600MW超臨界空冷機(jī)組冷態(tài)啟動過程優(yōu)化

宋立斌，劉興暉

（華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

1 概述

華能國際電力股份有限公司上安電廠三期2臺機(jī)組于2008年投入商業(yè)運(yùn)行，該機(jī)組為國內(nèi)首臺超臨界600MW等級直接空冷機(jī)組，鍋爐型號為DG2090/25.4－Ⅱ型，超臨界燃煤變壓直流本生爐，采用擴(kuò)容器式內(nèi)置式啟動分離器啟動系統(tǒng)，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、前后墻對沖燃燒、固體排渣鍋爐，配一套等離子點(diǎn)火裝置。此種鍋爐啟動初期需建立啟動流量，且啟動初期啟動系統(tǒng)只能回收工質(zhì)，不回收經(jīng)直流鍋爐儲水箱水位控制閥排出的疏水熱，有較大的熱損失和凝結(jié)水損失，啟動能耗較高。汽輪機(jī)型號為 NZK600－24.2/566/566型，超臨界、一次中間再熱、沖動式﹑單軸三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)額定功率620.0MW，最大功率677.2MW，額定主蒸汽量1 879.5t/h，最大主蒸汽流量2 090.0t/h，額定蒸汽參數(shù)24.2MPa/566℃（主蒸汽門前），再熱蒸汽參數(shù)4.088MPa/566℃（中聯(lián)門前），額定背壓16.0kPa。以下通過對國產(chǎn)600 MW超臨界空冷機(jī)組冷態(tài)啟動過程進(jìn)行分析，提出了針對性的優(yōu)化方案，優(yōu)化機(jī)組啟動過程，在保障安全的前提下，縮短機(jī)組的啟動時(shí)間，減少啟動過程中等待的浪費(fèi)，達(dá)到降低機(jī)組啟動能耗的目的。

2 機(jī)組冷態(tài)啟動過程分析及優(yōu)化

2.1 使用汽泵前置泵上水

機(jī)組啟動時(shí)原設(shè)計(jì)用30%容量電動給水泵給鍋爐上水，鍋爐上水時(shí)間冬季不少于4h，夏季不少于2h，同為6kV動力，以冬季上水時(shí)間4h為例，期間電動給水泵的運(yùn)行電流約為330A，消耗的電量約為1.25萬kWh，而且電動給水泵出口壓力較高，利用出口調(diào)閥控制上水流量，節(jié)流損失較大，對再循環(huán)管路沖擊較大，縮短設(shè)備的使用壽命。

為節(jié)約廠用電，同時(shí)增加啟動方式的靈活性，改為利用汽泵前置泵進(jìn)行鍋爐上水，上水前，關(guān)閉鍋爐省煤器入口電動門（設(shè)計(jì)時(shí)無30%旁路上水調(diào)閥），投運(yùn)汽動給水泵小機(jī)盤車，啟動汽泵前置泵后，打開汽動給水泵出口電動門，利用省煤器入口電動門的中停功能，在保證汽動給水泵最小流量的前提下，配合使用汽泵再循環(huán)調(diào)閥，共同控制鍋爐的上水流量，待鍋爐上水結(jié)束后，再切換為電動給水泵運(yùn)行，繼續(xù)機(jī)組啟動；利用前置泵上水，不僅能滿足鍋爐上水的要求，而且泵出口壓力低，對系統(tǒng)管路的沖擊較小。汽泵前置泵功率小，運(yùn)行電流約為31A，上水期間的耗電量約為1 168kWh，對比電動給水泵而言，將減少電耗11 332kWh。

2.2 有效利用等離子點(diǎn)火裝置

等離子點(diǎn)火是一項(xiàng)新的鍋爐點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)，使用等離子拉弧直接點(diǎn)燃煤粉來實(shí)現(xiàn)鍋爐啟動或鍋爐穩(wěn)燃，可以大大降低燃油的使用率。三期5號機(jī)組F磨煤機(jī)安裝了等離子點(diǎn)火裝置，但在設(shè)備投用初期，并未達(dá)到很好的節(jié)油效果，燃油消耗量仍然很大。針對此種情況，做出了以下幾方面細(xì)節(jié)調(diào)整：

