1 000 MW超超臨界機(jī)組鄰機(jī)加熱啟動技術(shù)應(yīng)用

劉彬，邵長暖

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261441)

1 研究背景及意義

某公司1 000 MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N1050-25/600/600型超超臨界、一次中間再熱、單軸四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)，配置一級高壓旁路系統(tǒng)，容量為30%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)，只滿足機(jī)組啟動需要，不具備再熱器保護(hù)功能。汽輪機(jī)高壓缸排汽管道未設(shè)置高壓缸排汽逆止閥。汽輪機(jī)冷態(tài)啟動前，對高壓缸進(jìn)行預(yù)暖，盡量提高調(diào)節(jié)級金屬溫度。高壓缸預(yù)暖蒸汽汽源由鄰機(jī)四段抽汽(額定進(jìn)汽參數(shù)為1.159 MPa,392.8 ℃)經(jīng)本機(jī)組輔汽聯(lián)箱供給[1]。

汽輪機(jī)采用高壓缸啟動方式，在主蒸汽品質(zhì)、參數(shù)具備沖轉(zhuǎn)條件時，同時開啟高、中壓調(diào)節(jié)閥，通過高壓缸和中壓缸進(jìn)汽沖動轉(zhuǎn)子，高壓缸排汽進(jìn)入再熱器，然后進(jìn)入中壓缸做功后排至凝汽器。

因旁路系統(tǒng)采用一級啟動旁路，鍋爐點火后至汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前，鍋爐再熱器無蒸汽，處于干燒狀態(tài)(設(shè)計允許)。機(jī)組啟動沖轉(zhuǎn)后，高壓缸排汽溫度較低，因再熱蒸汽冷、熱段管道較長，進(jìn)入中壓缸的再熱蒸汽溫度偏低，多次發(fā)生中壓缸兩端軸承振動大的情況，造成開機(jī)時間延長，增加機(jī)組啟動費(fèi)用，影響機(jī)組運(yùn)行安全。

2 技術(shù)改造

2.1 中壓缸啟動程序

鍋爐給水冷態(tài)沖洗結(jié)束后，即可投入高壓缸預(yù)暖。鄰機(jī)再熱冷段蒸汽(蒸汽參數(shù)為2.40～4.76 MPa，344～353 ℃)流經(jīng)鄰機(jī)加熱系統(tǒng)，經(jīng)鄰機(jī)加熱中壓缸預(yù)暖進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥減壓后的蒸汽(蒸汽參數(shù)0.35～0.6 MPa，344～353 ℃)進(jìn)入再熱冷段管道(管道無高壓缸排汽逆止閥)，然后進(jìn)入高壓缸預(yù)暖。蒸汽進(jìn)入高壓缸預(yù)暖的同時，對再熱冷段管道進(jìn)行暖管，當(dāng)高壓調(diào)節(jié)級內(nèi)缸內(nèi)壁金屬溫度達(dá)到100 ℃、再熱冷段管道壁溫達(dá)到125 ℃時，進(jìn)行鍋爐點火，對過熱器和再熱器進(jìn)行加熱。

圖1 鄰機(jī)加熱系統(tǒng)Fig.1 Adjacent boiler heating system

中壓主汽閥前蒸汽參數(shù)達(dá)到中壓缸啟動要求時，由熱控人員對高壓調(diào)節(jié)閥控制邏輯進(jìn)行強(qiáng)制關(guān)閉，確保中壓缸沖轉(zhuǎn)時高壓調(diào)節(jié)閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)；然后進(jìn)行中壓缸沖轉(zhuǎn)，機(jī)組轉(zhuǎn)速由中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。中壓缸沖轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)速由閥位控制，此時高壓主汽閥和中壓主汽閥完全打開，同時對高壓主汽閥和調(diào)節(jié)閥的閥殼進(jìn)行預(yù)暖，不需要進(jìn)行單獨的閥殼預(yù)暖。

當(dāng)中壓缸進(jìn)汽室內(nèi)壁金屬溫度達(dá)到235 ℃、中壓缸膨脹量達(dá)到5 mm時，進(jìn)行手動打閘停機(jī)，中壓缸預(yù)暖結(jié)束。

2.2 中壓缸啟動汽源設(shè)計改造流程

機(jī)組原設(shè)計高壓缸預(yù)暖蒸汽由輔助蒸汽提供，蒸汽由輔汽聯(lián)箱經(jīng)高壓缸預(yù)暖管道進(jìn)入再熱冷段管道，進(jìn)行高壓缸預(yù)暖。因再熱冷段管道無高壓缸排汽逆止閥，考慮利用高壓缸預(yù)暖管道提供的蒸汽進(jìn)行中壓缸沖轉(zhuǎn)。2015年機(jī)組小修冷態(tài)啟機(jī)時，經(jīng)過現(xiàn)場試驗，高壓缸預(yù)暖管道受規(guī)格(?159 mm×4.5 mm)限制，供汽流量無法滿足中壓缸沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min并穩(wěn)定運(yùn)行的要求，因此在2016年機(jī)組小修時增加鄰機(jī)加熱系統(tǒng)，提供蒸汽的管道設(shè)計規(guī)格為?219 mm×12 mm。蒸汽流程：鄰機(jī)冷段→鄰機(jī)加熱系統(tǒng)→再熱冷段管道→再熱器→再熱熱段管道→中壓缸→低壓缸→凝汽器。鄰機(jī)加熱系統(tǒng)流程如圖1所示。

