國產(chǎn)660 MW超臨界直接空冷機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)分析

杜建橋，曲海云，唐廣通，李路江

(1．河北省電力研究院，石家莊 050021；2．河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050031)

1 概述

某電廠新裝2臺660 MW國產(chǎn)超臨界直接空冷機(jī)組，汽輪機(jī)選用CLNZK660-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、二缸二排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，主要輔機(jī)設(shè)備有：2臺100%容量凝結(jié)水泵、3臺35%容量電動給水泵、3臺100%容量真空泵和56臺變頻空冷風(fēng)機(jī)以及35%BMCR的高、低壓旁路系統(tǒng)。

鍋爐采用超臨界參數(shù)變壓直流爐，鍋爐結(jié)構(gòu)為單爐膛、四角切向燃燒、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、Π型鍋爐，采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配6臺磨煤機(jī)，正常運(yùn)行時投運(yùn)5臺，1臺作為備用。脫硫系統(tǒng)原設(shè)計(jì)有煙氣旁路擋板，為響應(yīng)國家環(huán)保政策要求，工程建設(shè)后期將其永久封閉，成為國內(nèi)首套無旁路串聯(lián)增壓風(fēng)機(jī)脫硫系統(tǒng)。

機(jī)組控制系統(tǒng)采用高壓全電調(diào)控制系統(tǒng)，由DEH、ETS組成。機(jī)組TSI及DEH均設(shè)置了電超速保護(hù)，機(jī)軸上裝設(shè)有機(jī)械超速保護(hù)，此外DEH還設(shè)置了OPC超速控制系統(tǒng)，OPC電磁閥將使高中壓調(diào)門快速關(guān)閉，抑制轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步上升。

該廠2臺660 MW超臨界直接空冷機(jī)組在基建調(diào)試中成功進(jìn)行了甩負(fù)荷試驗(yàn)。以下結(jié)合甩負(fù)荷試驗(yàn)的具體操作過程，分析和探討試驗(yàn)應(yīng)重點(diǎn)注意的準(zhǔn)備工作、操作要點(diǎn)和安全注意事項(xiàng)，為同類型機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)方法的應(yīng)用和改進(jìn)提供參考。

2 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

2.1 必備條件

機(jī)組經(jīng)過滿負(fù)荷運(yùn)行，所有設(shè)備運(yùn)行正常，主要設(shè)備無重大缺陷。FSSS、DAS、SCS、CCS、TSI、ETS、SOE裝置均完成功能試驗(yàn)，各自動調(diào)節(jié)動態(tài)特性良好，投用正常。DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)試驗(yàn)、功能試驗(yàn)、調(diào)門特性試驗(yàn)均已完成，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)動作可靠，超速試驗(yàn)合格，就地及主控手動跳閘裝置動作正常。

主蒸汽門和調(diào)速汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)合格；高、中壓調(diào)門活動試驗(yàn)正常；抽汽逆止門聯(lián)鎖動作正常，關(guān)閉靈活。交、直流潤滑油泵自啟動試驗(yàn)正常。汽輪機(jī)旁路熱態(tài)調(diào)試完畢，功能試驗(yàn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。汽輪機(jī)防進(jìn)水保護(hù)功能正常，汽輪機(jī)本體疏水門、低壓缸噴水閥等聯(lián)鎖動作正常。除氧器的汽源切換試驗(yàn)正常，切換中汽源壓力平穩(wěn)過渡。汽輪機(jī)真空破壞門遙控開、關(guān)正常。

發(fā)電機(jī)主開關(guān)和滅磁開關(guān)跳、合正常。直流電源系統(tǒng)可靠供應(yīng)。發(fā)電機(jī)自動勵磁調(diào)節(jié)器功能正常。廠用電切換試驗(yàn)完成，切換靈活快速。柴油發(fā)電機(jī)調(diào)試完畢，保安電源切換試驗(yàn)正常。

