超臨界機(jī)組啟動(dòng)節(jié)能優(yōu)化研究

文 // 謝煜華 廣東珠海金灣發(fā)電有限公司

1 前言

廣東珠海金灣發(fā)電有限公司2×600MW燃煤機(jī)組，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司制造生產(chǎn)，型號(hào)為N600-24.2/566/566的反動(dòng)式、超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式600MW汽輪機(jī)組。與上海鍋爐廠制造的超臨界螺旋管圈、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、四角切圓燃煤直流爐以及上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的QFSN-600-2三相同步汽輪發(fā)電機(jī)配套。

自機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，機(jī)組的運(yùn)行狀況良好，機(jī)組的能耗水平也逐年下降。但是，對(duì)照國(guó)外同類型機(jī)組，其能耗水平及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)尚有一定的差距。為切實(shí)響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能降耗的號(hào)召，進(jìn)一步降低機(jī)組能耗，提高公司的競(jìng)爭(zhēng)力，金灣公司大力開(kāi)展節(jié)能降耗工作，結(jié)合機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況，開(kāi)展了機(jī)組啟動(dòng)節(jié)能優(yōu)化研究，通過(guò)優(yōu)化機(jī)組的啟動(dòng)操作和運(yùn)行方式，有效降低了機(jī)組的啟動(dòng)能耗，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 機(jī)組啟動(dòng)節(jié)能優(yōu)化

2.1 縮短鍋爐啟動(dòng)階段參數(shù)調(diào)整時(shí)間

為節(jié)約燃油，鍋爐采用等離子點(diǎn)火方式啟動(dòng)，鍋爐啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)制粉系統(tǒng)用等離子方式點(diǎn)火并升溫升壓。由于磨煤機(jī)啟動(dòng)最小煤量為16t/h，點(diǎn)火初期爐膛的熱負(fù)荷增加過(guò)快，導(dǎo)致鍋爐汽溫上升過(guò)快，升溫升壓率均達(dá)不到要求。而且汽輪機(jī)要求的沖轉(zhuǎn)參數(shù)嚴(yán)重不匹配，需要反復(fù)調(diào)整才能達(dá)到汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)所需參數(shù)，浪費(fèi)大量的時(shí)間，同時(shí)嚴(yán)重影響鍋爐受熱面、蒸汽管道、汽輪機(jī)設(shè)備等安全性，這是影響機(jī)組啟動(dòng)速度及安全的重要因素之一。為此，經(jīng)調(diào)研分析后采取了選擇合適的啟動(dòng)用煤、降低鍋爐啟動(dòng)給水流量等措施，取得較好的效果。啟動(dòng)時(shí)調(diào)整時(shí)間短，參數(shù)穩(wěn)定，容易達(dá)到汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)要求。同時(shí)，給水流量降低后，電動(dòng)給水泵的電耗明顯減少，前后電流降低了約100A。

（1）選擇合適的啟動(dòng)用煤

為了降低鍋爐采用等離子點(diǎn)火方式啟動(dòng)時(shí)爐膛熱負(fù)荷增加地快的問(wèn)題，啟動(dòng)用煤的選擇顯得尤為重要。煤的低位熱值，應(yīng)在5000～5200kcal，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致熱負(fù)荷過(guò)高；過(guò)低則導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定。煤的揮發(fā)分應(yīng)在30%～35%，此時(shí)煤粉容易著火，燃燒快；過(guò)低不利于著火，過(guò)高帶來(lái)安全問(wèn)題。煤的水分和灰分應(yīng)盡量低，過(guò)高會(huì)造成不好著火和燃燒不穩(wěn)；選擇這樣的煤種可提高煤的著火速度，加快煤粉燃燒，縮短火焰長(zhǎng)度，降低受熱面的熱負(fù)荷。

