1 000 MW機(jī)組無電泵啟動方式及特點

胡洲

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

1 000 MW機(jī)組無電泵啟動方式及特點

胡洲

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

介紹了寧海發(fā)電廠1 000 MW機(jī)組無電泵啟動的方式和優(yōu)化內(nèi)容，并對啟動過程中的相關(guān)試驗及特點進(jìn)行了分析說明，可為國內(nèi)大容量機(jī)組的無電泵啟動方式研究提供借鑒。

1 000 MW；無電泵；啟動；方式

隨著國內(nèi)火力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增加，機(jī)組供電煤耗率逐步降低，大容量機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢開始逐步發(fā)揮，越來越受到發(fā)電企業(yè)的青睞。但在機(jī)組啟動時若仍采用以前的電動給水泵啟動方式，不僅增大基建投資費(fèi)用，而且增加啟動階段的廠用電消耗。為適應(yīng)節(jié)能需求，必須尋求大容量機(jī)組更經(jīng)濟(jì)的啟動方式。

無電泵啟動方式具有節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性好的特點，其優(yōu)勢正逐步顯露，具有良好的推廣前景。因此掌握大容量機(jī)組無電泵啟動的方式及特點，實現(xiàn)機(jī)組的快速、平穩(wěn)、安全啟動顯得尤為重要。

下面以國華寧海發(fā)電廠6號機(jī)組為例，在機(jī)組啟動過程中通過相關(guān)試驗，探求無電泵啟動的方式及特點并進(jìn)行優(yōu)化。

1 設(shè)備概況

6號汽輪機(jī)選用由上海汽輪機(jī)廠和德國SIEMENS公司聯(lián)合設(shè)計制造的N1000-26.25/600 /600（TC4F）型1 000 MW、超超臨界、單軸、一次中間再熱、四缸四排汽雙背壓凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組設(shè)置有4套高壓旁路（簡稱高旁）和2套低壓旁路（簡稱低旁），高旁容量為100%鍋爐最大出力工況（BMCR）的流量，低旁容量為65%BMCR流量。機(jī)組配置2×55%BMCR流量的汽動給水泵（簡稱汽泵），給水泵汽輪機(jī)（簡稱小機(jī)）汽源有冷段再熱蒸汽、四段抽汽和輔助蒸汽。1臺汽動給水泵工作時，能保證機(jī)組50%BMCR的給水量，2臺汽泵工作時，能保證100%BMCR的給水量。小機(jī)采用杭州汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的HMS500D型單缸、軸流、沖動式、純凝汽式汽輪機(jī)，臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域為2 650～2 750 r/min，可調(diào)范圍為2 850～5 700 r/min。機(jī)組設(shè)計了給水旁路調(diào)節(jié)閥，未設(shè)計電動給水泵系統(tǒng)，機(jī)組的啟動方式是采用汽泵和給水旁路調(diào)節(jié)閥聯(lián)合控制給水流量和壓力，即無電泵啟動方式。

2 無電泵啟動過程分析

機(jī)組進(jìn)行無電泵啟動時，須做好以下8項工作。

2.1 汽泵再循環(huán)方式試驗

在鍋爐啟動前，利用輔汽對小機(jī)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，進(jìn)行汽泵帶負(fù)荷試運(yùn)行，汽泵沖轉(zhuǎn)時蒸汽全程走再循環(huán)管路。通過升速、升壓試驗，考驗汽泵的帶負(fù)荷運(yùn)行能力。汽泵再循環(huán)方式時的轉(zhuǎn)速與壓力關(guān)系如表1所示。

表1 汽泵再循環(huán)方式轉(zhuǎn)速與壓力

2.2 鍋爐上水方式的選擇

汽泵帶負(fù)荷試運(yùn)行完成后，進(jìn)入鍋爐啟動初期水沖洗階段。由于汽泵前置泵設(shè)計揚(yáng)程為142.5 m，滿足向鍋爐供水的條件，因此選取汽泵前置泵向鍋爐上水，對鍋爐進(jìn)行冷態(tài)大流量水沖洗，鍋爐上水完成后給水旁路調(diào)節(jié)閥后靜壓達(dá)到0.6 MPa。考慮到鍋爐點火升壓后前置泵出力不能滿足鍋爐升壓需求，必須使用汽泵向鍋爐供水。