爐膛、燃燒器和各受熱面沒有嚴(yán)重的結(jié)焦現(xiàn)象。鍋爐過熱器、再熱器安全閥校驗(yàn)合格。確認(rèn)EBV閥送電，閥前手動門已開啟，操作開關(guān)EBV閥一次，確認(rèn)其靈活可靠。制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)的調(diào)整試驗(yàn)已完成。廠用蒸汽汽源能夠正常投入。

試驗(yàn)用通信設(shè)備齊備，至少擁有可使用同一頻道的對講機(jī)4臺。甩100%負(fù)荷試驗(yàn)時現(xiàn)場工作人員必需的繩索、耳塞和通信設(shè)備等齊全，并做好準(zhǔn)備。甩負(fù)荷經(jīng)中調(diào)批準(zhǔn)，甩負(fù)荷時，電網(wǎng)周波不低于50 Hz。高速數(shù)據(jù)采集儀已接線完畢，記錄速率設(shè)定為200點(diǎn)/s。

2.2 必要操作

進(jìn)行廠用電切換，確認(rèn)廠用電切換至啟動備用變壓器。除氧器汽源由本機(jī)切換至輔汽供給。汽輪機(jī)軸封用汽及高、低旁路系統(tǒng)蒸汽管道預(yù)暖；電動給水泵再循環(huán)管道預(yù)暖。解除機(jī)組的部分聯(lián)鎖：發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘觸發(fā)汽輪機(jī)跳閘；鍋爐MFT觸發(fā)汽輪機(jī)跳閘；汽輪機(jī)高排壓比保護(hù)聯(lián)鎖；鍋爐給水流量低MFT保護(hù)聯(lián)鎖。調(diào)整除氧器水位在較低水位(約1 800 mm)運(yùn)行，排汽裝置水位在正常水位，爐膛壓力在100 Pa附近。投入等離子點(diǎn)火裝置。

3 試驗(yàn)過程

3.1 甩50%負(fù)荷

試驗(yàn)前機(jī)組主要參數(shù)為：負(fù)荷330.8 MW，主蒸汽壓力14.15 MPa，主蒸汽溫度549 ℃，再熱蒸汽壓力2.02 MPa，再熱蒸汽溫度529 ℃，3套制粉系統(tǒng)運(yùn)行。

某日21時00分機(jī)組升負(fù)荷至340 MW，同時退出發(fā)電機(jī)AVC，將發(fā)電機(jī)無功功率升至100 MVar；啟動主機(jī)潤滑油泵、高壓密封油備用泵正常；21時05分，開始進(jìn)行機(jī)組甩50%負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)倒計(jì)時剩10 s時每間隔5 s停運(yùn)C、B磨煤機(jī)， 保留A磨煤機(jī)等離子方式運(yùn)行；倒計(jì)時剩1 s時，將2個低壓旁路調(diào)整門直接開至30%，倒計(jì)時至0 s時，試驗(yàn)總指揮發(fā)出“開始”指令，斷開發(fā)電機(jī)主開關(guān)，同時鍋爐側(cè)運(yùn)行人員手動打開EBV閥泄壓，汽輪機(jī)側(cè)運(yùn)行人員調(diào)整高、低壓旁路門，汽輪機(jī)高排通風(fēng)閥開啟。

汽輪機(jī)在甩負(fù)荷后高、中壓調(diào)門迅速關(guān)閉，機(jī)組轉(zhuǎn)速最高飛升至3 109 r/min，后回落至2 979 r/min，逐漸穩(wěn)定在3 000 r/min，整個動態(tài)過程歷時70 s，OPC動作一次。甩負(fù)荷后鍋爐側(cè)引風(fēng)、增壓風(fēng)機(jī)自動調(diào)整及時，負(fù)壓波動最大達(dá)-300 Pa，主蒸汽壓力最高升至16.97 MPa，后開始下降,主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度下降至500 ℃后趨于穩(wěn)定。檢查各項(xiàng)參數(shù)正常，試驗(yàn)結(jié)束，恢復(fù)正常操作，于21時37分重新并網(wǎng)。

