350MW超臨界機組干濕態(tài)自動轉(zhuǎn)換研究

周瑞志 李曉宇 李恒 陳軍偉

摘要：在大力發(fā)展新能源的背景下，火電機組逐漸由原來的主要任務(wù)為發(fā)電向發(fā)電與調(diào)峰變負荷雙重任務(wù)轉(zhuǎn)變，需要其能夠參與深度變負荷調(diào)峰過程。超臨界直流鍋爐在低負荷調(diào)峰時存在干濕態(tài)轉(zhuǎn)換問題，保證干濕態(tài)運行模式切換的穩(wěn)定性、快速性已然成為機組快速響應(yīng)調(diào)峰要求、順利完成靈活變負荷的關(guān)鍵因素。鑒于此，對某2×350 MW機組開展的自動干濕態(tài)轉(zhuǎn)換改造進行試驗研究。

關(guān)鍵詞：深度調(diào)峰;干濕態(tài)轉(zhuǎn)化;清潔能源

0? ? 引言

為解決日益嚴峻的棄風(fēng)、光、水問題，提高新能源的消納能力，提高火電機組的運行靈活性已迫在眉睫。目前，已有東北、甘肅等多地出臺燃煤機組深度調(diào)峰的補貼政策，極大鼓勵了各電廠開展靈活性改造的積極性。無論是從新能源消納的角度，還是從電廠提升網(wǎng)上競爭力和盈利能力的角度，燃煤機組開展靈活性改造均是必然趨勢。而干濕態(tài)轉(zhuǎn)換作為燃煤機組靈活性改造的關(guān)鍵步驟，則決定著改造的成功與否。

本文將結(jié)合350 MW機組鍋爐傳統(tǒng)干濕態(tài)運行模式轉(zhuǎn)換方法中存在的問題，對如何更高效地進行干濕態(tài)自動切換進行試驗研究。

1? ? 機組概況

研究對象為某2×350 MW機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的一次中間再熱、超臨界直流爐，帶有啟動爐水循環(huán)泵;汽輪機為東方汽輪機有限責(zé)任公司生產(chǎn)，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min;采用一臺汽動給水泵加一電動給水泵組合給水方式，穩(wěn)定運行時單臺汽動給水泵運行，電動給水泵最高可帶30%鍋爐BMCR。

2? ? 干濕態(tài)模式自動轉(zhuǎn)換過程

2.1? ? 干態(tài)轉(zhuǎn)換濕態(tài)條件

對于350 MW超臨界機組，轉(zhuǎn)換條件為：系統(tǒng)要在協(xié)調(diào)方式下運行，負荷要低于130 MW，原則上只要保證轉(zhuǎn)換時的負荷比飽和蒸汽壓力下對應(yīng)的負荷稍大一些就可以。負荷、給水流量的波動在正常范圍值內(nèi)，保證主要參數(shù)沒有較大的波動，防止在轉(zhuǎn)換過程中，由于鍋爐燃燒的不穩(wěn)定性和現(xiàn)場情況的多耦合性導(dǎo)致轉(zhuǎn)換失敗。汽動給水泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)在正常范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)入濕態(tài)，將不再用給水泵來控制省煤器入口的給水流量，而是用給水旁路調(diào)節(jié)門對鍋爐給水進行控制。為了保證給水泵的最小出力，在干態(tài)轉(zhuǎn)換濕態(tài)方式運行開始前將汽動給水泵再循環(huán)門全開，以保證整個過程的穩(wěn)定進行。順控相關(guān)參數(shù)無壞質(zhì)量，由于整個轉(zhuǎn)換過程是在機組CCS模式下自動進行的，同時為了保證轉(zhuǎn)換過程準(zhǔn)確進行，所有相關(guān)參數(shù)不得出現(xiàn)壞質(zhì)量現(xiàn)象。