為防止鍋爐給水旁路調(diào)節(jié)閥前后壓差過大導(dǎo)致閥芯汽蝕，對該閥前后壓差使用值作了限制，如表2所示。

表2 鍋爐給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差限值MPa

由于小機(jī)受臨界轉(zhuǎn)速范圍的影響，可調(diào)轉(zhuǎn)速范圍被限制在2 850 r/min以上，此時汽泵出水壓力達(dá)到13.6 MPa以上。從表2可以看出，當(dāng)閥后壓力為0.6 MPa時，閥前壓力限值為8 MPa。若汽泵仍采用原設(shè)計的2 850 r/min運(yùn)行轉(zhuǎn)速向鍋爐供水，將造成給水旁路調(diào)節(jié)閥閥芯嚴(yán)重汽蝕。因此，在給水旁路調(diào)節(jié)閥后壓力未升高的情況下，必須降低給水泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，在鍋爐啟動初期，選擇汽泵合適的運(yùn)行轉(zhuǎn)速成為鍋爐啟動成敗的關(guān)鍵。

從表1中可以看出，汽泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速不應(yīng)超過2 000 r/min。為保證給水旁路調(diào)節(jié)閥的允許壓差值，同時又考慮到小機(jī)轉(zhuǎn)速越低、運(yùn)行時間越長時排汽溫度會越高等不利因素，在鍋爐點火升壓階段，由小機(jī)電液控制系統(tǒng)（MEH）控制汽泵轉(zhuǎn)速在2 000 r/min定速運(yùn)行，由給水旁路調(diào)節(jié)閥控制給水流量，此時給水旁路調(diào)節(jié)閥前后壓差值在允許汽蝕壓差范圍內(nèi)。汽泵在此轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，既可避開小機(jī)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，又可確保給水旁路調(diào)節(jié)閥不被汽蝕。

從實際運(yùn)行情況來看，小機(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時排汽溫度很高，這是因為轉(zhuǎn)速低時進(jìn)入小機(jī)的蒸汽流量很小，不易帶走排汽區(qū)的鼓風(fēng)熱量。小機(jī)排汽溫度太高將對小機(jī)末級葉片造成損害，嚴(yán)重影響小機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此應(yīng)盡量縮短小機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行的時間，及時投用排汽減溫水，當(dāng)排汽溫度持續(xù)升高時必須增大小機(jī)進(jìn)汽流量。可采取適當(dāng)加大汽泵出水流量或提升小機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，將小機(jī)排汽溫度盡量控制在90℃以下。

2.3 鍋爐升壓啟動

鍋爐成功點火后隨即進(jìn)入鍋爐升壓階段。此時隨著鍋爐壓力的逐步增加，汽泵出水流量逐步增大，給水旁路調(diào)節(jié)閥后壓力也逐步提高，汽泵在2 000 r/min低速運(yùn)行時，汽泵出口壓力已不能滿足給水要求，因此必須根據(jù)鍋爐要求逐步提升給水泵轉(zhuǎn)速，結(jié)合給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差限制值，提高汽泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速。在小機(jī)轉(zhuǎn)速2 100 r/min時，安排了給水旁路調(diào)節(jié)閥特性試驗，以摸索該閥的變流量控制特性。在向鍋爐大流量供水時，安排給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)特性試驗，以掌握該閥的調(diào)節(jié)特性。當(dāng)汽泵轉(zhuǎn)速升高到接近小機(jī)臨界轉(zhuǎn)速時，快速通過小機(jī)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域2 650～2 750 r/min，將小機(jī)轉(zhuǎn)速升至2 850 r/min，同時投入DCS遙控，由DCS遠(yuǎn)方控制小機(jī)轉(zhuǎn)速回路。

鍋爐啟動過程中視情況允許投入給水旁路調(diào)節(jié)閥自動控制、爐水泵再循環(huán)自動控制及汽泵給水自動控制。爐水泵再循環(huán)自動控制投入時控制水冷壁流量。

鍋爐在濕態(tài)情況下，給水旁路調(diào)節(jié)閥自動控制投入時調(diào)節(jié)汽水分離器水位，汽泵給水自動控制投入時調(diào)節(jié)由主汽流量折算出的差壓。鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)后，分2種情況：