甩50%負(fù)荷機(jī)組主要參數(shù)變化曲線見圖1。

圖1 甩50%負(fù)荷機(jī)組主要參數(shù)變化曲線

3.2 甩100%負(fù)荷

試驗(yàn)前機(jī)組主要參數(shù)為：負(fù)荷660.6 MW，主蒸汽壓力23.4 MPa，主蒸汽溫度556 ℃，再熱蒸汽壓力3.97 MPa，再熱蒸汽溫度561 ℃，5套制粉系統(tǒng)運(yùn)行。

機(jī)組于00時56分開始進(jìn)行甩100%負(fù)荷試驗(yàn)，倒計(jì)時剩10 s時每間隔5 s停運(yùn)C、D、E磨煤機(jī)， 保留A、B磨煤機(jī)運(yùn)行；倒計(jì)時至0 s時，試驗(yàn)總指揮發(fā)出“開始”指令，斷開發(fā)電機(jī)主開關(guān)，同時鍋爐側(cè)運(yùn)行人員手動打開EBV閥、現(xiàn)場試驗(yàn)人員手動拉開過熱器出口安全閥進(jìn)行泄壓，汽輪機(jī)側(cè)運(yùn)行人員根據(jù)主蒸汽壓力變化情況調(diào)整高壓旁路調(diào)整門開度。

甩負(fù)荷后汽輪機(jī)高、中壓調(diào)門迅速關(guān)閉，機(jī)組轉(zhuǎn)速最高飛升至3 205 r/min后回落至2 988 r/min，逐漸穩(wěn)定在3 000 r/min，整個動態(tài)過程歷時51 s，OPC動作一次。通過高低壓旁路的調(diào)整和手拉過熱器出口安全門進(jìn)行泄壓，未造成鍋爐超壓，主蒸汽壓力最高升至27.7 MPa后逐漸回落，主、再熱蒸汽溫度基本保持在549 ℃和555 ℃。檢查機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)正常，試驗(yàn)結(jié)束，恢復(fù)正常操作，具備并網(wǎng)條件，準(zhǔn)備并網(wǎng)。00時59分因高壓旁路調(diào)整門門桿與執(zhí)行器脫扣，決定停機(jī)消缺，01時02分機(jī)組停運(yùn)。

主要運(yùn)行參數(shù)變化曲線如圖2所示。

圖2 甩100%負(fù)荷機(jī)組參數(shù)變化曲線

4 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

4.1 甩50%負(fù)荷

甩50%負(fù)荷后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速最高飛升至3 109 r/min后回落，70 s后速穩(wěn)定在3 000 r/min，轉(zhuǎn)速動態(tài)超調(diào)量為4.0%，滿足規(guī)程中甩50%負(fù)荷動態(tài)超調(diào)量不超過5%的要求；同時，甩負(fù)荷后機(jī)組的主蒸汽、再熱蒸汽溫度波動很小，主、再熱蒸汽壓力維持良好，鍋爐燃燒穩(wěn)定，并實(shí)現(xiàn)了快速并網(wǎng)，因此機(jī)組具備進(jìn)行甩100%額定負(fù)荷的條件。

4.2 甩100%負(fù)荷

甩100%負(fù)荷過程中，通過高、低壓旁路調(diào)整和手拉安全門控制主、再熱蒸汽壓力，參數(shù)維持良好，鍋爐保持2臺磨煤機(jī)運(yùn)行，燃燒穩(wěn)定。機(jī)爐熱力系統(tǒng)及各輔機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，各主要參數(shù)調(diào)節(jié)平穩(wěn)，機(jī)組各保護(hù)動作正常。甩100%負(fù)荷試驗(yàn)后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速最高飛升至3 228 r/min分后回落，51 s后穩(wěn)定在3 000 r/min，機(jī)械超速保護(hù)裝置和電超速保護(hù)均未動作，動態(tài)超調(diào)量為7.6%，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)特性良好，能夠適應(yīng)甩負(fù)荷工況的要求。甩100%負(fù)荷后的轉(zhuǎn)速飛升曲線見圖3。

