百萬(wàn)級(jí)上海汽輪發(fā)電組
——東方鍋爐配置機(jī)組小旁路甩負(fù)荷工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

陸 杰

(上海電力建設(shè)啟動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)所，上海 200031)

中國(guó)能源的資源總量和構(gòu)成、建設(shè)小康社會(huì)對(duì)能源的需求以及當(dāng)前我國(guó)的能源利用效率水平都決定了我國(guó)必須要大力推進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)型。當(dāng)前，節(jié)約一次能源，減少有害廢氣排放，降低地球溫室效應(yīng)是各級(jí)政府和各類(lèi)企業(yè)十分關(guān)注和高度重視的問(wèn)題。通過(guò)提高火電機(jī)組的蒸汽參數(shù)，從而提高其熱效率并減少?gòu)U氣排放是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑之一[1-3]。為了提高發(fā)電效率，根據(jù)國(guó)家規(guī)劃，不斷降低生產(chǎn)總值能源消耗，并提出高效、節(jié)能和環(huán)保的要求，因此我國(guó)發(fā)電機(jī)組逐步進(jìn)入大容量、高參數(shù)的發(fā)展階段，1 000 MW等級(jí)超臨界發(fā)電機(jī)組正逐漸成為主導(dǎo)我國(guó)電源建設(shè)和發(fā)展的主力機(jī)組，并且正在加快淘汰落后的小火電機(jī)組[4-5]。

在超超臨界機(jī)組快速發(fā)展的背景下，大容量機(jī)組出現(xiàn)負(fù)荷較大的變動(dòng)時(shí)勢(shì)必會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較大的影響，因此其主機(jī)設(shè)備的安全可靠性也就越來(lái)越重要。而汽輪發(fā)電機(jī)組正是超超臨界機(jī)組的核心主機(jī)，其動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性對(duì)機(jī)組的安全生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用，甩負(fù)荷試驗(yàn)正是考驗(yàn)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制能力，檢查汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)，預(yù)防機(jī)組超速飛車(chē)的重要手段。自《火力發(fā)電廠基本建設(shè)工程啟動(dòng)及竣工驗(yàn)收規(guī)程》頒布以后，甩負(fù)荷試驗(yàn)就得到了廣泛的開(kāi)展，并且隨著《火電機(jī)組達(dá)標(biāo)投產(chǎn)考核標(biāo)準(zhǔn)》的頒布而成為基建達(dá)標(biāo)的重要要素之一。

我國(guó)目前大多數(shù)1 000 MW超超臨界機(jī)組都配置了100%BMCR高壓旁路和65%BMCR低壓旁路配置。這種容量配置的旁路系統(tǒng)既能用于各種工況的啟動(dòng)，也能滿(mǎn)足機(jī)組大幅度甩負(fù)荷和停機(jī)不停爐的運(yùn)行方式，但是大容量旁路的投資成本及維護(hù)成本相當(dāng)大，性?xún)r(jià)比較低。隨著國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)及工藝水平不斷的提高，1 000 MW超超臨界機(jī)組的旁路配置出現(xiàn)了40%小高旁配置，該旁路配置完全可以滿(mǎn)足機(jī)組的啟動(dòng)及停機(jī)工況的要求，但對(duì)機(jī)組甩負(fù)荷等重要調(diào)試試驗(yàn)提出了更高的工藝要求。

