330 MW汽輪機通流改造后的無高旁冷態(tài)啟動

馮 亮

(深圳媽灣電力有限公司，廣東 深圳 518054)

0 引言

300 MW級別機組一般配備有30 %—35 %容量的二級串連旁路系統(tǒng)。機組啟動時，通過投入旁路來提高汽溫，使蒸汽參數(shù)盡快達到?jīng)_轉(zhuǎn)要求；同時也可以起到保護作用。典型設計，如主汽壓力升高率與設定值偏差≥1.2 MPa/min或停機后主汽門前壓力≥17.5 MPa時，主汽壓力升高1.6 MPa高旁快開等。在很多電廠中旁路的實際作用是為機組啟動時提高汽溫。由于旁路系統(tǒng)維護困難，因此研究在旁路故障不能正常投運情況下，如何啟動機組是十分有必要的。

1 機組簡介

1.1 旁路系統(tǒng)

某電廠4號機組(330 MW)配套SULZER AV—6旁路系統(tǒng)。由于運行中該旁路出現(xiàn)多次誤動，所以采取了用角鐵頂死高旁，退出旁路系統(tǒng)的措施。又因為高旁關閉不嚴，因此在高旁液壓調(diào)閥前增加了1個電動截止門。

1.2 天然氣系統(tǒng)

該電廠4號鍋爐原配有AB，CD，EF 3層12支0號柴油油槍，后來改造為天然氣氣槍。天然氣點火系統(tǒng)采用西安天立能源環(huán)保工程技術有限公司的強混式鋸齒型燃氣燃燒器，燃燒器的功率可以調(diào)節(jié)，燃燒器穩(wěn)定運行的負荷調(diào)節(jié)范圍為額定出力的45 %—150 %；通過每臺燃燒器對應的氣動調(diào)節(jié)閥進行壓力調(diào)節(jié)，壓力可在10—120 kPa范圍調(diào)節(jié)；對應的燃氣量范圍為540—1 800 Nm3/h，對應的功率范圍在 5.31—17.7 MW。

1.3 通流改造后的汽輪機

該電廠4號汽輪機原為引進型亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽單軸反動凝汽式汽輪機，汽機級數(shù)：第1級為沖動級，高壓缸為1+8+4級(表示第1級為沖動級，第9級后布置抽氣口)，中壓缸為5+4級，低壓缸為2×7級，低壓末級葉片高度為900 mm。后經(jīng)過ALSTOM公司通流改造后，第1級為沖動級，高壓缸為1+9+5級，中壓缸為6+5級，低壓缸為2×7級，低壓末級葉片高度為939.8 mm。

2 無高旁啟動可行性分析

該電廠4號鍋爐為HG-1025/18.2-YM6型亞臨界壓力一次中間再熱控制循環(huán)汽包爐，規(guī)程規(guī)定爐膛出口煙溫小于538 ℃或控制天然氣量小于8 400 Nm3，允許鍋爐再熱器干燒。規(guī)程規(guī)定，鍋爐升溫時溫升率必須小于2 ℃/min。無高旁啟動不會增加溫升率。規(guī)程還規(guī)定，在機組啟動時可投入旁路提高汽溫，使蒸汽參數(shù)盡快達到啟動要求。在沖轉(zhuǎn)前如用主汽門控制沖轉(zhuǎn)，必須關閉旁路才能進行。

2.1 升溫時間、耗氣量分析

2017-12-18，該電廠4號機組C修后啟動，19：45鍋爐點火成功后，開高旁時發(fā)現(xiàn)高旁電動截止門門芯脫落，高旁關閉處于切除狀態(tài)。由于系統(tǒng)的要求，已沒有充足時間進行高旁的徹底處理，必須采用無高旁啟動方式。

圖1為該電廠4號機組該次無高旁啟動的鍋爐實際升溫趨勢曲線。

圖1 鍋爐升溫曲線

由圖1可以看到，從19：45點火至次日02：33沖轉(zhuǎn)，鍋爐升溫升壓共耗時近7 h。鍋爐先投入CD層4支氣槍，后期增加了EF層1支氣槍，每小時天然氣流量在4 000—5 000 Nm3，實際約消耗天然氣30 000 Nm3。

如果是有旁路機組啟動，鍋爐點火后升溫升壓一般耗時在4—5 h，會投入5—6支氣槍，每小時天然氣耗量在5 000—6 000 Nm3，共約消耗天然氣24 000—28 000 Nm3。

可見，無高旁啟動，鍋爐升溫升壓會多耗時2 h，多耗天然氣約4000 Nm3。因此從經(jīng)濟上考慮無旁路啟動可以接受。

2.2 再熱器干燒影響分析

在4號鍋爐點火后升溫升壓階段，屏式再熱器和末級再熱器溫升平緩，6.8 h升溫升壓結(jié)束后，管壁溫度分別達到265 ℃和199 ℃，溫升率平均為0.56 ℃ /min 和 0.4 ℃ /min，升溫過程最大溫升率小于1 ℃/min，均在規(guī)程允許范圍內(nèi)。

由此可見，無高旁啟動，只要操作得當，再熱器干燒完全可行，不存在安全隱患。

3 汽輪機冷態(tài)啟動要求

該電廠4號汽輪機通流改造后，根據(jù)廠家給出的數(shù)據(jù)，從沖轉(zhuǎn)開始到帶滿負荷一共需耗時455 min。冷態(tài)啟動可分成5個階段：