圖3 甩100%負(fù)荷記錄儀曲線

該次試驗(yàn)最終實(shí)現(xiàn)了鍋爐不滅火、不超壓，汽輪機(jī)不超速，發(fā)電機(jī)不過電壓，脫硫、脫硝系統(tǒng)全程投入，且機(jī)組具備了快速并網(wǎng)條件。

5 試驗(yàn)的操作要點(diǎn)

5.1 主蒸汽、再熱蒸汽壓力的調(diào)整

機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷后必然造成鍋爐主蒸汽、再熱蒸汽壓力急速上升，因此甩負(fù)荷的同時首先快速打開低旁門，同時根據(jù)鍋爐壓力快速調(diào)整高旁門，但要注意高、低旁后的溫度不要超溫。為了使主蒸汽壓力盡快恢復(fù)正常、減輕高壓旁路調(diào)整壓力，甩負(fù)荷的同時必須打開電磁泄壓閥，而且甩100%負(fù)荷時還要采取就地手拉過熱器出口安全門的方式配合降低主蒸汽壓力，試驗(yàn)結(jié)果證明，此種方式在較短時間內(nèi)將主蒸汽壓力有效控制，為快速并網(wǎng)創(chuàng)造了條件。

5.2 主蒸汽、再熱蒸汽溫度的調(diào)整

由于甩負(fù)荷后鍋爐蒸發(fā)量快速銳減，為保證蒸汽的過熱度，避免蒸汽帶水，并且為機(jī)組盡快并網(wǎng)創(chuàng)造條件，減溫水的控制必須超前準(zhǔn)備。因此，在甩負(fù)荷倒計(jì)時40 s左右(此時間一般取決于減溫水閥門全行程動作歷時)，開始操作關(guān)閉所有的減溫水調(diào)整門和電動截止門。試驗(yàn)結(jié)果表明，減溫水的超前控制是必要的，在甩負(fù)荷后約5 min內(nèi)，蒸汽溫度變化不大，而后隨鍋爐蒸發(fā)量緩慢變化，為機(jī)組盡快并網(wǎng)提供了支持。

5.3 鍋爐燃燒的調(diào)整

由于機(jī)組高、低壓旁路容量為35%BMCR，機(jī)組甩負(fù)荷后鍋爐只能維持較低的蒸發(fā)量，因此，燃料的減少必須快速、同步并且保證安全燃燒。燃料減少過早勢必影響甩負(fù)荷“開始”時的負(fù)荷量，減少過晚將可能引起鍋爐長時間超壓并給甩負(fù)荷后的操作制造麻煩，而且減燃料速度過快可能引起爐膛負(fù)壓大幅波動甚至造成負(fù)壓保護(hù)動作。試運(yùn)期間通過對制粉系統(tǒng)運(yùn)行特性和鍋爐燃燒特性的摸索和試驗(yàn)，最終確定了每間隔“5 s”停運(yùn)一套制粉系統(tǒng)，甩50%負(fù)荷時保留一套(A制粉系統(tǒng))，甩100%負(fù)荷時保留2套(A、B制粉系統(tǒng))，并根據(jù)燃燒情況適當(dāng)調(diào)整制粉出力的方式。甩50%、100%負(fù)荷后，鍋爐均實(shí)現(xiàn)了安全、穩(wěn)定燃燒。