在2017年10月29日進(jìn)行冷態(tài)中壓缸啟動現(xiàn)場試驗時，轉(zhuǎn)速達(dá)到3 000 r/min后進(jìn)行高速暖機(jī)，驗證增加的鄰機(jī)加熱系統(tǒng)設(shè)計的合理性，機(jī)組在保持一級大旁路系統(tǒng)的前提下，應(yīng)能實現(xiàn)中壓缸啟動。

2.3 冷態(tài)中壓缸啟動的安全性

高、中、低壓缸和轉(zhuǎn)子加熱均勻，膨脹順暢。中壓缸啟動沖轉(zhuǎn)為全周進(jìn)汽，與鍋爐熱態(tài)沖洗、升溫升壓同步進(jìn)行，中、低壓缸和轉(zhuǎn)子加熱時間長，加熱均勻，汽缸上、下壁溫溫差小，汽缸中分面法蘭內(nèi)外壁溫差小，再熱器蒸汽溫度與中壓缸金屬溫度能更好地匹配，啟動時高壓缸預(yù)暖持續(xù)投入，高壓缸和高壓轉(zhuǎn)子加熱均勻；高、中、低壓汽缸所受熱沖擊小，減少了啟動過程中高、中、低壓轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力。沖轉(zhuǎn)蒸汽由鄰機(jī)加熱系統(tǒng)管道經(jīng)再熱冷段管道進(jìn)入再熱器，保證鍋爐點火后再熱器內(nèi)部始終有蒸汽流通，對再熱器的管道進(jìn)行均勻加熱，避免鍋爐點火后再熱器因干燒而超溫，有效延長機(jī)組使用壽命[2]。

冷態(tài)中壓缸啟動時#2～#4軸振在合理范圍內(nèi)(見表1)，各軸承金屬溫度均在允許范圍內(nèi)(見表2)。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

1 000 MW容量等級超超臨界機(jī)組進(jìn)行中壓缸預(yù)暖改造后，現(xiàn)場試驗證明，機(jī)組一次冷態(tài)中壓缸沖轉(zhuǎn)啟動比高壓缸啟動節(jié)省暖機(jī)時間約3 h。按每年冷態(tài)啟動一次計算，經(jīng)濟(jì)效益如下。

節(jié)電：機(jī)組所有運(yùn)轉(zhuǎn)的輔機(jī)設(shè)備耗電量為47 511.84kW·h，按上網(wǎng)平均電價0.404 9 元/(kW·h)計算，每臺機(jī)組節(jié)電費(fèi)用為19 237.5元。

表1 冷態(tài)中壓缸啟動時各軸承振動大值Tab.1 High value of bearing vibration during the cold start-up of medium pressure cylinder

表2 冷態(tài)中壓缸啟動時各軸承金屬溫度Tab.2 Bearing temperature during the cold start-up of medium pressure cylinder

節(jié)水：節(jié)約凝結(jié)水1 359.72 t，按除鹽水平均價格10元/t計算，每臺機(jī)組節(jié)水費(fèi)用為13 597.2元。

節(jié)汽：中壓缸沖轉(zhuǎn)啟機(jī)比高壓缸啟機(jī)節(jié)約蒸汽370 t(包含輔助用汽、給水泵汽輪機(jī)啟動用汽和中壓缸預(yù)暖沖轉(zhuǎn)用汽)，按蒸汽平均價格180元/t計算，每臺機(jī)組節(jié)汽費(fèi)用為66 600元。

節(jié)煤：中壓缸沖轉(zhuǎn)啟機(jī)比高壓缸啟機(jī)節(jié)約煤62 t，按標(biāo)準(zhǔn)煤平均價格729.77元/t計算，每臺機(jī)組節(jié)煤費(fèi)用為45 245.7元。

節(jié)油：中壓缸沖轉(zhuǎn)啟機(jī)比高壓缸啟機(jī)節(jié)約燃油3.5 t，按燃油平均價格6 057.14元/t計算，每臺機(jī)組節(jié)約燃油費(fèi)用為21 200元。

增收發(fā)電效益：按上網(wǎng)平均電價0.404 9元/(kW·h)計算，每臺機(jī)組年增收經(jīng)濟(jì)效益為121.47萬元。

每臺機(jī)組年節(jié)約生產(chǎn)成本和增發(fā)電量產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益共138萬元。以該項目投資90萬元計算，1a可實現(xiàn)投資回收。

3.2 社會效益

該公司2臺超超臨界1 000 MW機(jī)組煤耗低、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較好，改造實施后，能夠?qū)崿F(xiàn)兩臺機(jī)組快速啟動和快速并網(wǎng)，減少了資源浪費(fèi)。機(jī)組冷態(tài)啟動可縮短機(jī)組啟動時間約3 h，減少CO2排放，達(dá)到節(jié)能減排、減緩溫室效應(yīng)的目的；同時，提前投入脫硝系統(tǒng)，可減少CO2排放242 t、煙塵排放14.4 kg、二氧化硫排放9.3 kg、氮氧化物排放2 610.5 kg，具有良好的社會效益。

4 結(jié)束語

通過本文所述的技術(shù)改造，能夠?qū)崿F(xiàn)中壓缸進(jìn)汽沖轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)單一依靠高壓缸啟動的被動局面，進(jìn)而實現(xiàn)充分預(yù)暖高壓缸，均勻加熱中壓缸，延長機(jī)組壽命，保護(hù)再熱器，縮短機(jī)組啟動時間，減少機(jī)組啟動費(fèi)用，保障機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行安全等目的；此外，由于再熱器進(jìn)汽，再熱熱段管道得到充分暖管，中壓缸避免受到冷汽或冷水沖擊，可有效消除中壓缸兩端軸振偏大的現(xiàn)象，保障機(jī)組的安全啟動和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。