國(guó)產(chǎn)首臺(tái)660 MW二次再熱機(jī)組三級(jí)旁路系統(tǒng)的設(shè)置與運(yùn)行

王乾遠(yuǎn)，普建國(guó)，劉世雄

(西安熱工研究院有限公司，陜西西安，710051)

國(guó)產(chǎn)首臺(tái)660 MW二次再熱機(jī)組三級(jí)旁路系統(tǒng)的設(shè)置與運(yùn)行

王乾遠(yuǎn)，普建國(guó)，劉世雄

(西安熱工研究院有限公司，陜西西安，710051)

文章介紹了江西省華能安源發(fā)電有限公司新建660 MW超超臨界二次再熱機(jī)組的情況，并簡(jiǎn)述三級(jí)旁路的作用，在鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)、汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中的旁路控制。在鍋爐MFT后通過對(duì)旁路的控制，合理地利用鍋爐儲(chǔ)熱，提供足夠的輔助蒸汽汽源，確保給水泵小汽機(jī)和引風(fēng)機(jī)小汽機(jī)維持運(yùn)行，為機(jī)組快速啟動(dòng)創(chuàng)造條件。

汽輪機(jī)，二次再熱，聯(lián)合啟動(dòng)

1 前言

以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)決定了火力發(fā)電在現(xiàn)階段的主力作用。繼超超臨界技術(shù)成熟之后，新一代高效二次再熱技術(shù)的應(yīng)用受到業(yè)界的普遍關(guān)注。二次再熱技術(shù)是 《國(guó)家能源技術(shù) “十二五”規(guī)劃》的重點(diǎn)攻關(guān)技術(shù)，也是國(guó)家 《2014～2020年煤電節(jié)能減排升級(jí)及改造行動(dòng)計(jì)劃》推進(jìn)示范技術(shù)，二次再熱代表了當(dāng)前世界領(lǐng)先發(fā)電技術(shù)，具有高效率、低能耗、低排放等優(yōu)勢(shì)，是目前提高火電機(jī)組熱效率的有效途徑。隨著2015年6月27日我國(guó)首臺(tái)二次再熱機(jī)組——華能安源電廠新建工程1號(hào)機(jī)組順利通過168 h連續(xù)滿負(fù)荷試運(yùn)，不僅標(biāo)志著我國(guó)電力設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試水平又上了一個(gè)新臺(tái)階，同時(shí)為二次再熱發(fā)電技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用作出了示范，對(duì)促進(jìn)我國(guó)能源生產(chǎn)革命、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家具有重要意義。

采用二次再熱機(jī)組的系統(tǒng)，蒸汽在超高壓缸、高壓缸做功后分別返回鍋爐的高壓一級(jí)再熱器和低壓一級(jí)再熱器中再次加熱，相比于一次再熱系統(tǒng)，二次再熱系統(tǒng)鍋爐多了一級(jí)再熱器，增加了能量分配和調(diào)溫的技術(shù)難度，汽機(jī)也增加了一個(gè)超高壓缸，多了一套主汽與調(diào)節(jié)汽門的協(xié)調(diào)控制，增加了一級(jí)旁路。目前全世界的火電機(jī)組仍以一次再熱為主，過往的二次再熱機(jī)組因造價(jià)與收益問題，經(jīng)濟(jì)性不高，未能廣泛采用。隨著二次再熱技術(shù)的成熟，在降低造價(jià)的同時(shí)能源利用效率提高，將越來越受到發(fā)電企業(yè)的關(guān)注。

2 機(jī)組介紹

華能安源電廠 “上大壓小”新建工程2×660 MW超超臨界機(jī)組1號(hào)機(jī)汽輪機(jī)為東汽自主研發(fā)的660 MW型超超臨界、二次中間再熱、沖動(dòng)式、四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組具有十級(jí)回?zé)岢槠?。與HG1938-32.45/605/623/623型超超臨界直流鍋爐及QFSN-660-2-22型水氫氫冷卻發(fā)電機(jī)組配套。

