國內(nèi)首臺超臨界350?MW直接空冷機(jī)組運(yùn)行實踐

馬國林 黃寶成 楊生虎 丁玉 張慶 任國瑞

摘 要：目前，我國超（超）臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展很快，機(jī)組所占比重越來越大；因此，其運(yùn)行實踐經(jīng)驗非常寶貴。該文主要介紹了國內(nèi)首臺首套超臨界350 MW直接空冷機(jī)組投入實際生產(chǎn)后的一些運(yùn)行實踐經(jīng)驗，重點從機(jī)組的設(shè)備本體設(shè)計特點、機(jī)組性能、生產(chǎn)運(yùn)行管理、運(yùn)行方式優(yōu)化及設(shè)備優(yōu)化改造等方面展開了論述。并且，通過各種管理、運(yùn)行及改造等有效手段，機(jī)組整體運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到優(yōu)良的狀態(tài)。該文可供同行參考，有助于同類型其他機(jī)組的安全高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：國內(nèi) 首臺首套 超臨界 350 MW 直接空冷 運(yùn)行實踐

中圖分類號：TK2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0122-02

目前，燃煤火力發(fā)電在整個電網(wǎng)中占主力，并且，格局在降維持很長一段時期不變。因此，提高效率和降低排放的發(fā)電技術(shù)是本領(lǐng)域的重點關(guān)注對象。其中，超（超）臨界技術(shù)是目前提高火電廠發(fā)電效率有幾種較易實現(xiàn)的技術(shù)之一[1-2]。因此，我國超（超）臨界機(jī)組所占比重越來越大，其運(yùn)行實踐經(jīng)驗也顯得異常寶貴[3-4]。

臨河發(fā)電公司一期項目是由2臺全國首套350 MW等級超臨界直接空冷機(jī)組組成，并于2011年7月投產(chǎn)。機(jī)組的建設(shè)及運(yùn)營等緊緊圍繞“安全、高效、節(jié)能、環(huán)保”的總體目標(biāo)，始終堅持“專業(yè)化管理、標(biāo)準(zhǔn)化施工、精細(xì)化調(diào)試、規(guī)范化生產(chǎn)”的原則，認(rèn)真做好設(shè)計、制造、施工、調(diào)試、性能試驗和生產(chǎn)運(yùn)營等方面系統(tǒng)工程的管理。2011年9月完成兩臺機(jī)組的性能考核試驗，各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)，符合國家建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”新型企業(yè)的政策，為350 MW等級超臨界直接空冷機(jī)組的建設(shè)提供了示范，積累了大量的實際運(yùn)行寶貴經(jīng)驗。

1 工程概況及系統(tǒng)簡介

臨河發(fā)電機(jī)組作為寧夏能源鋁業(yè)寧東分公司電解系列的自備電源，規(guī)劃總裝機(jī)為6×350 MW的燃煤超臨界空冷發(fā)電機(jī)組；并且，#3機(jī)組于2013年7月29日開工建設(shè)。工程采用了EPC管理模式。在工程建設(shè)過程中，中電投電力工程公司負(fù)責(zé)工程建設(shè)的管理工作，全面實施了專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和程序化管理，提高了工程建設(shè)管理水平，為機(jī)組竣工、投入生產(chǎn)運(yùn)營提供了保證。

1.1 鍋爐

鍋爐為東方鍋爐公司的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用前后墻對沖燃燒方式、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。爐膛下部采用內(nèi)螺紋管螺旋管圈水冷壁，采用水冷壁中間混合集箱過度后垂直上升，水冷壁入口管段設(shè)計節(jié)流孔圈。采用前后墻對沖燃燒方式，燃燒器采用經(jīng)濟(jì)、高效的低NOXHT—NR3型旋流燃燒器。燃用設(shè)計煤種時，鍋爐不投油最低穩(wěn)定燃燒負(fù)荷為30%BMCR，低負(fù)荷時可采用布置于C層的微油槍或其他燃燒器層的常規(guī)油槍穩(wěn)定煤粉燃燒。啟動系統(tǒng)采用內(nèi)置式啟動分離器，過熱器采用五級過熱方式，通過煤水比調(diào)節(jié)和兩級噴水減溫來控制主汽溫。再熱器汽溫采用尾部分隔煙道擋板調(diào)節(jié)，低溫再熱器與高溫再熱器連接管道上設(shè)置事故噴水。制粉系統(tǒng)采用冷一次風(fēng)正壓直吹工藝，每臺鍋爐的中速磨煤機(jī)采用四運(yùn)行一備的配備。爐底排渣系統(tǒng)采用機(jī)械風(fēng)冷干式排渣方式。每臺鍋爐配備一臺雙室五電場靜電除塵器。鍋爐設(shè)有膨脹中心及零位保證系統(tǒng)，爐頂采用大罩殼熱密封，爐頂管采用全金屬密封，爐墻為輕型結(jié)構(gòu)帶梯型金屬外護(hù)板，屋頂為輕型金屬屋蓋，鍋爐采用彩鋼板封閉。脫硫系統(tǒng)采用煙濕法脫硫工藝。