（2）提高暖風(fēng)器換熱效果

加強(qiáng)對(duì)磨煤機(jī)暖風(fēng)器的檢修維護(hù)，在機(jī)組檢修時(shí)，必須對(duì)磨煤機(jī)暖風(fēng)器進(jìn)行徹底檢查，及時(shí)對(duì)換熱器及相關(guān)閥門進(jìn)行檢查清理，必要時(shí)對(duì)換熱面進(jìn)行沖洗，增加暖風(fēng)器換熱效果。鍋爐啟動(dòng)投運(yùn)暖風(fēng)器時(shí)，應(yīng)全開(kāi)暖風(fēng)器進(jìn)汽閥和疏水閥，適當(dāng)提高供汽壓力和溫度，從而提高磨煤機(jī)的進(jìn)風(fēng)溫度，有利于煤粉在爐膛的著火燃燒。

（3）降低鍋爐啟動(dòng)給水流量

為保護(hù)設(shè)備，原設(shè)計(jì)鍋爐最低啟動(dòng)給水流量為約30%（610t/h），通過(guò)調(diào)研分析，借鑒國(guó)內(nèi)同類型電廠經(jīng)驗(yàn)，將給水流量降低至450～500t/h。這樣，通過(guò)降低給水流量，在熱負(fù)荷不變的情況下，產(chǎn)汽量增加，鍋爐主再熱器氣流量增加，從而降低汽溫，更受利于汽溫控制，大幅縮短調(diào)整的時(shí)間。

（4）注意事項(xiàng)

①啟動(dòng)時(shí)，在降低給水流量前，應(yīng)先把給水流量保護(hù)值進(jìn)行修改，給水流量低低跳閘值改為400t/h，機(jī)組并網(wǎng)后再將低低跳閘值恢復(fù)至原539.5t/h，而給水流量則隨其他參數(shù)的變化而進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

②鍋爐升溫升壓期間，加強(qiáng)檢查膨脹指示是否正常。

③啟動(dòng)過(guò)程，應(yīng)嚴(yán)格按照升溫升壓曲線進(jìn)行。

④注意監(jiān)視水冷壁螺旋管和垂直管壁溫，壁溫應(yīng)該平衡上升，控制相鄰壁溫偏差不超標(biāo)準(zhǔn)，如出現(xiàn)異常，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，直至偏差減小。

本文對(duì)風(fēng)電接入電網(wǎng)后備用容量的確定方法進(jìn)行了總結(jié),分析了考慮可中斷負(fù)荷作為備用容量的優(yōu)勢(shì),歸納了備用容量費(fèi)用分?jǐn)偟姆椒ê驮瓌t,為風(fēng)電并網(wǎng)后輔助服務(wù)中的備用容量費(fèi)用分?jǐn)倖?wèn)題提供了一些思路。但是,在備用容量的研究中,仍然存在著很多問(wèn)題。

2.2 盡快投入回?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行

（1）投入除氧器加熱

在鍋爐點(diǎn)火前幾個(gè)小時(shí)投入除氧器輔汽加熱運(yùn)行，通過(guò)輔汽加熱，盡可能把除氧器水溫提高，然后再點(diǎn)火。這樣，可縮短鍋爐的啟動(dòng)時(shí)間，減少啟動(dòng)耗能。值得注意的是，應(yīng)嚴(yán)格控制除氧器的溫升速度，避免除氧器及管道振動(dòng)過(guò)大，特別是投輔汽初期。

（2）低加隨機(jī)滑啟

根據(jù)廠家要求，保證低加汽側(cè)正常疏水壓差，優(yōu)化前機(jī)組啟動(dòng)時(shí)低加汽側(cè)投入時(shí)機(jī)一般在100MW左右，或者更高負(fù)荷。通過(guò)調(diào)研分析和試驗(yàn)，將低加汽側(cè)投入時(shí)間提前至機(jī)組并網(wǎng)后，負(fù)荷約60MW時(shí)，投入低加運(yùn)行。此時(shí)，由于抽汽壓力較低，低加疏水無(wú)法正常逐級(jí)自流，應(yīng)將低加危急疏水打開(kāi)，疏水回流至凝汽器，待機(jī)組負(fù)荷上升，抽汽壓力上升，低加疏水可以逐級(jí)自流后，關(guān)閉危急疏水，疏水切到正常運(yùn)行方式。