1 研究與應(yīng)用

火力發(fā)電廠旁路容量的大小會(huì)影響機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間，若容量偏小，汽溫提高速度較慢，啟動(dòng)過(guò)程較長(zhǎng)。但對(duì)于百萬(wàn)級(jí)機(jī)組，通常情況下年啟動(dòng)次數(shù)較少，故冷態(tài)啟動(dòng)中因旁路容量較小導(dǎo)致的啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的負(fù)面影響并不顯著。在某百萬(wàn)機(jī)組工程中，旁路采用40%小旁路配置，在過(guò)熱器出口配置安全閥及PCV閥，鍋爐屏過(guò)進(jìn)口安全閥共6只、高過(guò)出口安全閥共2只、鍋爐兩側(cè)過(guò)熱器出口安全閥上游各布置1只PCV閥，總排放量為3 166.02 t/h，高旁40%蒸汽容量為1 196.52 t/h，而鍋爐的最大蒸發(fā)量?jī)H為2 991.30 t/h，所以小旁路配置1 000 MW超超臨界機(jī)組理論上可以滿(mǎn)足機(jī)組甩負(fù)荷功能。該工程采用側(cè)煤倉(cāng)布置方式，兩臺(tái)爐的原煤倉(cāng)布置在兩臺(tái)爐的中間，這種布置方式拉近了汽機(jī)房和鍋爐房之間的距離，縮短了主、再熱蒸及給水管等熱力管道的長(zhǎng)度，降低熱力系統(tǒng)的壓力損失，提高了熱循環(huán)的效率，同時(shí)減少了汽水系統(tǒng)的蒸汽容量，利于試驗(yàn)中快速降低鍋爐壓力，確保維持鍋爐給水流量。對(duì)試驗(yàn)工藝可行性的研究，為小旁路甩負(fù)荷試驗(yàn)的技術(shù)工藝研究明確了方向并且奠定了基礎(chǔ)。

1.1 主汽壓力控制

根據(jù)汽輪機(jī)甩負(fù)荷導(dǎo)則，甩負(fù)荷應(yīng)使鍋爐不超壓、鍋爐不熄火。對(duì)于大型機(jī)組而言，在發(fā)生甩負(fù)荷的情況下，汽輪機(jī)調(diào)門(mén)響應(yīng)速度極快，可以快速全關(guān)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)以維持并響應(yīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，而鍋爐響應(yīng)速度遠(yuǎn)小于汽輪機(jī)響應(yīng)速度，并且鍋爐存在較大的熱慣性和燃料切除的遲緩性，同時(shí)鍋爐需維持30%低負(fù)荷運(yùn)行，確保鍋爐不熄火，對(duì)于100%大旁路機(jī)組甩負(fù)荷發(fā)生時(shí)快開(kāi)高旁，主蒸汽經(jīng)高壓旁路泄壓后自動(dòng)投入自動(dòng)控制主汽壓力，主汽壓可以平穩(wěn)的得到控制，而40%小旁路配置機(jī)組，其旁路容量?jī)H為BMCR的40%，不足以滿(mǎn)足主蒸汽壓力釋放，因此主汽壓力的控制是關(guān)系到小旁路機(jī)組甩負(fù)荷成功與否的重要因素之一。

本工程配置40%高旁甩負(fù)荷為保證控制主汽壓力可以從以下幾點(diǎn)來(lái)考慮：側(cè)煤倉(cāng)布置縮短主再熱蒸汽管道減少蒸汽容積；高旁和PCV閥控制釋放鍋爐蓄熱量；鍋爐燃料量快速降低。

本工程采用的是側(cè)煤倉(cāng)建設(shè)方案，側(cè)煤倉(cāng)布置方式可縮小A排到煙囪之間的距離，減少占地面積，煤倉(cāng)間的容積小，機(jī)爐之間的距離短，減少四大管道的耗量，有較好的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)側(cè)煤倉(cāng)布置方式減少了主再熱蒸汽管道容積，對(duì)于甩負(fù)荷試驗(yàn)主汽壓力的快速釋放也起到了非常重要的作用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布置方式，對(duì)比側(cè)煤倉(cāng)布置與常規(guī)煤倉(cāng)布置所節(jié)約的主再熱蒸汽管道在14 m左右，按照滿(mǎn)負(fù)荷所對(duì)應(yīng)參數(shù)，主蒸汽：26 MPa/600℃，再熱蒸汽：再熱蒸汽5.2 MPa/600℃，對(duì)于常規(guī)煤倉(cāng)布置機(jī)組此部分所節(jié)約的工質(zhì)對(duì)于40%小旁路配置機(jī)組維持鍋爐壓力，確保不超壓起到了有利的作用。

