超超臨界1 000 MW機(jī)組鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換技術(shù)研究

李錦斌

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽(yáng) 515223)

1 立項(xiàng)背景

廣東粵電靖海發(fā)電有限公司1 000 MW機(jī)組鍋爐型號(hào)為DG3033/26.15-Ⅱ1型。啟動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)配置由1臺(tái)再循環(huán)泵(BCP)，2個(gè)汽水分離器、1個(gè)汽水分離器儲(chǔ)水罐、1個(gè)再循環(huán)泵流量調(diào)節(jié)閥(360閥)、3個(gè)儲(chǔ)水罐水位控制閥(361閥)、冷凝疏水系統(tǒng)等組成內(nèi)置式啟動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)。直流鍋爐在啟、停爐操作過(guò)程中，有一個(gè)干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換的階段，必須一次性平穩(wěn)無(wú)擾動(dòng)成功切換，不然會(huì)導(dǎo)致兩種狀態(tài)又互轉(zhuǎn)的工況，不僅耗時(shí)耗力、拖延時(shí)間，危險(xiǎn)時(shí)造成蒸汽帶水，危及汽機(jī)安全運(yùn)行。所以只有把握好了干、濕態(tài)順利轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵點(diǎn)，才能成功啟、停機(jī)。

2 技術(shù)方案

針對(duì)機(jī)組實(shí)際啟動(dòng)過(guò)程中的濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)及停機(jī)過(guò)程中的干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)2個(gè)關(guān)鍵階段，分別選取2個(gè)過(guò)程的某1次實(shí)際參數(shù)變化，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)及操作過(guò)程的分析，總結(jié)出超超臨界直流鍋爐干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換的控制關(guān)鍵點(diǎn)。

2.1 鍋爐干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)控制過(guò)程及安全分析

2016年10月29日，#4機(jī)停機(jī)干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)控制節(jié)點(diǎn)性參數(shù)見(jiàn)表1。機(jī)組正常停機(jī)過(guò)程一般都以控制煤倉(cāng)煤位為主，鍋爐干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)以燒空第4臺(tái)磨煤機(jī)后保留2臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行進(jìn)行轉(zhuǎn)換。機(jī)組負(fù)荷400 MW，在第4臺(tái)磨煤機(jī)燒空前停運(yùn)1臺(tái)汽泵和廠用電切換后可以用機(jī)爐協(xié)調(diào)自動(dòng)控制(CCS)減負(fù)荷至350 MW穩(wěn)定一定時(shí)間，退出鍋爐主控自動(dòng)切至手動(dòng)控制方式(TF)，手動(dòng)控制給煤量和給水量緩慢減負(fù)荷至320 MW左右穩(wěn)定一定時(shí)間。這樣可以防止在第4臺(tái)磨煤機(jī)燒空時(shí)制粉系統(tǒng)的擾動(dòng)使機(jī)組負(fù)荷大幅波動(dòng)而在未準(zhǔn)備的情況下直接轉(zhuǎn)至濕態(tài)，造成不可控的狀態(tài)，或者干濕態(tài)間來(lái)回轉(zhuǎn)換，同時(shí)減少一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的同時(shí)多個(gè)操作任務(wù)。

表1 2016年10月29日 #4機(jī)停機(jī)干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)控制節(jié)點(diǎn)性參數(shù)

表2 #4機(jī)啟動(dòng)濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)控制節(jié)點(diǎn)性參數(shù)

320 MW負(fù)荷穩(wěn)定后控制第4臺(tái)磨煤機(jī)的煤量盡快燒空，保證總煤量和給水量的穩(wěn)定，將第4臺(tái)磨煤機(jī)停運(yùn)操作后逐漸減少煤量，保證給水量780～850 t/h穩(wěn)定，隨著主汽壓力的降低，汽機(jī)調(diào)門(mén)自動(dòng)控制全汽壓力在9.7 MPa(<30%負(fù)荷)而關(guān)小調(diào)門(mén)，機(jī)組負(fù)荷隨之減少。TF控制方式可很好地控制主汽壓力的穩(wěn)定，減少手動(dòng)操作量，在300 MW下汽壓穩(wěn)定的同時(shí)也能保證給水量的穩(wěn)定。