（3）高加隨機(jī)滑壓

優(yōu)化前，高加汽側(cè)投入時(shí)間在150MW左右。這種啟動(dòng)方法經(jīng)濟(jì)性差；高加暖管時(shí)間長(zhǎng)，延長(zhǎng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間；高加投入時(shí)溫差大，損害高加壽命，此前多次出現(xiàn)高加管板泄漏。經(jīng)調(diào)研分析，國(guó)內(nèi)大部分機(jī)組高加均采用隨機(jī)滑啟方式，效果較好。

2.3 高加隨機(jī)滑壓的改造

（1）2號(hào)高加抽汽逆止門控制氣源改造

為了保護(hù)汽輪機(jī)，防止汽輪機(jī)進(jìn)水，原設(shè)計(jì)是高加的抽汽逆止門必需在汽輪機(jī)掛閘后才能打開(kāi)（掛閘后，汽輪機(jī)空氣引導(dǎo)閥打開(kāi)，抽汽逆止門得到控制汽源壓縮空氣），否則無(wú)法操作。對(duì)3個(gè)高加進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，1號(hào)和3號(hào)高加是通過(guò)汽機(jī)抽汽口提供加熱蒸汽，在汽輪機(jī)沒(méi)有進(jìn)汽前是沒(méi)有蒸汽的。而2號(hào)高加則是由高壓缸排汽提供加熱蒸汽，在啟動(dòng)初期，由于機(jī)組一、二級(jí)旁路的存在，只要一級(jí)旁路打開(kāi)有蒸汽流過(guò)，就可提供加熱蒸汽。因此，通過(guò)對(duì)抽汽逆止門控制氣源進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，給2號(hào)高加加裝一路抽汽逆止門控制氣源(如圖1所示)，即可實(shí)現(xiàn)在鍋爐點(diǎn)火后即投入2號(hào)高加汽側(cè)運(yùn)行，提高給水溫度。

如圖1所示，鍋爐點(diǎn)火且一、二級(jí)旁路開(kāi)啟后，關(guān)閉空氣引導(dǎo)閥至2號(hào)高加逆止門控制氣源隔離門（2抽逆止門控制氣源手動(dòng)閥），開(kāi)啟新增的2抽逆止門控制氣源手動(dòng)閥2，由熱工強(qiáng)制2號(hào)高加抽汽電動(dòng)門、逆止門的開(kāi)啟條件，然后開(kāi)啟抽汽電動(dòng)門、逆止門，打開(kāi)2號(hào)高加危急疏水，關(guān)閉2號(hào)高加正常疏水，這樣，就實(shí)現(xiàn)了2號(hào)高加提前投入。

（2）高加隨機(jī)滑壓改造

汽輪機(jī)掛閘后，打開(kāi)空氣引導(dǎo)閥至2號(hào)高加逆止門控制氣源隔離門（2抽逆止門控制氣源手動(dòng)閥），關(guān)閉新增的2抽逆止門控制氣源手動(dòng)閥2，將氣源切換至空氣引導(dǎo)閥供，恢復(fù)正常氣源，熱工恢復(fù)進(jìn)汽電動(dòng)門、逆止門開(kāi)啟條件。

汽輪機(jī)掛閘后，機(jī)內(nèi)有蒸汽通過(guò)，將1號(hào)、3號(hào)高加抽汽電動(dòng)閥、抽汽逆止門開(kāi)啟，開(kāi)啟危急疏水，關(guān)閉正常疏水，這樣，高加隨汽機(jī)沖轉(zhuǎn)逐漸暖管，待3號(hào)高加汽側(cè)壓力高于除氧器壓力0.2MPa后（負(fù)荷約240MW），將高加疏水切換至除氧器，并關(guān)閉各高加危疏閥，高加疏水轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行方式。