從鍋爐過熱器出來的主蒸汽經(jīng)過主蒸汽管道進(jìn)入超高壓主汽調(diào)節(jié)閥，然后再由超高壓主汽管導(dǎo)入超高壓缸。在超高壓缸內(nèi)做功后的蒸汽通過一次再熱冷段管道進(jìn)入鍋爐再熱器。一次再熱后的蒸汽溫度升高到620℃，壓力10.143 MPa，再經(jīng)過一次再熱熱段管道進(jìn)入高壓主汽調(diào)節(jié)閥，而后由高壓主汽管導(dǎo)入高壓缸。在高壓缸內(nèi)做功后的蒸汽通過二次再熱冷段管道進(jìn)入鍋爐再熱器。二次再熱后的蒸汽溫度升高到620℃，壓力3.196 MPa，再經(jīng)過二次再熱熱段管道進(jìn)入中壓主汽調(diào)節(jié)閥，由中壓主汽管導(dǎo)入中壓缸。

該機(jī)組采用三級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)三缸聯(lián)合啟動(dòng)，系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，旁路系統(tǒng)和調(diào)節(jié)閥協(xié)調(diào)可與汽輪機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，分別對(duì)過熱器和一級(jí)、二級(jí)再熱器出口蒸汽實(shí)現(xiàn)壓力控制和流量分配，能適應(yīng)各種啟動(dòng)工況下沖轉(zhuǎn)蒸汽與金屬溫度的匹配，以及保護(hù)再熱器不干燒。

圖1 三級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)圖

3 旁路系統(tǒng)應(yīng)用

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)主要是協(xié)調(diào)機(jī)組啟動(dòng)期間鍋爐產(chǎn)汽量和汽機(jī)進(jìn)汽量之間的不平衡。對(duì)過熱器和再熱器系統(tǒng)預(yù)熱，加快啟動(dòng)速度。

采用40%容量的高、中、低三級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超高壓、高壓、中壓三缸聯(lián)合啟動(dòng)高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥參與機(jī)組調(diào)節(jié)，改善機(jī)組啟動(dòng)特性及沖轉(zhuǎn)過程中蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定。三缸聯(lián)合啟動(dòng)時(shí)，為避免超高壓缸、高壓缸排汽溫度超限和高背壓、小流量引起葉片鼓風(fēng)發(fā)熱，中壓、低壓旁路整定壓力分別為2.5 MPa和0.8 MPa。超高壓缸、高壓缸、中壓缸排氣溫度限制值分別為520℃、520℃和400℃。

主蒸汽管和超高排蒸汽之間，直接由一根聯(lián)接管聯(lián)接起來，而高壓旁路控制閥位于聯(lián)接管道上。高壓旁路閥用來旁通到超高壓缸的過熱蒸汽，同時(shí)該閥將主蒸汽壓力減壓至超高壓再熱冷段壓力水平。一次再熱熱段和高壓缸排汽之間，直接由一根聯(lián)接管聯(lián)接起來，而中壓旁路控制閥位于聯(lián)接管道上。中壓旁路閥用來旁通到高壓缸的過熱蒸汽，同時(shí)該閥將一次再熱熱段蒸汽壓力減壓至高壓排汽壓力水平。在二次再熱熱段管道和凝汽器之間配備有連接管道，通過它將二次再熱熱段蒸汽排入凝汽器。低壓旁路控制閥位于該連接管道上，用來旁通進(jìn)入中壓和低壓汽輪機(jī)的二次再熱蒸汽，并降低二次再熱熱段蒸汽管的壓力。