給煤量以控制塊1 min內(nèi)操作2次大箭頭，穩(wěn)定給水流量的情況下隨著給煤量的減少，分離器出口過(guò)熱度逐漸降低至0 ℃，蒸汽量也隨之減少、導(dǎo)致負(fù)荷下降。給水量可以在每次鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)保證一定范圍的量，而煤質(zhì)不可能在每次干濕態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)一樣，所以給煤量和水煤比沒(méi)有很大的參考價(jià)值。在機(jī)組啟停階段，全手動(dòng)控制煤、水量，不能單一參考水煤比來(lái)調(diào)節(jié)水煤量，重點(diǎn)參考中間點(diǎn)溫度、過(guò)熱度和減溫水量。

分離器水位根據(jù)機(jī)組負(fù)荷修正，在負(fù)荷大于297 MW后修正分離器水位至0，從機(jī)組參數(shù)變化過(guò)程看，在負(fù)荷減到298 MW后儲(chǔ)水罐水位從0變?yōu)?6 m，因此鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換最好在分離器水位未修正時(shí)進(jìn)行，防止在水位修正情況下出現(xiàn)分離器滿水而水位修正至0錯(cuò)判鍋爐進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行，造成蒸汽帶水對(duì)汽輪機(jī)造成損壞。

分離器水位隨著給煤量的逐漸減少而升高，鍋爐由干態(tài)轉(zhuǎn)至濕態(tài)運(yùn)行，滿足鍋爐循環(huán)水泵(BCP)啟動(dòng)允許后啟動(dòng)運(yùn)行，逐漸開(kāi)啟360閥控制鍋爐總的給水流量的穩(wěn)定。在干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)前應(yīng)提前將BCP泵檢查好，具備隨時(shí)啟動(dòng)的條件。因機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行，BCP泵過(guò)冷管電動(dòng)一/二次門(mén)、再循環(huán)電動(dòng)門(mén)、出口電動(dòng)門(mén)和361閥進(jìn)口電動(dòng)門(mén)都隨機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行關(guān)閉狀態(tài)，可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法開(kāi)啟而影響鍋爐轉(zhuǎn)濕態(tài)運(yùn)行，所以需提前將相關(guān)電動(dòng)門(mén)打開(kāi)做好備用準(zhǔn)備。轉(zhuǎn)濕態(tài)過(guò)程主汽溫度也會(huì)隨之降低，因此在干態(tài)運(yùn)行時(shí)保證一定的減溫水量，而進(jìn)入濕態(tài)后及時(shí)將一/二級(jí)減溫水關(guān)閉，同時(shí)關(guān)閉BCP泵和361閥及其暖管管路，保證主汽溫度穩(wěn)定可控地降低在合適范圍內(nèi)。

機(jī)組負(fù)荷降至233 MW后停止減煤，煤量從139 t/h減到84 t/h用時(shí)10 min，停止減煤后隨著鍋爐蓄熱減少，機(jī)組負(fù)荷仍以較穩(wěn)定的速度降至110 MW左右。鍋爐轉(zhuǎn)至濕態(tài)運(yùn)行后，為減少機(jī)組排水量，逐漸開(kāi)大360閥減少給水泵出力。給水控制切至旁路閥控制，就地需確認(rèn)旁路閥開(kāi)啟，防止實(shí)際未開(kāi)而給水電動(dòng)門(mén)關(guān)閉的情況下造成大部分給水量的中斷而鍋爐斷水/主燃料跳閘(MFT)動(dòng)作。