通過(guò)高加隨機(jī)滑啟，提高了給水溫度，有利于鍋爐強(qiáng)化燃燒，可提高機(jī)組的回?zé)嵝?，降低排汽損失，提高機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性；高加隨機(jī)啟動(dòng)后，由于各抽汽口蒸汽的流動(dòng)，加快了汽輪機(jī)缸體的加熱速度，從而有效的控制了汽輪機(jī)啟動(dòng)中的脹差變化，大大加快了機(jī)組的啟動(dòng)速度，降低了機(jī)組啟動(dòng)費(fèi)用；可使高加管板和鋼管的溫升均勻、正常，對(duì)防止高加鋼管泄漏有益。

（3）注意事項(xiàng)

在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)后馬上投入高加，可能會(huì)降低給水溫度，在實(shí)際投運(yùn)應(yīng)選擇合適的投運(yùn)時(shí)間。在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于高加進(jìn)汽壓力和溫度較低，給水溫度可能高于高加進(jìn)汽壓力對(duì)應(yīng)下的飽和溫度，所以高加汽側(cè)的蒸汽和積水被加熱，使給水溫度降低。因些，投運(yùn)高加時(shí)應(yīng)注意抽汽壓力和給水溫度。

圖1 2號(hào)高加抽汽逆止門控制氣源管路改造圖

汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于抽汽壓力較低，疏水只能走危疏，當(dāng)條件滿足切回正常疏水后，則會(huì)水位波動(dòng)較大，不便于控制高加水位，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行不利，應(yīng)注意控制。

2.4 循環(huán)水泵啟動(dòng)優(yōu)化

循環(huán)水系統(tǒng)為單元制，每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)50%循環(huán)水泵，單臺(tái)泵功率2400kW，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，保持2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行。因此，循環(huán)水泵電耗長(zhǎng)期居高不下，高達(dá)1.0%～1.5%，直接影響了機(jī)組的能耗。自投產(chǎn)以來(lái)，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，也采用這種運(yùn)行方式，在機(jī)組啟動(dòng)前，即啟動(dòng)2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，循環(huán)水系統(tǒng)投入正常運(yùn)行，此時(shí)大部分廠用輔機(jī)還沒(méi)有投入運(yùn)行，造成廠用電極大的浪費(fèi)。

為了有效降低啟動(dòng)用電，對(duì)循環(huán)水泵啟動(dòng)進(jìn)行了優(yōu)化：在機(jī)組啟動(dòng)前，視實(shí)際需要，先啟動(dòng)一臺(tái)循環(huán)水泵，滿足機(jī)組啟動(dòng)的需求，第二臺(tái)循環(huán)水泵，則視循環(huán)水溫度、凝汽器真空及機(jī)組負(fù)荷來(lái)啟動(dòng)。一般情況下，夏季時(shí)可以在350MW時(shí)啟動(dòng)，冬季時(shí)可以在600MW時(shí)啟動(dòng)。這樣優(yōu)化后，第二臺(tái)循環(huán)水泵至少可少運(yùn)行8h以上，節(jié)約大量的廠用電。

機(jī)組采用單循環(huán)水泵啟動(dòng)，在啟動(dòng)第一臺(tái)循環(huán)水泵后，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視每二臺(tái)循環(huán)水泵及其出口閥情況，防止因出口閥關(guān)不嚴(yán)引起水倒流，損壞水泵。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上措施，對(duì)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，加快了機(jī)組的啟動(dòng)速度，冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間由原來(lái)的10～13h縮短為7～10h；啟動(dòng)用電大幅下降，用電量由200萬(wàn)kWh左右減少為150萬(wàn)kWh；啟動(dòng)耗油由120t減少為40t。取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。