2.2? ? 干、濕態(tài)CCS模式控制方式

濕態(tài)運行方式下的CCS協(xié)調(diào)控制和干態(tài)模式下的CCS協(xié)調(diào)控制有一定的差別。干態(tài)運行模式下CCS協(xié)調(diào)控制方式的側(cè)重點在于給水主控對過熱度的一種控制。在濕態(tài)運行方式下，不存在過熱度，此時的給水流量并沒有太大的變化，CCS協(xié)調(diào)控制方式側(cè)重點是對貯水箱水位的控制，保證貯水箱液位在穩(wěn)定范圍內(nèi)。試驗機組在調(diào)峰中不使用爐水循環(huán)泵，采用貯水箱溢流閥對貯水箱水位進行控制。

3? ? 干態(tài)轉(zhuǎn)換濕態(tài)試驗

轉(zhuǎn)換試驗為邏輯自動順控完成，無人工干預(yù)。

3.1? ? 主參數(shù)預(yù)調(diào)整

順控開始，將主蒸汽溫度、主蒸汽壓力設(shè)定值預(yù)先向濕態(tài)方式下的設(shè)定值調(diào)整，減少給煤量，降低主蒸汽溫度和鍋爐實際過熱度到合適范圍值，緩慢打開汽泵再循環(huán)門至100%開度。汽動給水泵會在此過程中自動調(diào)節(jié)省煤器入口的給水流量，保證轉(zhuǎn)換穩(wěn)定。完成條件為主蒸汽溫度小于550 ℃，實際過熱度低于25 ℃，蒸汽壓力轉(zhuǎn)換到濕態(tài)模式下對應(yīng)壓力，主給水波動在30 t/h以內(nèi)，給水泵轉(zhuǎn)速在3 000～5 000 r/min，汽泵再循環(huán)門全開。

3.2? ? 給水主路切旁路

開啟給水旁路調(diào)門前、后電動門后，給水調(diào)門會緩慢打開，最后保持在全開位置，主給水電動門會緩慢關(guān)閉至零位，最后主給水調(diào)節(jié)門投入自動。汽動給水泵自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定給水。完成條件為主給水旁路調(diào)門在自動且反饋正常，旁路調(diào)節(jié)門前后電動門全開，主給水電動門全關(guān)，給水流量波動在正常范圍內(nèi)，汽動給水泵轉(zhuǎn)速正常。

3.3? ? 轉(zhuǎn)換運行方式

為穩(wěn)定主蒸汽壓力，防止波動，將機組干態(tài)CCS模式轉(zhuǎn)換成TF模式，汽機主控調(diào)節(jié)蒸汽壓力。將貯水箱沖洗管路電動閥打開，為貯水箱建立液位做準(zhǔn)備。此時主蒸汽過熱度應(yīng)在正常范圍內(nèi)。完成條件為機組轉(zhuǎn)換為TF控制方式，實際過熱度正常，貯水箱沖洗管路電動門開啟。

3.4? ? 等待水位建立，進入濕態(tài)模式

干預(yù)煤水調(diào)節(jié)，給水維持最小流量不變，減少給煤量，中間點溫度和焓值會降低。中間點過熱度持續(xù)降低，貯水箱中的水位增加，當(dāng)水位開始建立并大于0.5 m時，將貯水箱溢流閥投入自動，此時貯水箱水位設(shè)定在10 m（為了保證濕態(tài)運行的穩(wěn)定性和安全性，基本在貯水箱高度中間位置），貯水箱溢流閥自動控制保證水位及波動正常。完成條件為貯水箱液位大于0.5 m。

3.5? ? 投入濕態(tài)CCS模式

機組運行方式由TF模式轉(zhuǎn)換為濕態(tài)CCS模式，整個干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)過程結(jié)束。

4? ? 濕態(tài)轉(zhuǎn)換干態(tài)試驗

4.1? ? 轉(zhuǎn)換運行方式

將機組濕態(tài)協(xié)調(diào)控制方式轉(zhuǎn)換為汽機跟隨方式運行，增加穩(wěn)定性。同時，現(xiàn)場運行穩(wěn)定，貯水箱液位在正常范圍內(nèi)，貯水箱溢流閥在自動狀態(tài)。完成條件為機組轉(zhuǎn)換為TF控制方式，貯水箱液位在正常范圍，貯水箱溢流閥在自動。