2.2 鍋爐濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)控制過(guò)程及安全分析

2016年10月5日，#4機(jī)啟動(dòng)濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)控制節(jié)點(diǎn)性參數(shù)見(jiàn)表2。鍋爐濕態(tài)工況運(yùn)行時(shí)給水量控制應(yīng)穩(wěn)定，建議在780～850 t/h，濕態(tài)情況下的給水量控制需要根據(jù)分離器水位變化對(duì)給水旁路門(mén)和BCP泵出口360閥協(xié)調(diào)控制。隨著給煤量的逐漸增加，蒸汽量也增加，主汽壓升高，為控制主汽壓9.7 MPa，需開(kāi)啟汽機(jī)調(diào)門(mén)，機(jī)組負(fù)荷就逐步升高。建議機(jī)組在啟動(dòng)第2臺(tái)制粉系統(tǒng)穩(wěn)定后可投入汽機(jī)TF自動(dòng)控制方式，減少控制主汽壓汽機(jī)調(diào)門(mén)手動(dòng)操作量，根據(jù)以往操作觀察TF汽機(jī)控制主汽壓力是較穩(wěn)定的。

給煤量逐步增加，分離器水位降低，361閥會(huì)自動(dòng)關(guān)小至全關(guān)，應(yīng)手動(dòng)增加給水泵出力，減少BCP泵出力、關(guān)小360閥、維持總給水量和分離器水位的穩(wěn)定。隨著360閥全關(guān)，分離器水位降低至0過(guò)程中手動(dòng)提前停運(yùn)BCP泵，關(guān)閉BCP泵過(guò)冷水管電動(dòng)一/二次門(mén)。這個(gè)過(guò)程中可能分離器出口已經(jīng)有過(guò)熱度，這時(shí)煤量的控制應(yīng)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷情況緩慢進(jìn)行。

一般在機(jī)組負(fù)荷250 MW左右時(shí)鍋爐就由濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)運(yùn)行，分離器出口過(guò)熱度緩慢升高，這時(shí)要同步增加給水泵的給水量協(xié)調(diào)控制，防止過(guò)熱度過(guò)高而鍋爐升溫過(guò)快，甚至可能出現(xiàn)管壁超溫現(xiàn)象。建議將分離器過(guò)熱度控制在10～30 ℃之間較好，一/二級(jí)減溫水協(xié)調(diào)對(duì)主汽溫度控制。在給煤量和給水量都手動(dòng)控制的情況下應(yīng)逐步緩慢增減，防止大幅度的操作。手動(dòng)將負(fù)荷升至310 MW后應(yīng)穩(wěn)定一定時(shí)間，做第3臺(tái)制粉系統(tǒng)啟動(dòng)準(zhǔn)備工作。啟動(dòng)第3臺(tái)制粉系統(tǒng)時(shí)保證總的給煤量的穩(wěn)定，防止大幅度加煤而造成汽溫、汽壓的波動(dòng)。第3臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后可以將給水泵控制投入自動(dòng)，手動(dòng)升負(fù)荷至350 MW時(shí)投入煤主控自動(dòng)，投入CCS協(xié)調(diào)控制。

鍋爐濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)后及時(shí)投入BCP泵和361閥及其管路暖管，必須就地確認(rèn)暖管管路手動(dòng)門(mén)開(kāi)啟。#4機(jī)BCP泵再循環(huán)電動(dòng)門(mén)應(yīng)關(guān)閉，否則BCP泵達(dá)不到暖泵要求，造成BCP泵泵殼溫度與入口管道溫度差達(dá)到50℃以上而不能滿足BCP泵啟動(dòng)條件(#3機(jī)不會(huì)出現(xiàn))。過(guò)多的倒暖水量經(jīng)過(guò)再循環(huán)至儲(chǔ)水罐，而經(jīng)BCP泵體的水量不夠。

鍋爐濕態(tài)盡量在儲(chǔ)水罐水位修正前轉(zhuǎn)為干態(tài)運(yùn)行，保證過(guò)熱度，防止儲(chǔ)水罐無(wú)水位顯示而過(guò)水。建議在負(fù)荷260 MW前完成，防止負(fù)荷波動(dòng)至300 MW時(shí)分離器水位可能強(qiáng)制修正至0。如果在這時(shí)分離器仍有水位，361閥在一定開(kāi)度下自動(dòng)關(guān)閉，分離器過(guò)水造成主汽溫度無(wú)法控制而影響汽輪機(jī)安全。還有可能BCP泵運(yùn)行情況下跳閘而造成給水量的波動(dòng)或給水量低而MFT動(dòng)作[1-2]。