(1) 沖轉(zhuǎn)到500 r/min，保持30 min進行暖機；

(2) 沖轉(zhuǎn)到2 040 r/min，保持145 min中速暖機，進一步加熱汽機轉(zhuǎn)子；

(3) 沖轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)帶5 %初負荷；

(4) 由5 %初負荷緩慢加負荷到10 %負荷，要求暖機72 min，大幅增加蒸汽溫度；

(5) 初負荷暖機后，允許在160 min內(nèi)加負荷到額定負荷，蒸汽溫度增加到額定值542 ℃。

表1為該電廠4號汽輪機通流改造后的汽輪機冷態(tài)啟動參數(shù)。

表1 通流改造后的汽輪機冷態(tài)啟動參數(shù)

4 汽輪機無高旁啟動

4.1 沖轉(zhuǎn)

2017-12-18T19：45鍋爐點火升溫升壓；2017-12-19T02：33，鍋爐主汽壓達到4.85 MPa，主汽溫達到348 ℃，真空為-96 kPa，參數(shù)達到?jīng)_轉(zhuǎn)條件，汽機掛閘沖轉(zhuǎn)。

由于再熱器干燒，再熱溫度較低，且嚴格執(zhí)行了500 r/min暖機30 min的要求，在沖轉(zhuǎn)過程中汽機振動均在報警值以下。在汽機500 r/min暖機結(jié)束，做遠方脫扣試驗后，轉(zhuǎn)速升至2 040 r/min。圖3為該電廠4號機組該次無高壓旁路啟動的汽機升速暖機曲線。

4.2 中速暖機

在汽機升速至2 040 r/min過程中，機組振動值較低，各瓦均沒有達到報警值，與前次啟機變化不大。

03：16，汽機轉(zhuǎn)速達到2 040 r/min，中壓進汽閥室溫度70 ℃。汽機中速暖機需145 min，但暖機開始條件為中壓進汽閥室溫度達到260 ℃。

圖2 汽輪機升速暖機曲線

鑒于以前有帶高旁正常啟動機組中壓進汽閥室溫度升到260 ℃曾耗時近200 min的記錄，特采取了下列措施來增加中壓進汽閥室溫度升溫率。

(1) 由于汽機真空-96 kPa相對較高，汽機實際進汽量較少，暖機效果不佳。但是由于4號機通流改造后，末級葉片加長，對機組的真空要求較高(20 %負荷以上汽機脫扣值為-83 kPa，20 %負荷以下汽機脫扣值為-88 kPa)。因此，首先通過調(diào)節(jié)循環(huán)水泵變頻至最低，通過減少循環(huán)水量來降真空；其次停運了1臺真空泵，保持1臺真空泵運行；最后適度開啟負壓系統(tǒng)中的排空或放水門，進一步降低真空。通過上述調(diào)整將汽機真空降低到(-91)—(-90)kPa。

(2) 為加強燃燒，將鍋爐天然氣流量提高到6 000—7 000 Nm3/h。

(3) 投入了EF層3支氣槍運行，減少CD層氣槍，保持2支運行，利用上層天然氣氣槍火焰中心上移，提高再熱汽溫。

(4) 增加供除氧器加熱的輔汽量，提高給水溫度，穩(wěn)定鍋爐燃燒。

采取以上措施后，經(jīng)過2 h，在05：15汽機中壓進汽閥室溫度達到260 ℃，中速暖機開始計時。汽機2 040 r/min后中壓進汽閥室溫度溫升率約為1.6 ℃/min，溫升曲線較為平穩(wěn)，主蒸汽溫度基本維持穩(wěn)定，汽機中速暖機全過程安全可控。

4.3 定速并網(wǎng)

經(jīng)過145 min 2 040 r/min中速暖機，07：40汽機暖機結(jié)束，升速到2 900 r/min，TV/GV閥切換后定速3 000 r/min，機組各瓦振動均沒有達到報警值，振動值很好，說明汽機暖機比較充分。

在機組并網(wǎng)后帶初負荷階段，也按照要求暖機了72 min，同時增加主、再熱蒸汽溫度，充分加熱汽機。由于無高旁啟動，機組汽水品質(zhì)稍好于以前啟動數(shù)據(jù)。機組并網(wǎng)后即可投入凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，凝結(jié)水較快回收，相對減少了4號機組該次啟動耗水。

初負荷暖機結(jié)束后機組順利加負荷，投入脫硝系統(tǒng)，帶到調(diào)度負荷，圓滿完成了該電廠4號機組無高旁啟動，機組各項參數(shù)都在正常范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

該電廠6臺機組(320 MW×2+330 MW×4)，投產(chǎn)至今累計啟動數(shù)百次，在該次4號機組無高旁啟動前，均是帶旁路正常啟動。該電廠4號機組無高旁成功啟動有重要意義，說明了300 MW級別機組無高旁啟動在安全和經(jīng)濟上完全可行，啟動時間同比約增加2 h，約多耗天然氣4 000 Nm3，但無高旁補水量同比會下降數(shù)百噸。無高旁啟動能極大增強電廠運行檢修方式的靈活性。

但是由于通流改造后汽輪機的特殊性，無高旁啟動時需注意以下幾點：

(1) 利用鄰機輔助蒸汽投入除氧器加熱，提高給水溫度加強鍋爐燃燒；

(2) 鍋爐點火，升溫升壓盡量采用上層天然氣氣槍；

(3) 汽機沖轉(zhuǎn)參數(shù)盡可能將主蒸汽溫度提高到340 ℃以上；

(4) 根據(jù)機組啟動的不同階段調(diào)整好鍋爐燃燒用天然氣量；

(5) 汽機暖機階段，盡量控制汽機真空在脫扣值以上的較低值左右，以增加汽機進汽量提高暖機效果。