在機(jī)組觸發(fā)甩負(fù)荷工況前，提前開(kāi)啟高旁至10%保持預(yù)暖，防止高負(fù)荷高參數(shù)工況下給高壓旁路帶來(lái)的沖擊以及高壓旁路卡澀現(xiàn)象。PCV閥在甩負(fù)荷前也進(jìn)行試?yán)囼?yàn)確保無(wú)卡澀現(xiàn)象。在觸發(fā)甩負(fù)荷工況后，高壓旁路接受快開(kāi)信號(hào)，維持3 s，快速泄去機(jī)組40%滿(mǎn)負(fù)荷工質(zhì)量，3 s后高壓旁路自動(dòng)投入自動(dòng)，控制高旁快開(kāi)前壓力值。PCV閥則在甩負(fù)荷工況發(fā)生同時(shí)，手動(dòng)開(kāi)啟泄壓，根據(jù)鍋爐說(shuō)明書(shū)共可泄去約16%滿(mǎn)負(fù)荷工質(zhì)量。此時(shí)工質(zhì)釋放量?jī)H為滿(mǎn)負(fù)荷工況的56%對(duì)于甩負(fù)荷過(guò)程中主汽壓力控制仍存在一定風(fēng)險(xiǎn)。為確保機(jī)組安全穩(wěn)定的完成100%甩負(fù)荷試驗(yàn)，還須手動(dòng)拉啟過(guò)熱器安全閥，根據(jù)過(guò)熱器安全閥排放量，手動(dòng)開(kāi)啟兩個(gè)過(guò)熱器安全閥可釋放約23%滿(mǎn)負(fù)荷工質(zhì)量。

在機(jī)組觸發(fā)100%甩負(fù)荷后，迅速停三臺(tái)磨煤機(jī)，快速減少機(jī)組燃料量，機(jī)組維持兩磨最低煤量運(yùn)行，此時(shí)需要注意爐膛負(fù)壓、鍋爐總風(fēng)量、一次風(fēng)壓等主要參數(shù)波動(dòng)。40%高壓旁路快開(kāi)至100%(同時(shí)快開(kāi)低旁)。在100%甩負(fù)荷工況觸發(fā)同時(shí)快速開(kāi)啟PCV閥和主蒸汽兩個(gè)安全閥后，機(jī)組最高主汽壓力升至26.7 MPa，鍋爐未超壓，并且維持穩(wěn)定直至汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

圖1為100%甩負(fù)荷工況主汽壓力變化曲線(xiàn)。

圖1 100%甩負(fù)荷工況主汽壓力變化曲線(xiàn)

1.2 主汽溫度控制

在機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷工況后，由于主再熱蒸汽的快速釋放，對(duì)于主再熱蒸汽的溫度影響非常大?？刂浦髟贌釟鉁氐臏亟邓俾?，最重要的是給水流量的調(diào)節(jié)和主再熱蒸汽減溫水閥門(mén)的操作。

當(dāng)甩負(fù)荷工況發(fā)生時(shí)，為保證鍋爐不滅火，需維持鍋爐燃料量和機(jī)組給水量，根據(jù)對(duì)主汽壓力控制的分析，通過(guò)各調(diào)節(jié)方式可滿(mǎn)足高負(fù)荷工況下主蒸汽的快速釋放，因此在進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，將鍋爐的燃料量最低降至45%，給水通過(guò)自動(dòng)方式調(diào)節(jié)，給水流量控制的目標(biāo)值為負(fù)荷所對(duì)應(yīng)1 170 t/h。保證鍋爐的燃料量穩(wěn)定，防止主蒸汽溫度下降過(guò)快，又可將給水流量遠(yuǎn)離鍋爐省煤器入口流量低保護(hù)動(dòng)作值而導(dǎo)致的鍋爐MFT。

機(jī)組甩負(fù)荷發(fā)生時(shí)，機(jī)組會(huì)從干態(tài)運(yùn)行逐步轉(zhuǎn)至濕態(tài)運(yùn)行。因此進(jìn)行甩負(fù)荷前需做好爐水循環(huán)泵啟動(dòng)準(zhǔn)備工作，在啟動(dòng)分離器逐步建立水位后，快速啟動(dòng)爐水循環(huán)泵并維持分離器液位，即可大幅降低省煤器進(jìn)口溫度的下降速率，對(duì)控制主蒸汽溫度也起著非常重要的作用。