5.4 爐膛負(fù)壓的控制

因該工程在建設(shè)后期永久封閉了脫硫系統(tǒng)煙氣旁路擋板，成為了國內(nèi)首例無旁路串聯(lián)增壓風(fēng)機(jī)脫硫系統(tǒng)，因此，增壓風(fēng)機(jī)與鍋爐引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)特性的合理匹配是鍋爐爐膛負(fù)壓控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其機(jī)組異常運(yùn)行工況時(甩負(fù)荷、RB)，除了燃料的合理控制以外，增壓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方式更是技術(shù)難點(diǎn)。通過負(fù)壓擾動等試驗(yàn)的摸索，確定了增壓風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制方式，即：以送風(fēng)機(jī)開度作為前饋，脫硫系統(tǒng)入口煙氣壓力作為反饋，并增加甩負(fù)荷、RB特殊工況時的增壓風(fēng)機(jī)動葉預(yù)動作邏輯，避免了增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)的相悖調(diào)節(jié)，甩50%負(fù)荷時爐膛負(fù)壓最大波動至“-300 Pa”，甩100%負(fù)荷時爐膛負(fù)壓最大波動至“-625 Pa” ，實(shí)現(xiàn)了鍋爐爐膛負(fù)壓的可靠控制。

5.5 凝結(jié)水、給水的調(diào)整

由于該工程機(jī)組配備3臺35%額定容量電動給水泵系統(tǒng)，因此，甩負(fù)荷試驗(yàn)時給水的調(diào)整采用了甩負(fù)荷后停運(yùn)1臺給水泵、退出第2臺給水泵并熱備用、保持第3臺給水泵正常上水的方式，同時，根據(jù)主蒸汽壓力的變化及時調(diào)整給水壓力，保證甩負(fù)荷后鍋爐給水流量至少在650 t/h以上。但要特別注意，甩負(fù)荷后給水量的劇烈變化勢必造成除氧器水位大幅波動，從而造成凝結(jié)水主調(diào)門頻繁調(diào)整，高、低壓旁路的調(diào)整特別要求凝結(jié)水保持較高壓力，此時凝結(jié)水泵必須切換至工頻運(yùn)行，因此，凝結(jié)水系統(tǒng)的壓力將大幅變化，甚至出現(xiàn)瞬間超壓，而精處理系統(tǒng)的管道法蘭因無法承受這種壓力變化可能會出現(xiàn)噴水現(xiàn)象，所以在機(jī)組甩100%負(fù)荷時，需臨時退出精處理系統(tǒng)，甩負(fù)荷后恢復(fù)正常運(yùn)行。

5.6 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制

甩負(fù)荷試驗(yàn)成功的重要標(biāo)志是汽輪機(jī)不超速，因此，試驗(yàn)前對甩負(fù)荷邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，即甩負(fù)荷后聯(lián)開高排通風(fēng)閥、導(dǎo)汽管通風(fēng)閥及第二通風(fēng)閥，主、再熱管道疏水閥門取消聯(lián)開，這樣大大降低了有害氣體做功的能力，有效保證了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的可靠控制。

6 結(jié)束語

此次試驗(yàn)的成功表明，雖然超臨界機(jī)組甩負(fù)荷后工況變化劇烈，運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整和系統(tǒng)設(shè)備的操作相對復(fù)雜而且比較困難，但通過制定科學(xué)的操作方案，細(xì)化試驗(yàn)責(zé)任分工和必備條件，明確關(guān)鍵的操作要點(diǎn)，試驗(yàn)過程中根據(jù)各參數(shù)的變化情況，合理控制操作步序的時間間隔，完全可以實(shí)現(xiàn)甩負(fù)荷后鍋爐不滅火、汽輪機(jī)不超速并維持空轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)不過電壓和迅速恢復(fù)并網(wǎng)帶負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)要求。該型國產(chǎn)660 MW超臨界直接空冷機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)中采取的措施和操作要點(diǎn)等，可為同類型機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)方法的應(yīng)用和改進(jìn)提供參考和借鑒。