（1）給水主路閥全關(guān)。給水旁路調(diào)節(jié)閥自動控制投入時調(diào)節(jié)給水流量，汽泵給水自動投入時控制由主汽流量折算出的差壓。

（2）給水主路閥全關(guān)信號消失。汽泵給水自動控制投入時調(diào)節(jié)給水流量，當(dāng)給水主路閥全開后，給水旁路調(diào)節(jié)閥撤出自動并關(guān)閉。

2.4 小機(jī)低壓汽源切換

機(jī)組達(dá)至一定負(fù)荷后應(yīng)盡快安排小機(jī)低壓汽源切換。小機(jī)低壓汽源有兩路汽源，一路為輔汽，一路為四段抽汽（簡稱四抽），兩路汽源都只設(shè)有氣動逆止門。小機(jī)低壓汽源切換時，兩臺給水泵均投用給水自動控制，切換時先打開四抽至小機(jī)氣動逆止門，然后快關(guān)輔汽至小機(jī)氣動逆止門。

小機(jī)低壓汽源切換一般安排在四抽壓力達(dá)到0.5 MPa左右時進(jìn)行，低壓汽源切換前四抽壓力需與輔汽壓力接近，這樣可避免切換時小機(jī)轉(zhuǎn)速波動太大。此外四抽壓力必須小于輔汽壓力，這樣在低壓汽源切換前可以先打開四抽至小機(jī)氣動逆止門，做好低壓汽源切換準(zhǔn)備，同時又能保證低壓汽源切換前四抽逆止門在關(guān)閉狀態(tài)而不被沖開，小機(jī)低壓汽源仍由輔汽來供。

低壓汽源切換采用直接關(guān)閉輔汽至小機(jī)氣動逆止門的方式，此時輔助蒸汽失去，四抽蒸汽立即沖開逆止門進(jìn)入小機(jī)低壓調(diào)門。由于突然進(jìn)入小機(jī)的四抽壓力偏低，而低壓調(diào)門的開度仍在切換前的開度，因此小機(jī)轉(zhuǎn)速會立即下降。實際切換過程中，小機(jī)轉(zhuǎn)速波動不大，最大下降45 r/min，對這個擾動轉(zhuǎn)速，MEH轉(zhuǎn)速控制器立即進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)，小機(jī)低壓調(diào)門迅速開大。由于此時兩臺小機(jī)都投用給水自動控制，另一臺小機(jī)會立即做出響應(yīng)，增大轉(zhuǎn)速以補(bǔ)償減少的流量。系統(tǒng) 經(jīng)過約2 min的調(diào)節(jié)后，2臺小機(jī)均回到低壓汽源切換前的穩(wěn)定狀態(tài)，整個低壓汽源切換試驗過程中鍋爐總給水流量無明顯變化，可見給水自動控制及小機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制具有良好的調(diào)節(jié)特性。

2.5 單汽泵最大出力及高低壓調(diào)門切換

為了考驗單臺汽泵的最大工作能力，在機(jī)組500 MW時安排了單汽泵最大出力試驗，以汽泵A為試驗泵。降低汽泵B轉(zhuǎn)速，逐步將汽泵B撤出運(yùn)行，切斷汽泵B向鍋爐供水，同時逐步增加汽泵A轉(zhuǎn)速，直至鍋爐供水全部由汽泵A來供。單汽泵最大出力試驗結(jié)果為：汽泵A進(jìn)口流量2 083 t/h，機(jī)組負(fù)荷566 MW。

在進(jìn)行單汽泵最大出力試驗時，同步進(jìn)行了小機(jī)高低壓調(diào)門切換試驗。試驗時，由于汽泵A出力增大，四抽壓力不足，小機(jī)A低壓調(diào)門逐漸開大，當(dāng)MEH流量指令達(dá)到76.79%，低壓調(diào)門指令升至90.5%時，此時高壓調(diào)門開始緩慢開啟，直至汽泵達(dá)到最大出力2 083 t/h時，MEH流量總指令達(dá)到83.69%，低壓調(diào)門指令為83.69%，高壓調(diào)門指令為29.1%，此時轉(zhuǎn)速由高、低壓調(diào)門共同控制。高、低壓調(diào)門開啟重疊度范圍正常，轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)定，小機(jī)及汽泵各項參數(shù)均顯示正常。