1.2 汽輪機(jī)

汽輪機(jī)由東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司制造，采用24.2 MPa/566 ℃/566 ℃超臨界參數(shù)、一次中間再熱、高中壓合缸、單軸、兩缸兩排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。高中壓缸采用雙層缸結(jié)構(gòu)，低壓缸為對稱分流式，也采用雙層缸結(jié)構(gòu)。通流部分采用三維設(shè)計優(yōu)化，包括1個單列調(diào)節(jié)級和9個高壓壓力級，7級正向布置的中壓壓力級，2×4雙分流的低壓壓力級。高壓缸效率85.02%，中壓缸效率92.29%，低壓缸效率90.11%。THA工況下保證熱耗值7845 kJ/kWh。低壓末級葉片采用高頻淬火措施，來抗應(yīng)力腐蝕及抗水蝕，汽輪機(jī)設(shè)有足夠的除濕用的疏水口。高中壓轉(zhuǎn)子采用蒸汽冷卻技術(shù)，高溫再熱蒸汽不直接接觸轉(zhuǎn)子，降低轉(zhuǎn)子工作溫度。

凝汽器采用哈空調(diào)公司生產(chǎn)的直接空冷凝汽器，使用特性模塊化冷卻段設(shè)計將順流和逆流凝汽器按實際選定的比例分配到每一臺風(fēng)機(jī)組成一特性模塊化冷卻段，優(yōu)化了空冷布局。熱力循環(huán)采用七級回?zé)岢槠到y(tǒng)，設(shè)有三臺高壓加熱器、一臺除氧器和三臺低壓熱器。旁路采用30%高、低壓兩級串聯(lián)旁路，滿足啟動及空冷系統(tǒng)防凍要求。

1.3 電氣系統(tǒng)

本期采用2回330 kV出線，發(fā)電機(jī)出不設(shè)出口斷路器，采用發(fā)電機(jī)-變壓器組布置形式，啟動電源由330 kV系統(tǒng)經(jīng)#01啟備變倒送至廠用電系統(tǒng)，3/2斷路器接線方式。

1.4 運(yùn)行控制方式

鍋爐在30%BMCR以下以帶循環(huán)泵的再循環(huán)方式運(yùn)行，在30%～100%BMCR范圍內(nèi)以純直流方式運(yùn)行。機(jī)組通過DCS對機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控，完成對機(jī)組的啟動、停機(jī)、正常運(yùn)行和事故處理，確保機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

2 機(jī)組本體設(shè)計和輔機(jī)設(shè)備選型

在國內(nèi)來講，機(jī)組為首次采用了350 MW超臨界直接空冷燃煤發(fā)電技術(shù)。鍋爐燃燒效率大于93.64%，汽輪機(jī)的熱耗率保證值7845 kJ/kWh，供電煤耗設(shè)計值321.66 g/kWh。工程主設(shè)備全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，主要輔機(jī)全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，并得到了成功應(yīng)用。汽輪機(jī)應(yīng)采用成熟的、通過運(yùn)行考驗的超臨界濕冷350 MW汽輪機(jī)的高中壓缸模塊做為原型機(jī)。低壓缸和末級葉片應(yīng)以300 MW等級的空冷機(jī)組低壓缸模塊做為原型機(jī)，適應(yīng)空冷機(jī)組高背壓、背壓變化幅度大、變化頻繁的運(yùn)行特點，滿足機(jī)組安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。機(jī)組整體配備了技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)高效的主機(jī)，軸系縮短、振動指標(biāo)優(yōu)良，具有高效、高可靠性。

尾部采用全煙氣脫硝技術(shù)，配套設(shè)計了SCR煙氣脫硝工藝。脫硝工程分兩期進(jìn)行，SCR做了工程設(shè)計、預(yù)留場地空間，在適當(dāng)?shù)臅r候進(jìn)行實施，以長期滿足國家環(huán)?？刂浦笜?biāo)要求。

除渣系統(tǒng)采用機(jī)械干式除渣技術(shù)。負(fù)壓式空氣冷卻鋼帶冷渣器結(jié)構(gòu)簡單，減少了占地面積；出渣系統(tǒng)運(yùn)行時干式排渣不需要冷卻水，無廢水排放、場地整潔、節(jié)約水源、減少空氣污染，保護(hù)了環(huán)境。尤其對于缺水地區(qū)，更能顯示其優(yōu)勢。