a.等離子點(diǎn)火裝置對煤質(zhì)的要求較高，在停機(jī)前，將F磨煤機(jī)煤倉中的煤徹底燒空，以便在機(jī)組啟動時(shí)，上的優(yōu)質(zhì)煤能夠及時(shí)燃燒。

b.保證充足的暖磨時(shí)間，F(xiàn)磨煤機(jī)入口熱一次風(fēng)加熱器投運(yùn)后，利用磨煤機(jī)入口的熱一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板及磨煤機(jī)兩側(cè)的容量風(fēng)擋板，對磨煤機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行加熱，目標(biāo)為磨煤機(jī)出口風(fēng)溫85℃并維持5～10 min，以保證加熱充分。

c.等離子發(fā)生器啟動后，合理調(diào)整等離子體燃燒器二次風(fēng)，控制二次風(fēng)箱壓力在0.1～0.2kPa，在等離子體點(diǎn)火初期關(guān)閉夾層風(fēng)，噴燃器三次風(fēng)門至燃煤位；并利用磨煤機(jī)入口冷、熱一次風(fēng)調(diào)門控制磨煤機(jī)出口溫度在75～80℃，配合使用磨煤機(jī)旁路風(fēng)控制風(fēng)速在16～18m/s。

現(xiàn)在整個(gè)冷態(tài)啟動用油能有效控制在10t以內(nèi)，5號機(jī)組近期按照優(yōu)化程序，采用等離子點(diǎn)火并取得了成功，啟動全程耗油9.03t。較原來的30t用油節(jié)省超過20t。按機(jī)組每年2次冷態(tài)啟動為例，以燃油價(jià)格7 500元/t計(jì)算，累計(jì)全年將節(jié)省生產(chǎn)成本2×7 500元/t×20t＝30萬元。雖然，距離等離子點(diǎn)火，零油耗啟動仍然有一定的差距，但隨著對等離子點(diǎn)火應(yīng)用的日趨成熟，相信對各細(xì)節(jié)的把握和控制越來越好。

2.3 提高高壓缸預(yù)暖溫度

冷態(tài)啟動時(shí)，高壓缸調(diào)節(jié)級金屬溫度低于150℃，需進(jìn)行高壓缸倒暖，按規(guī)程規(guī)定當(dāng)高壓缸第一級下半內(nèi)壁金屬溫度暖至150℃并保持一段時(shí)間后即倒暖結(jié)束；實(shí)際操作中可選擇將倒暖投入狀態(tài)保持到汽輪機(jī)沖車前再解除，這樣高壓缸調(diào)節(jié)級金屬溫度能暖至約200℃，而且倒暖時(shí)間足夠充分，缸體溫差縮小，為后期沖車奠定了良好的基礎(chǔ)。調(diào)節(jié)級溫度的提升有效的縮短了中速暖機(jī)時(shí)間，可縮短啟動時(shí)間30min，降低啟動能耗。

對應(yīng)中速暖機(jī)工況，運(yùn)行30min，節(jié)省能源見表1。在保證設(shè)備安全的前提下，適當(dāng)提高高壓缸的預(yù)暖溫度，達(dá)到了降低啟動能耗的目的。

表1 提高高壓缸預(yù)暖溫度節(jié)能

2.4 縮短冷態(tài)沖洗時(shí)間

在鍋爐的冷態(tài)開式?jīng)_洗過程中，大量的水被直接排放至地溝（約500t/h）。當(dāng)水質(zhì)合格后（鐵離子質(zhì)量濃度小于500μg/L）方可進(jìn)行回收。由此可見，取樣的及時(shí)性與水質(zhì)化驗(yàn)的速度，直接影響著爐水的排放量。

一般情況下，從爐水取樣，到得出化驗(yàn)結(jié)果需1 h左右的時(shí)間，而實(shí)際操作中，運(yùn)行人員根據(jù)機(jī)組停運(yùn)時(shí)間長短、汽水系統(tǒng)是否經(jīng)過檢修等情況，對鍋爐的沖洗時(shí)間進(jìn)行估算，適當(dāng)增加爐水取樣頻率，縮短取樣間隔，以便在水質(zhì)合格后及時(shí)進(jìn)行回收，盡最大能力減少除鹽水的浪費(fèi)。