高低壓調(diào)門切換過程中需要注意的是小機(jī)軸向位移的變化情況。小機(jī)采用的是內(nèi)切換進(jìn)汽方式，小機(jī)高、低壓汽源各有獨立的進(jìn)汽室。從實際切換的情況來看，小機(jī)帶高負(fù)荷時，軸向推力已經(jīng)偏大，高壓汽源再進(jìn)入小機(jī)后，會進(jìn)一步加重小機(jī)的軸向推力，軸向位移增大。建議在進(jìn)行高、低壓調(diào)門切換前，盡量縮小高、低壓汽源溫度偏差，切換過程緩慢進(jìn)行，必要時減小小機(jī)低壓汽源壓力，避免高壓汽源突然進(jìn)入小機(jī)后軸向位移發(fā)生突增而跳機(jī)。

2.6 給水主、旁路閥切換

隨著機(jī)組負(fù)荷的進(jìn)一步增加，機(jī)組給水流量逐漸增加，當(dāng)接近給水旁路流量的設(shè)計限值時，必須進(jìn)行給水泵旁路調(diào)節(jié)閥與給水主路閥的切換。給水旁路調(diào)節(jié)閥與給水主路閥切換點的選擇應(yīng)根據(jù)給水旁路調(diào)節(jié)閥開度及當(dāng)時的給水流量來確定，一般選擇在鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)后，給水總流量大于1 700 t/h，給水旁路調(diào)節(jié)閥開度大于75%，機(jī)組各項參數(shù)穩(wěn)定時進(jìn)行。

切換前給水旁路調(diào)節(jié)閥投自動控制給水流量，2臺給水泵均投給水自動控制壓差 （此壓差是根據(jù)主蒸汽流量折算出），開始切換時直接全開給水主路閥，當(dāng)給水主路閥全關(guān)信號消失后，給水泵由控制壓差轉(zhuǎn)換為控制給水流量，整個轉(zhuǎn)換過程完全自動進(jìn)行，直至給水主路閥全開，此時撤出給水旁路調(diào)節(jié)閥自動，手動緩慢關(guān)閉給水旁路調(diào)節(jié)閥，當(dāng)給水旁路調(diào)節(jié)閥全關(guān)后，給水旁路調(diào)節(jié)閥與給水主路閥的切換完成。

從實際切換過程來看，給水泵轉(zhuǎn)速最大波動72 r/min，給水總流量最大波動100 t/h，波動幅度都不大，未對機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)造成影響，整個切換過程機(jī)組給水自動控制調(diào)節(jié)特性良好，未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

2.7 機(jī)組啟動全程給水自動的優(yōu)化

小機(jī)振動臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域為2 650～2 750 r/min,因此小機(jī)不能實現(xiàn)從2 000～5 750 r/min的全程給水自動控制，在2 850 r/min以下只能在MEH中操作，機(jī)組啟動初期必須手動調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速，這給機(jī)組的運(yùn)行帶來很多不便。在機(jī)組調(diào)試期間試探性摸索了汽泵在2 300～2 800 r/min區(qū)間內(nèi)小流量再循環(huán)方式運(yùn)行及大流量出水方式下運(yùn)行時小機(jī)及汽泵的振動情況，特別是在2 650～2 750 r/min臨界轉(zhuǎn)速振動最大的范圍內(nèi)進(jìn)行了試運(yùn)行，試運(yùn)時間均超過4 h。

試驗結(jié)果表明：在2 650～2 750 r/min附近運(yùn)行時小機(jī)及汽泵振動雖有增大，但較長時間運(yùn)行時小機(jī)及汽泵振動情況穩(wěn)定且仍處在正常范圍內(nèi)，汽泵A振幅最大為64μm，汽泵B最大為58 μm （汽泵振動報警值為100μm，跳機(jī)值為125 μm），這表明小機(jī)與汽泵連為整體試運(yùn)后，軸系對振動產(chǎn)生了一定影響，導(dǎo)致小機(jī)和汽泵的振動雖有增加，但振動幅度趨于穩(wěn)定，并在安全運(yùn)行范圍之內(nèi)。