推廣應(yīng)用先進(jìn)的廠用電監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)，通過對低壓廠變和電動機(jī)實現(xiàn)電能實時監(jiān)測，有利于發(fā)電過程的用電管理、電能指標(biāo)考核管理，達(dá)到了監(jiān)督設(shè)備的節(jié)能效果。

3 性能試驗及結(jié)果

3.1機(jī)組性能試驗

為保證機(jī)組性能試驗順利完成，按照ASMEPTC6-2004規(guī)定的方法，在機(jī)組設(shè)計階段提出了試驗測點布置要求，機(jī)組施工階段在現(xiàn)場檢查、落實測點的安裝。試驗前邀請東方鍋爐技術(shù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗，確保鍋爐在最佳工況下進(jìn)行性能試驗；對機(jī)組的設(shè)備條件和系統(tǒng)條件進(jìn)行了檢查和隔離，進(jìn)行了機(jī)組不明泄漏量和高中壓缸軸封漏汽量的預(yù)備性試驗，保證主輔設(shè)備齊全、運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，滿足試驗大綱要求。試驗按照國家和ASMEPTC6-2004試驗標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、導(dǎo)則和機(jī)組技術(shù)協(xié)議進(jìn)行修正計算，保證結(jié)果的準(zhǔn)確有效性。2011年9月，完成機(jī)組性能考核試驗（如表1所示），各項指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計值，實現(xiàn)了高效、節(jié)能、環(huán)保的目標(biāo)。

3.2 機(jī)組性能指標(biāo)

機(jī)組帶基本負(fù)荷運(yùn)行并參與調(diào)峰，RB、甩負(fù)荷功能滿足安全、可靠性要求。鍋爐在30%負(fù)荷以下以濕態(tài)方式運(yùn)行，在30%～100%負(fù)荷范圍內(nèi)以純直流方式運(yùn)行。鍋爐滑壓運(yùn)行時，在30%～100%負(fù)荷范圍內(nèi)過熱蒸汽溫度能維持其額定汽溫；在50%～100%負(fù)荷范圍內(nèi)再熱蒸汽能維持額定汽溫，汽溫偏差小于±5 ℃。機(jī)組采用“定—滑—定”運(yùn)行方式，在高壓加熱器全部停運(yùn)時，蒸汽參數(shù)保持在額定值，鍋爐蒸發(fā)量滿足汽輪機(jī)帶額定功率要求，鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器管壁不超溫。機(jī)組投入生產(chǎn)運(yùn)行后，AGC功能滿足電網(wǎng)負(fù)荷變化率要求，汽輪發(fā)電機(jī)組軸振48 um，機(jī)組可用率達(dá)到90%以上。機(jī)組能夠快速經(jīng)濟(jì)啟動，具有良好的啟動特性、動態(tài)特性和負(fù)荷變化適應(yīng)性，在較大負(fù)荷變化范圍內(nèi)具有較高的運(yùn)行效率。

4 機(jī)組生產(chǎn)和運(yùn)行管理

4.1 加強(qiáng)生產(chǎn)準(zhǔn)備管理

組織生產(chǎn)管理人員和專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行了收資，學(xué)習(xí)集團(tuán)公司和寧夏能源鋁業(yè)生產(chǎn)管理制度、規(guī)定，借鑒同類廠經(jīng)驗，編印了符合本公司實際的生產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)定；組織運(yùn)行人員進(jìn)行了理論培訓(xùn)、仿真培訓(xùn)和現(xiàn)場實習(xí)；組織編寫了符合臨河工程技術(shù)特點和系統(tǒng)特點的運(yùn)行操作規(guī)程、系統(tǒng)圖和異常處理預(yù)案。

4.2 加強(qiáng)生產(chǎn)運(yùn)營管理

根據(jù)煤炭市場行情，一方面積極做好煤炭采購工作，增加煤源、拓寬市場、降低熱值差，最大限度保證燃煤質(zhì)量、控制燃煤價格；另一方面加強(qiáng)入爐煤管理，分類堆放、分區(qū)管理、分質(zhì)摻配、分倉加煤，維持了鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。

4.3 加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督管理

在機(jī)組啟停和正常運(yùn)行過程中，加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督管理，嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行操作規(guī)程，明確階段性汽水品質(zhì)、壁溫升降和負(fù)荷變化控制范圍；組織專業(yè)技術(shù)人員對啟停參數(shù)、主要工況參數(shù)的控制范圍與設(shè)計參數(shù)進(jìn)行比較和探索機(jī)組。在檢修期間積極開展防磨防爆檢查，對存在缺陷受熱面及時進(jìn)行修復(fù)處理，投產(chǎn)四年未發(fā)生鍋爐四管泄漏。