3 項(xiàng)目應(yīng)用情況和經(jīng)濟(jì)效益

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

(1)節(jié)能收益：超超臨界1 000 MW機(jī)組鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換技術(shù)研究，統(tǒng)一規(guī)范了操作步驟，能夠有效保證每一次鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換操作的平穩(wěn)安全，保證機(jī)組的啟停任務(wù)按時(shí)有效完成，相比以往能提前1 h并網(wǎng)，大大縮短了機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間，特別在發(fā)電量和燃料節(jié)能方面尤為突出。節(jié)約燃料按100 t/h計(jì)算，可節(jié)約100 t，2016年共啟機(jī)11次，啟停機(jī)22次，節(jié)約燃料成本98萬(wàn)元。

(2)多發(fā)電量：按平均負(fù)荷8×105kW來(lái)計(jì)算，可多發(fā)電量8×105kW·h。2016年共啟機(jī)11次，故可多發(fā)電量為8.8×106kW·h；按照利潤(rùn)0.1元/(kW·h)算，可多創(chuàng)造價(jià)值為8.8×106kW·h×0.1元/(kW·h)÷10 000=88萬(wàn)元；共產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益198+88=286(萬(wàn)元)。

3.2 社會(huì)效益

超超臨界1 000 MW機(jī)組鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換技術(shù)研究保證了按照項(xiàng)目總結(jié)出的各階段的控制要點(diǎn)規(guī)范，能夠有效保證每一次鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換操作的平穩(wěn)安全，保證機(jī)組的啟停任務(wù)按時(shí)有效完成，縮短啟機(jī)時(shí)間，減少了NOx和SO2濃度的排放量，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)同類型超超臨界直流鍋爐的干濕態(tài)轉(zhuǎn)換控制提供了有效的技術(shù)指導(dǎo)。

3.3 項(xiàng)目推廣應(yīng)用

經(jīng)推廣及運(yùn)行實(shí)踐檢驗(yàn)，自此項(xiàng)目成果應(yīng)用于本廠1 000 MW機(jī)組(#3，#4機(jī)組)啟停過(guò)程后，#3機(jī)組正常啟動(dòng)6次，進(jìn)行6次濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)操作，正常停運(yùn)5次，進(jìn)行5次干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)操作。#4機(jī)組正常啟動(dòng)5次，進(jìn)行5次濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)操作，正常停運(yùn)6次，進(jìn)行6次干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)操作。按照項(xiàng)目總結(jié)出的各階段的控制要點(diǎn)規(guī)范，能夠有效保證每一次鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換操作的平穩(wěn)安全，保證機(jī)組的啟停任務(wù)按時(shí)有效完成，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)同類型超超臨界直流鍋爐的干濕態(tài)轉(zhuǎn)換控制提供了有效的技術(shù)指導(dǎo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

該項(xiàng)目實(shí)施后，超超臨界1 000 MW機(jī)組鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換技術(shù)研究保證了鍋爐在啟停機(jī)階段的安全、可靠運(yùn)行，也保證了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，減少了因干濕轉(zhuǎn)換失敗而導(dǎo)致的過(guò)熱段蒸汽帶水隱患，甚至引發(fā)鍋爐MFT，提高了設(shè)備安全運(yùn)行的可靠性。在提高機(jī)組運(yùn)行安全性的同時(shí)也創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]張紅福.1 000 MW機(jī)組干濕態(tài)轉(zhuǎn)換中360、361閥控制技術(shù)研究[C]// 烏魯木齊：全國(guó)發(fā)電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議,2010.

[2]段寶，李鋒，蘭勇.600 MW超臨界直流鍋爐干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換的控制要點(diǎn)探析[J].電站系統(tǒng)工程,2010,26(2):27-29.