根據(jù)機(jī)組的初始狀態(tài)，自動(dòng)控制三級(jí)旁路，令鍋爐過熱器和再熱器出口蒸汽的壓力和溫度滿足汽輪機(jī)起動(dòng)條件。鍋爐點(diǎn)火后，旁路控制進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，高、中、低旁投入自動(dòng)后閥門開度最小為10%。當(dāng)主汽壓力小于1 MPa，為最小壓力控制，此時(shí)主汽壓力設(shè)定值為1 MPa，隨著鍋爐升壓，閥門開度逐漸增大，維持壓力在1 MPa；當(dāng)閥門開到40%后，進(jìn)入升壓模式，此時(shí)壓力設(shè)定值將隨著鍋爐升壓速度而逐漸升高，維持調(diào)閥開度在40%左右；當(dāng)達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力9.7 MPa后，進(jìn)入定壓模式，此時(shí)，調(diào)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)維持壓力設(shè)定值在沖轉(zhuǎn)壓力或操作員設(shè)定壓力值。

在機(jī)組沖轉(zhuǎn)和并網(wǎng)帶初負(fù)荷階段，均由高旁減壓閥控制主汽壓力，以保證汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力的穩(wěn)定，隨著機(jī)組負(fù)荷的提高汽輪機(jī)進(jìn)汽流量的增大，高旁閥逐漸關(guān)小直至全關(guān)，進(jìn)入跟隨模式此時(shí)壓力設(shè)定值為實(shí)際壓力值加上0.5 MPa，以確保閥門全關(guān)。以華能安源電廠1號(hào)機(jī)2015年5月29日沖轉(zhuǎn)為例，機(jī)組在冷態(tài)工況下，以三壓缸聯(lián)合啟動(dòng)，投入旁路系統(tǒng)，在沖轉(zhuǎn)過程中各轉(zhuǎn)速下的旁路閥控制如表1所示。

表1 三級(jí)旁路控制參數(shù)表

在沖轉(zhuǎn)過程中，通過旁路閥調(diào)節(jié)始終保持閥前和閥后的壓力穩(wěn)定，令蒸汽溫度使之與汽機(jī)汽缸金屬溫度較快地相匹配，從而縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間和減少蒸汽向空排放。且使蒸汽中的固體小顆粒通過旁路進(jìn)入再熱器和凝汽器，從而防止汽輪機(jī)調(diào)速汽門、進(jìn)汽口及葉片的硬粒侵蝕，減少汽機(jī)循環(huán)壽命損耗，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的最佳啟動(dòng)。

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，高中低壓旁路閥全部關(guān)閉，但是高壓旁路裝置具有超壓安全保護(hù)的功能。鍋爐超壓時(shí)高壓旁路開啟，當(dāng)主汽壓力超過34.1 MPa,高旁閥將自動(dòng)開啟，以控制主汽壓力不越線。減少PCV閥和安全閥起跳，并按照機(jī)組主蒸汽壓力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，直到恢復(fù)正常值。從而使系統(tǒng)回收工質(zhì)，減少噪音。該旁路雖然不具備事故旁路的條件，但在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，旁路閥最小開度自動(dòng)設(shè)為10%，保持旁路閥開啟狀態(tài)，保護(hù)再熱器，也避免了對(duì)凝汽器的沖擊，維持汽機(jī)轉(zhuǎn)速或停機(jī)不停爐工況。

4 旁路型式的選擇

相信很多機(jī)組均受到過旁路系統(tǒng)泄漏、超壓、卡澀、調(diào)節(jié)不穩(wěn)定不線性、執(zhí)行機(jī)構(gòu)容易故障、減溫水不易控制等問題的困擾。尤其二次再熱機(jī)組較常規(guī)一次再熱機(jī)組多了一級(jí)旁路系統(tǒng)，系統(tǒng)參數(shù)更高，控制更為復(fù)雜，為了更好地解決以上問題，本機(jī)組選擇行業(yè)公認(rèn)的液壓控制旁路系統(tǒng)，高旁閥、高旁減溫截止閥、高旁減溫水調(diào)節(jié)閥；中旁閥、中旁減溫截止閥、中旁減溫水調(diào)節(jié)閥；低旁閥、低旁減溫截止閥、低旁減溫水調(diào)節(jié)閥均采用液壓控制。高中壓旁路設(shè)置一套液壓油站，低壓旁路單獨(dú)設(shè)置一套液壓油站。經(jīng)過機(jī)組從啟動(dòng)到168 h滿負(fù)荷試運(yùn)行無數(shù)次的考驗(yàn)，本套液壓旁路系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定。