4.4 加強(qiáng)運(yùn)行管理，降低能耗指標(biāo)

確定磨煤機(jī)組合和配風(fēng)的最優(yōu)方式，保證主汽溫和再熱汽溫在額定值范圍。每值進(jìn)行小指標(biāo)競賽，及時調(diào)整主輔機(jī)運(yùn)行方式，加強(qiáng)燃燒調(diào)整，控制重要參數(shù)在對應(yīng)值范圍內(nèi)。合理調(diào)整機(jī)組運(yùn)行方式，機(jī)組負(fù)荷250 MW以下時采用單臺電泵運(yùn)行方式，降低廠用電率；鍋爐總煤量低于120 t/h采用三臺磨煤機(jī)運(yùn)行方式，優(yōu)化鍋爐燃燒，降低廠用電率；根據(jù)負(fù)荷和季節(jié)特點，合理控制機(jī)組背壓，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。此外，每日進(jìn)行大指標(biāo)統(tǒng)計分析，加強(qiáng)煤耗和廠用電糾偏管理，做好指標(biāo)分析和考核工作。

5 開展技術(shù)攻關(guān)，優(yōu)化性能指標(biāo)

5.1 運(yùn)行方式優(yōu)化

機(jī)組投入生產(chǎn)運(yùn)營后，制定了技術(shù)攻關(guān)方案，對機(jī)組進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，與哈工大先進(jìn)動力研究所做開展了汽輪機(jī)控制優(yōu)化，提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[5]，設(shè)計了兼顧機(jī)組瓦溫等軸系自身穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化進(jìn)汽方案；針對超臨界直接控冷機(jī)組背壓變化幅度大的特點進(jìn)行了滑壓曲線優(yōu)化，優(yōu)化后機(jī)組熱耗降低82.73 KJ/kWh。此外，還根據(jù)磨煤機(jī)運(yùn)行情況結(jié)合同類型磨煤機(jī)運(yùn)行經(jīng)驗，對一次風(fēng)壓進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗對凝結(jié)水運(yùn)行壓力進(jìn)行調(diào)整，由2.0 MPa降至1.5 MPa，降低廠用電率0.02 %。

5.2 設(shè)備優(yōu)化改造

在#1機(jī)組B級檢修期間對汽封間隙進(jìn)行調(diào)整及閥門內(nèi)漏，降低供電煤耗4 g/KWh。

通過電泵密封水水封改造、吹灰疏水改造、采樣水回水改造等項目，綜合水耗由設(shè)計值0.396 kg/kWh下降至0.24 kg/kWh。

機(jī)組投產(chǎn)后進(jìn)行性能試驗時發(fā)現(xiàn)三段抽汽溫度較設(shè)計值低68 ℃，分析認(rèn)為低壓缸排汽經(jīng)內(nèi)外缸夾層漏至三抽，額定工況下漏量約15 t/h，經(jīng)檢修時檢查發(fā)現(xiàn)高壓外缸腰帶處汽封漏汽且腰帶上有通汽孔漏汽，與分析吻合，與東汽廠家技術(shù)人員溝通后對通汽孔進(jìn)行封堵，更換腰帶汽封并加裝一道盤根，修后三抽溫度達(dá)到設(shè)計值，降低熱耗24 kJ/kWh。

6 結(jié)語

臨河發(fā)電有限公司的全國首臺首套350 MW超臨界直接空冷機(jī)組的成功應(yīng)用，為同類機(jī)組的建設(shè)和運(yùn)行提供了良好的借鑒經(jīng)驗：在加強(qiáng)各方面的運(yùn)行管理、積極應(yīng)用節(jié)能改造技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，在實現(xiàn)機(jī)組高效、穩(wěn)定運(yùn)行的同時降低了機(jī)組綜合水耗。

參考文獻(xiàn)

[1] 于達(dá)仁，徐志強(qiáng).超臨界機(jī)組控制技術(shù)及發(fā)展[J].熱能動力工程，2001，16（2）：115-121.

[2] 傅萬堂，張百忠，王寶忠.超臨界與超超臨界轉(zhuǎn)子材料發(fā)展情況綜述[J].大型鑄鍛件，2008（5）：33-36.

[3] 劉賢東，劉建東，喬增熙，等.超臨界機(jī)組順序閥優(yōu)化改造研究[J].節(jié)能技術(shù)，2011，29（2）：153-158.

[4] 谷軍生，郭謙，李智華，等.超臨界空冷機(jī)組高調(diào)門閥體激振故障的分析及解決[J].科技資訊，2014，12（6）：128-129.

[5] 黃寶成，任江濤，黨峰，等.超臨界350 MW空冷機(jī)組閥門管理綜合優(yōu)化策略研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014（2）：178-180.