一次調(diào)頻性能。

為滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻的要求，在不降低機組經(jīng)濟性的同時，認真分析機組調(diào)節(jié)的實際情況，經(jīng)過大量的試驗，對百萬千瓦超超臨界機組的一次調(diào)頻控制回路不斷進行優(yōu)化：在給水調(diào)節(jié)回路里增加對一次調(diào)頻的快速響應控制，提高機組負荷響應速度；在一次調(diào)頻動作時，用短時快速提高一次風機母管壓力的方法，提高一次風系統(tǒng)輸送煤粉的能力，同時瞬間減少抽汽流量（利用減少凝結(jié)水流量來實現(xiàn)）以提高機組負荷；通過降低負荷─壓力曲線的方法將調(diào)門的開度抬高，減少機組節(jié)流損失。通過這些協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化，在充分利用機組節(jié)能效果的同時又保證了機組的自動發(fā)電控制和一次調(diào)頻速率。目前，幾臺機組的一次調(diào)頻效果均大大優(yōu)于全省的平均水平，同比還可降低煤耗0.4～0.9 g/（kW·h）。

9 機組投運初期鄰機輔汽系統(tǒng)不能備用問題的分析及處理

玉環(huán)電廠4臺機組連續(xù)建設，其輔汽系統(tǒng)母管總長度超過1 km，設計正常運行時依靠自動疏水器排除系統(tǒng)凝結(jié)水，保持母管溫度。機組投運初期，因輔汽母管較長，各機組輔汽系統(tǒng)獨立運行，正常運行時單臺機組輔汽用量低，僅僅依靠疏水器無法滿足保持母管蒸汽溫度的要求，曾經(jīng)出現(xiàn)過運行中的給水泵小汽輪機進汽溫度偏低，熱態(tài)機組停運后供軸封汽源溫度低等問題，影響了機組的正常運行。

為此，制定了專項措施來防止這一問題的出現(xiàn)：正常運行時，4臺機組輔汽母管聯(lián)絡運行，選1臺機組4段抽汽供給全廠輔汽用戶，根據(jù)機組軸封供汽溫度的變化切換供汽機組，利用4臺機組的工作汽流使輔汽母管處于暖管狀態(tài)，避免了某一段蒸汽長時間停滯帶來的蒸汽溫度偏低的問題；同時加強輔汽系統(tǒng)的疏水器的維護。由于方法有效，實施后沒有再出現(xiàn)輔汽溫度偏低的問題，為確定大規(guī)模電廠全廠輔汽系統(tǒng)的運行方式提供了新的思路。

10 3號機組汽輪機振動偏大問題的分析及處理措施

華能玉環(huán)電廠3號機組運行中軸系振動偏大，屬基建遺留問題，投產(chǎn)初期主汽輪機3號瓦振動最高曾達9.3 mm/s（報警值9.1 mm/s，跳閘值11.8 mm/s），嚴重威脅機組的安全運行。

電廠積極組織多方專家認真分析，采取機組軸系重新找中心、轉(zhuǎn)子配重等檢修措施，努力消除造成機組振動的內(nèi)因。通過摸索調(diào)整各項運行參數(shù)，觀察主、再熱汽溫，主機潤滑油溫，負荷，機組真空等參數(shù)對振動的影響，發(fā)現(xiàn)凝汽器真空對振動影響最大，采取了冬季環(huán)境溫度低時適當降低機組真空、調(diào)整凝汽器真空泵的運行方式等措施，將汽輪機振動控制在6 mm/s以下的合格范圍內(nèi)。

11 結(jié)論

在華能玉環(huán)電廠3年的運行實踐中，針對上述運行過程中的問題，立足現(xiàn)場分析，創(chuàng)新解決方法，機組的經(jīng)濟性和可靠性得以不斷提高，為我國1000 MW超超臨界機組的運行和管理提供了很好的參考。

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