經(jīng)水汽取樣化驗(yàn)過程優(yōu)化后，可縮短沖洗時(shí)間30min，節(jié)約除鹽水500t/h×0.5h＝250t，按每t除鹽水10元來計(jì)算，全年機(jī)組正常冷態(tài)啟動兩次，將節(jié)約生產(chǎn)成本250t×10元/t×2＝5 000元。

按此操作，雖然增加了化學(xué)工作人員的勞動強(qiáng)度及化驗(yàn)材料的消耗量，但節(jié)水效果明顯。

2.5 第2臺磨煤機(jī)的啟動選擇

一般情況下，1臺磨煤機(jī)運(yùn)行能滿足機(jī)組并網(wǎng)、切缸、初始負(fù)荷暖機(jī)時(shí)對鍋爐熱負(fù)荷的要求，規(guī)程規(guī)定在低負(fù)荷暖機(jī)50min結(jié)束后，啟動第2臺磨煤機(jī)；但對于冷態(tài)啟動而言，機(jī)組長時(shí)間停運(yùn)，磨煤機(jī)煤倉蓬煤是不可避免的問題（由于某些客觀原因，停機(jī)時(shí)煤倉的煤無法燒空），如果待暖機(jī)結(jié)束后再行啟動第2臺磨煤機(jī)，遇到給煤機(jī)斷煤，將影響機(jī)組升負(fù)荷的速率，對機(jī)組的安全運(yùn)行也十分不利?，F(xiàn)就斷煤后處理的實(shí)際生產(chǎn)情況而言，以處理蓬煤需要15 min計(jì)算，多消耗的啟動能耗情況見表2。

表2 處理蓬煤15min多消耗的啟動能耗

因此，在實(shí)際操作中，視燃燒情況，選擇在并網(wǎng)前或低負(fù)荷暖機(jī)期間，啟動第2臺磨煤機(jī)，給處理蓬煤留有足夠的時(shí)間，以便在暖機(jī)結(jié)束后，能夠快速升負(fù)荷，減少油槍的使用，進(jìn)而達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。

2.6 合理投用空冷島

空冷機(jī)組在冬季啟動過程中極易出現(xiàn)空冷凝汽器凍結(jié)現(xiàn)象，輕者會使空冷凝汽器傳熱性能下降，熱耗增加；重者管束會被冰塊堵塞，真空下降，甚至?xí)霈F(xiàn)凍裂翅片管或使翅片管變形，造成設(shè)備損壞，機(jī)組被迫停運(yùn)，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。為避免上述問題的發(fā)生，啟動過程中，主要采取了以下措施：

a.機(jī)組的啟動盡可能安排在環(huán)境溫度較高的白天進(jìn)行，利用白天較高的環(huán)境氣溫和日照條件，有效降低空冷凝汽器內(nèi)部結(jié)冰的可能性，為機(jī)組啟動、工質(zhì)的盡早回收創(chuàng)造良好的條件。

b.在鍋爐蒸發(fā)量未達(dá)到空冷凝汽器的最低熱負(fù)荷前，避免蒸汽進(jìn)入空冷凝汽器。并在進(jìn)汽初期將1、2、7、8排空冷凝汽器的進(jìn)汽蝶閥關(guān)閉，讓蒸汽通過3、4、5、6排空冷凝汽器進(jìn)行冷卻，通過對蒸汽的換熱面積的控制，以達(dá)到降低結(jié)凍風(fēng)險(xiǎn)的目的。

c.合理使用汽輪機(jī)的旁路系統(tǒng)，充分利用再熱器的干燒能力，盡快提高蒸汽參數(shù)，汽機(jī)高低旁在蒸汽流量達(dá)到空冷凝汽器要求的最低熱負(fù)荷后方可投運(yùn)，并盡快增加旁路的通流量，并控制低旁后溫度在允許條件下的較高值，盡快增加空冷島的熱負(fù)荷，避免管束結(jié)凍。

d.盡可能縮短空冷島在較低流量下的運(yùn)行時(shí)間，合理調(diào)整燃燒，盡快達(dá)到?jīng)_車參數(shù)，在汽輪機(jī)允許的情況下，盡可能加快帶負(fù)荷速度，使得翅片管束流程中都存在汽水混合物，減小結(jié)凍的可能性。

e.適當(dāng)提高機(jī)組的背壓，并加強(qiáng)DCS畫面參數(shù)的監(jiān)視，如抽空氣溫度、凝結(jié)水溫度等，加大啟動過程空冷島的巡視力度，加強(qiáng)對翅片管束的溫度的監(jiān)測，以便盡早發(fā)現(xiàn)問題，盡快做出調(diào)整。