1.3 主要設(shè)備控制方式

1.3.1給水泵小機(jī)汽源切換

汽動(dòng)給水泵正常運(yùn)行汽源為四抽供汽，在發(fā)生甩負(fù)荷工況后，汽輪機(jī)為維持3 000 RPM，四抽壓力快速下降，小機(jī)汽源切換速度若跟不上，汽泵轉(zhuǎn)速急劇下降，將會(huì)直接導(dǎo)致鍋爐MFT。在甩負(fù)荷試驗(yàn)前，提前將汽動(dòng)給水泵汽源切至輔汽，輔汽由自身冷再汽源提供，老廠輔汽備用。對(duì)于汽動(dòng)給水泵提供了相對(duì)穩(wěn)定的汽源。提高甩負(fù)荷的可靠性，有效防止由于汽泵轉(zhuǎn)速突降引起的給水流量低鍋爐MFT現(xiàn)象的發(fā)生。

1.3.2除氧器汽源切換

除氧器正常運(yùn)行汽源為四抽供汽，在發(fā)生甩負(fù)荷工況時(shí)，汽輪機(jī)僅維持3 000 RPM，四抽壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于帶負(fù)荷時(shí)壓力，因此除氧器壓力將突降，而除氧器溫度的下降是緩慢的，若出現(xiàn)除氧器突然失壓會(huì)導(dǎo)致除氧器汽化，將發(fā)生給泵大差壓保護(hù)動(dòng)作，鍋爐觸發(fā)MFT。為提高甩負(fù)荷試驗(yàn)的安全性，在機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)前，提前將輔汽至除氧器加熱調(diào)門(mén)提前開(kāi)啟，將除氧器加熱切至輔汽。

在發(fā)生甩負(fù)荷工況時(shí)，由于鍋爐不停爐，因此可以充分利用冷再至輔汽加熱汽源，既可以保證除氧器加熱量，也可以幫助再熱器的蒸汽釋放，提高甩負(fù)荷試驗(yàn)的可靠性。

2 項(xiàng)目成果和效益

側(cè)煤倉(cāng)布置方案與常規(guī)爐布置方案相比，煤倉(cāng)間總?cè)莘e可以減少23 289 m3，工程造價(jià)節(jié)省772萬(wàn)元。所縮短的四大管道可節(jié)省材料總費(fèi)用約為911萬(wàn)元。

機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)一次成功，并且實(shí)現(xiàn)了快速并網(wǎng)，機(jī)組繼續(xù)帶負(fù)荷運(yùn)行，大大減少了機(jī)組啟停機(jī)次數(shù)。而對(duì)于1 000 MW類(lèi)型機(jī)組啟動(dòng)成本是相當(dāng)高的。按照調(diào)試運(yùn)行期間6 h啟動(dòng)計(jì)算，所需費(fèi)用約為140萬(wàn)元。甩負(fù)荷試驗(yàn)一次成功避免機(jī)組跳機(jī)或停機(jī)，間接所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益即可達(dá)到140萬(wàn)元。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)甩負(fù)荷試驗(yàn)的工藝技術(shù)的研究與應(yīng)用，某臺(tái)1 000 MW機(jī)組50%、100%甩負(fù)荷試驗(yàn)均實(shí)現(xiàn)一次成功完成，實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)不超速、鍋爐不熄火、發(fā)電機(jī)不超壓，同時(shí)還成功地在機(jī)組甩完負(fù)荷后快速并網(wǎng)升負(fù)荷，機(jī)組繼續(xù)正常運(yùn)行。由此所節(jié)約的啟動(dòng)成本，以及利用側(cè)煤倉(cāng)布置方式所節(jié)約的建設(shè)成本較高。百萬(wàn)級(jí)火力發(fā)電機(jī)組50%、100%甩負(fù)荷試驗(yàn)一次成功并且實(shí)現(xiàn)快速并網(wǎng)，還可提高機(jī)組在電網(wǎng)中的穩(wěn)定性和可靠性，增強(qiáng)電網(wǎng)對(duì)該機(jī)組生產(chǎn)質(zhì)量的信心，對(duì)于機(jī)組有著深遠(yuǎn)的影響。

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