其缺點(diǎn)就是價(jià)格較貴，增加了兩組液壓油站的日常運(yùn)行維護(hù)。

5 保汽應(yīng)用

在調(diào)試過程中，根據(jù)本機(jī)組的三級(jí)旁路，創(chuàng)造性的利用旁路的控制可以實(shí)現(xiàn)在鍋爐MFT后合理的利用鍋爐儲(chǔ)熱，提供足夠的輔助蒸汽汽源，已確保給水泵小汽機(jī)和引風(fēng)機(jī)小汽機(jī)維持運(yùn)行，為機(jī)組快速啟動(dòng)創(chuàng)造條件。

采用此方式，在鍋爐MFT后無需啟動(dòng)電動(dòng)給水泵和鍋爐，節(jié)約能源的同時(shí)也為機(jī)組快速啟動(dòng)創(chuàng)造條件。在調(diào)試過程中，鍋爐MFT后，最長(zhǎng)維持給水泵汽輪機(jī)和引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)90 min，效果明顯。但是，采用該方式會(huì)使主蒸汽溫度迅速下降，甚至可能使鍋爐的溫降速率大于1.5℃/min，因此在鍋爐MFT后視情況迅速恢復(fù)啟動(dòng)，當(dāng)無法迅速恢復(fù)啟動(dòng)時(shí)，盡可能地降低給水泵汽輪機(jī)和引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持在最低負(fù)荷，或者及時(shí)停掉給水泵汽輪機(jī)和引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)以保護(hù)鍋爐不會(huì)因溫度損失太快而產(chǎn)生危害。

6 結(jié)論

東方660 MW二次再熱機(jī)組配置40%三級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，在滿足機(jī)組冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)等各工況下的啟動(dòng)流量要求下，具有改善機(jī)組的氣動(dòng)性能、縮短啟動(dòng)時(shí)間、保護(hù)過熱器和再熱器功能。且在此基礎(chǔ)上，根據(jù)三級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)的特性，通過對(duì)旁路的控制可以實(shí)現(xiàn)在鍋爐MFT后合理地利用鍋爐儲(chǔ)熱，提供足夠的輔助蒸汽汽源，已確保給水泵小汽機(jī)和引風(fēng)機(jī)小汽機(jī)維持運(yùn)行，為機(jī)組快速啟動(dòng)創(chuàng)造條件。

[1]鄭鳳才,許懷志,柴家香.600 MW汽輪機(jī)中壓缸起動(dòng)中二級(jí)旁路系統(tǒng)控制分析[J].熱力發(fā)電,2007,36(2):63-65.

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[3]羅海華,黃文,吳金星,等.國(guó)內(nèi)超超臨界百萬千瓦等級(jí)機(jī)組汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)選型[J].熱力發(fā)電,2009,38(9):11-16.

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Installation and Operation of Domestic First 660 MW Double Reheat Cycle Units Three-stage Bypass System

Wang Qianyuan，Pu Jianguo，Liu Shixiong

（Xi'an Thermal Power Research Institute Co.,Ltd.,Xi'an Shaanxi,710051）

The paper introduces the 660 MW ultra-supercritical double reheat cycle units built by Huaneng Anyuan power plant Co.,Ltd.in Jiangxi Province,describes the function of three-stage by-pass system,the bypass control in units from boiler ignition to rush process.By controlling the bypass after the boiler MFT to use the boiler thermal storage,provide sufficient auxiliary steam,so that the feedwater pump turbine and draft fan turbine can keep running.

steam turbine,double reheat cycle,combined setup

TK267

B

1674-9987（2017）01-032-04

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2017.01.007

王乾遠(yuǎn) （1989-），男，工程師，碩士，2013年畢業(yè)于西安交通大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，主要從事汽輪機(jī)調(diào)試，燃機(jī)點(diǎn)檢工作。