4.2? ? 開始等待過熱度建立

增加給煤量為升負荷補充熱量，同時維持給水流量在水冷壁最小流量附近。此時貯水箱液位逐漸降低至零位，中間點過熱度逐漸升高。完成條件為中間點過熱度大于1 ℃，貯水箱液位小于0.5 m。

4.3? ? 關(guān)閉貯水箱調(diào)門及調(diào)門后電動門

當(dāng)過熱度開始建立時，工質(zhì)已成為飽和干蒸汽，貯水箱將不再產(chǎn)生液態(tài)水，順控發(fā)脈沖指令及時關(guān)閉貯水箱調(diào)門及調(diào)門后電動門，防止工質(zhì)浪費，造成熱損失。完成條件為貯水箱調(diào)門切手動且開度小于2%，貯水箱沖洗管路及調(diào)門后電動門關(guān)閉，實際過熱度大于5 ℃。

4.4? ? 給水旁路切主路

緩慢將主給水旁路調(diào)門全開，隨后打開主給水電動門至全開位，再將主給水旁路調(diào)門緩慢關(guān)閉，主給水旁路調(diào)門前后電動門關(guān)閉。完成條件為主給水旁路調(diào)門在手動且開度小于2%，旁路調(diào)節(jié)門前后電動門關(guān)閉，主給水電動門全開。

4.5? ? 關(guān)閉給水泵再循環(huán)門，進入干態(tài)運行

緩慢關(guān)閉給水泵再循環(huán)調(diào)門至合適位置，此時給水泵出口流量指令降低，給水泵轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)在合適范圍內(nèi)，保證給水流量的穩(wěn)定。完成條件為鍋爐已完全轉(zhuǎn)入干態(tài)運行方式，負荷大于30% BMCR，負荷波動變化穩(wěn)定，過熱度正常，給水波動小于50 t/h。

4.6? ? 投入干態(tài)CCS模式

機組運行方式轉(zhuǎn)換為干態(tài)CCS模式，整個濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)過程就結(jié)束了。

5? ? 試驗結(jié)果

對目標(biāo)鍋爐進行了干濕態(tài)自動轉(zhuǎn)換試驗，結(jié)果如下：干濕態(tài)整體轉(zhuǎn)換時間在9分30秒左右，轉(zhuǎn)換過程全程無運行人員手動干預(yù)，實際負荷由128 MW到99 MW，負荷波動正常，過熱度變化平穩(wěn)，給水流量波動最大在25.2 t/h，給水調(diào)門及主給水電動門動作正常，濕態(tài)運行方式下，貯水箱液位穩(wěn)定。整個轉(zhuǎn)換過程未發(fā)生自動跳出。

6? ? 結(jié)語

火電機組調(diào)峰任務(wù)的增加對低負荷下機組安全穩(wěn)定運行提出了更高的要求。風(fēng)、光等新能源發(fā)電機組數(shù)量與日俱增，此時火電機組不僅要作為主要電力供給機組，還要擔(dān)負起電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的艱巨任務(wù)，為電網(wǎng)穩(wěn)定做好保障，這就對機組負荷響應(yīng)的快速性、靈活性、穩(wěn)定性提出了新的要求。由于350 MW超臨界直流爐的特性，在低負荷運行的過程中必然存在干濕態(tài)兩種運行模式，傳統(tǒng)的操作過度依賴于運行人員經(jīng)驗，在轉(zhuǎn)換過程中，主參數(shù)的調(diào)整、流程的缺少和操作的失誤，將會導(dǎo)致干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程過長或反復(fù)轉(zhuǎn)換，造成經(jīng)濟損失，無法達到電網(wǎng)調(diào)峰要求，更嚴重的還會導(dǎo)致機組非停，嚴重影響了安全生產(chǎn)的穩(wěn)定性。在某2×350 MW機組上的試驗表明，干濕態(tài)自動轉(zhuǎn)換技術(shù)能夠使整個轉(zhuǎn)換過程平穩(wěn)、快速進行，且安全、可靠。

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收稿日期：2020-05-19

作者簡介：周瑞志（1993—），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，檢修技術(shù)員，研究方向：自動化。