因此在2 300～2 800 r/min內(nèi)汽泵既能小流量運(yùn)行，也能大流量運(yùn)行。將DCS投遙控范圍由原來的2 850～5 750 r/min修改為2 000～5 750 r/min，優(yōu)化后的邏輯實現(xiàn)了機(jī)組啟動DCS全程給水控制，增強(qiáng)了機(jī)組啟動的便捷、可靠性能，從而實現(xiàn)了機(jī)組全程給水自動控制。為保證小機(jī)及汽泵長期運(yùn)行的穩(wěn)定性，建議的運(yùn)行方式是：在鍋爐啟動階段，盡量避開汽泵的臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域運(yùn)行或縮短在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域運(yùn)行的時間。

2.8 系統(tǒng)邏輯優(yōu)化

為了保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，對機(jī)組異常停機(jī)作了預(yù)想，將“主燃料跳閘（MFT）觸發(fā)后兩臺小機(jī)全跳閘，關(guān)閉給水旁路調(diào)節(jié)閥及給水主路閥”修改為“若MFT觸發(fā)后只選擇其中一臺小機(jī)跳閘，同時關(guān)閉給水旁路調(diào)節(jié)閥及給水主路閥；若MFT觸發(fā)后2臺小機(jī)同時跳閘，則打開給水旁路調(diào)節(jié)閥”，這樣就能保證MFT后高旁快開時，由給水泵提供高旁減溫水，或由水冷壁倒吸水來提供高旁減溫水。

3 結(jié)語

寧海電廠6號機(jī)組通過沖管、整套啟動階段調(diào)試，掌握了汽泵、汽泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥、給水主路閥、給水旁路調(diào)節(jié)閥等重要運(yùn)行設(shè)備、閥門的相關(guān)特性，實現(xiàn)了機(jī)組無電泵啟動方式。在調(diào)整試驗中總結(jié)出了新的運(yùn)行方式，即在機(jī)組啟動階段以汽泵低速運(yùn)行（2 000 r/min）方式替代了以往長期采用的高速運(yùn)行（2 800 r/min）方式，為給水旁路調(diào)節(jié)閥提供了安全保障。同時從實際試驗出發(fā)，摸索了汽泵在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域的運(yùn)行情況，實現(xiàn)了機(jī)組啟動時全程給水自動優(yōu)化（2 000～5 750 r/min）。汽泵轉(zhuǎn)速控制器、給水自動控制器響應(yīng)性好，消除擾動的時間短，穩(wěn)定性強(qiáng)，能滿足機(jī)組各工況變化的要求。

取消電動給水泵系統(tǒng)，可減少建設(shè)投資3 000多萬元，縮短機(jī)組建設(shè)周期及機(jī)組啟動的時間，減少廠用電電量，提高機(jī)組啟動的經(jīng)濟(jì)性、安全性。寧海電廠1 000 MW超超臨界機(jī)組無電泵啟動方式可為同類型機(jī)組的啟動及運(yùn)行提供借鑒經(jīng)驗。

[1]吳仲.300 MW機(jī)組無電泵啟動方式探討[J].節(jié)能與環(huán)保，2008（12）：29-30.

[2]李建春，樊印龍.汽動給水泵實現(xiàn)大型汽輪機(jī)組啟停的安全性分析[J].浙江電力，2006，25（5）∶22-24.

（本文編輯：陸 瑩）

Mode and Characteristics of 1 000 MW Unit Startup Without Electric Pump

HU Zhou
（Zhejiang Electric Power Testand Research Institute,Hangzhou 310014,China）

This paper introduces the start-up mode without electric pump and optimization content of 1 000 MW unit in Ninghai Power Plant，analyzes the related tests and features during startup and offers a reference for research on the startup mode of domestic large-capacity units without electric pump.

1 000 MW；withoutelectric pump；startup；mode

TK227∶TK267

B

1007-1881（2010）09-0043-04

2010-01-07

胡 洲（1978-），男，重慶江津人，工程師，從事大型火電機(jī)組調(diào)試工作及節(jié)能技術(shù)與能源經(jīng)濟(jì)理論的研究。