實(shí)際運(yùn)行中，通過采取上述措施，有效防止了啟動過程中空冷凝汽器的凍結(jié)，保障了機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.7 合理掌控啟動節(jié)奏

機(jī)組冷態(tài)啟動，啟動時(shí)間較長，為降低啟動成本，保證安全的前提下，在達(dá)到300MW工況點(diǎn)以前應(yīng)盡量減少不必要的停留，這就要求機(jī)爐電方面加強(qiáng)協(xié)調(diào)配合，合理安排各個(gè)階段對應(yīng)的各項(xiàng)操作，以免耽誤時(shí)間。機(jī)組點(diǎn)火前對影響機(jī)組啟動的各個(gè)因素要逐一排查，以保證啟動過程的連貫性。

安排工作時(shí)考慮到各項(xiàng)工作的層次性和合理性。如：啟動送引風(fēng)機(jī)前將鍋爐燃油系統(tǒng)恢復(fù)；提前將各風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟動前檢查保證其處于隨時(shí)可以啟動的狀態(tài)；磨組提前進(jìn)行檢查，各擋板進(jìn)行開關(guān)試驗(yàn)；鍋爐升溫升壓過程中將兩臺汽泵送汽封抽真空，中速暖機(jī)過程中將A/B小機(jī)沖轉(zhuǎn)至3000r/min備用；汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后投入各低加汽側(cè)及2號、3號高壓加熱器汽側(cè)；120MW以上將除氧器汽源倒至四抽供；轉(zhuǎn)干態(tài)前并入一臺汽泵，將電泵退出，并隨啟動過程逐漸將鍋爐省煤器入口電動門開展；230MW左右，啟B或E磨煤機(jī)后，隨升負(fù)荷過程并入另外一臺汽泵；300MW倒換汽泵汽源。

3 優(yōu)化效果

三期空冷機(jī)組冷態(tài)啟動過程經(jīng)上述優(yōu)化后，縮短了啟動時(shí)間，降低減值損失。以5號、6號機(jī)組正常每年2次冷態(tài)啟動計(jì)算，通過利用汽泵前置泵代替電動給水泵進(jìn)行鍋爐上水，節(jié)約廠用電量2×2×11 332＝45 328kWh，全年下來將節(jié)省啟動成本0.43元/kWh×45 328kWh＝19 491元；通過等離子點(diǎn)火的運(yùn)行優(yōu)化，可節(jié)省啟動成本2×2×7 500×20＝60萬元；通過高缸預(yù)暖溫度提高操作，可縮短啟動時(shí)間，節(jié)省啟動成本20 934×2×2＝83 736元；鍋爐冷態(tài)開式?jīng)_洗階段通過水汽取樣化驗(yàn)過程優(yōu)化后，可降低0.5萬元；在并網(wǎng)前或低負(fù)荷暖機(jī)期間啟動第2臺磨煤機(jī)組，降低10 574.5×2×2＝4.229 8萬。通過三單元機(jī)組冷態(tài)啟動過程優(yōu)化后，合計(jì)全年降低可視費(fèi)用1.949 1＋60＋8.373 6＋0.5＋4.229 8≈75萬元。

4 結(jié)束語

縮短機(jī)組的啟動時(shí)間，減少啟動過程中等待的浪費(fèi)，保證機(jī)組冷態(tài)啟動過程的連貫性和緊湊性，是實(shí)現(xiàn)降低啟動能耗的關(guān)鍵。通過優(yōu)化國產(chǎn)600MW超臨界空冷機(jī)組冷態(tài)啟動過程，縮短機(jī)組的啟動時(shí)間，顯著降低了機(jī)組的啟動能耗，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在空冷機(jī)組冷態(tài)啟動工作中應(yīng)做好以下工作：提前消除影響機(jī)組啟動的缺陷；各項(xiàng)啟動工作安排要具有層次性、合理性，時(shí)間安排要合理緊湊；在保證安全的前提下，合理使用優(yōu)化操作方式，實(shí)現(xiàn)啟動能耗的降低。