機(jī)組啟動(dòng)期輔汽用量影響因素及用量策略分析

李中堯

(內(nèi)蒙古京能康巴什熱電有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017010)

0 引言

降低發(fā)電廠的供電煤耗，提高能源的有效利用率，對(duì)挖掘火電廠的節(jié)能潛力，提高火電廠的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義，而且對(duì)減少污染物排放、減少能源的開采和消耗也同樣具有重要影響。

目前，大部分火電廠主要是從三方面來提高火電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性：一是提高循環(huán)熱效率，二是維持各主要設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，三是降低廠用電率。這些措施幾乎所有火電廠都在采用，但對(duì)于機(jī)組啟動(dòng)期間所采取的節(jié)能降耗措施卻少有研究。因此，以某發(fā)電廠2019年1號(hào)機(jī)組啟機(jī)為例，在確保機(jī)組安全啟動(dòng)的前提下，通過減少機(jī)組啟動(dòng)期間輔汽用量來提高全廠經(jīng)濟(jì)性的有效性。

1 輔汽系統(tǒng)

輔汽系統(tǒng)的作用是保證機(jī)組安全可靠地啟動(dòng)和停機(jī)，以及在低負(fù)荷和異常工況下提供參數(shù)和數(shù)量都符合要求的汽源，同時(shí)向有關(guān)設(shè)備提供生產(chǎn)加熱用汽。輔汽系統(tǒng)主要由輔汽聯(lián)箱和相關(guān)汽源、用戶組成(如圖1所示)。

圖1 輔汽系統(tǒng)組成

機(jī)組啟動(dòng)初期，自身產(chǎn)汽量較小，不足以滿足以上用戶需求，需要輔汽聯(lián)箱供汽，而輔汽聯(lián)箱汽源需由臨機(jī)或啟動(dòng)爐提供。輔汽用量越大，經(jīng)濟(jì)性越差。

2 啟動(dòng)期輔汽耗量影響因素分析

采用質(zhì)量管理體系中“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”六要素分析方法，羅列出輔汽在啟動(dòng)期間的耗量影響因素(見表1)。

表1 啟動(dòng)期輔汽耗量影響因素

2.1 “人”的影響因素分析

造成機(jī)組啟動(dòng)過程中輔汽耗量大，從人的方面分析，主要是操作人員熟練程度不夠、操作量大以及人員不足所致。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前各值人員已經(jīng)精簡(jiǎn)，每臺(tái)機(jī)組只有4人，但機(jī)組啟動(dòng)過程中均有休班人員加班協(xié)助，確保機(jī)組順利啟動(dòng)。此外，每次機(jī)組啟動(dòng)均按照啟機(jī)操作票內(nèi)規(guī)定的步驟、流程操作，不存在技術(shù)人員不足的情況，故認(rèn)為“人”并非啟動(dòng)過程中輔汽耗量大的影響因素。

2.2 “機(jī)”的影響因素分析

啟動(dòng)過程中若因某一重要輔機(jī)故障或者有重要缺陷不允許機(jī)組正常啟動(dòng)時(shí)，輔汽供汽時(shí)間長(zhǎng)會(huì)造成浪費(fèi)。而該廠機(jī)組啟動(dòng)過程中，各設(shè)備均運(yùn)行正常，各參數(shù)在要求范圍內(nèi)，故認(rèn)為“機(jī)”并非啟動(dòng)過程中輔汽耗量大的影響因素。

2.3 “料”的影響因素分析

若蒸汽參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間不滿足，無論是主再熱蒸汽參數(shù)還是給水泵小汽輪機(jī)、引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)不滿足，均需要繼續(xù)疏水以提高蒸汽品質(zhì)。蒸汽參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間不滿足將造成大量工質(zhì)浪費(fèi)，造成輔汽耗量增大。通過查閱曲線、觀看啟機(jī)回放記錄，確認(rèn)各蒸汽參數(shù)在正常范圍內(nèi)，故認(rèn)為“料”并非啟動(dòng)過程中輔汽耗量大的影響因素。

2.4 “環(huán)”的影響因素分析

若并網(wǎng)前電網(wǎng)負(fù)荷富余，調(diào)度不允許并網(wǎng)，則汽輪機(jī)將維持3000 r/min并隨時(shí)接調(diào)度令并網(wǎng)，此時(shí)輔汽聯(lián)箱各用戶均在大量消耗蒸汽，從而造成輔汽耗量增加。但該廠機(jī)組啟機(jī)按計(jì)劃并網(wǎng)，不存在電網(wǎng)負(fù)荷富余情況，故認(rèn)為“環(huán)”并非啟動(dòng)過程中輔汽耗量大的影響因素。

2.5 “測(cè)”的影響因素分析

測(cè)點(diǎn)不準(zhǔn)將極大可能造成輔汽耗量虛高。通過查詢?nèi)毕莸怯浻涗?，確認(rèn)沒有流量測(cè)點(diǎn)不準(zhǔn)的缺陷，同時(shí)咨詢熱控人員確認(rèn)沒有發(fā)生過流量測(cè)點(diǎn)維護(hù)檢修，故認(rèn)為“測(cè)”并非啟動(dòng)過程中輔汽耗量大的影響因素。

2.6 “法”的影響因素分析。

啟動(dòng)過程中1號(hào)給水泵運(yùn)行，2號(hào)給水泵沖至800 r/min備用；1號(hào)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，2號(hào)引風(fēng)機(jī)沖至2300 r/min備用；備用小汽輪機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，造成輔汽不必要的損耗。鍋爐沖洗、吹掃期間，化驗(yàn)班每30 min化驗(yàn)一次水質(zhì)；在沖洗吹掃后期，水質(zhì)變化較快，化驗(yàn)間隔較長(zhǎng)，不能夠及時(shí)掌握水質(zhì)合格時(shí)機(jī)，造成各階段間隔時(shí)間較長(zhǎng)，進(jìn)一步增加了輔汽耗量，故認(rèn)為“法”是啟動(dòng)過程中輔汽耗量大的影響因素。

1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)共耗時(shí)16 h，其中冷態(tài)沖洗用時(shí)4.5 h，熱態(tài)沖洗3 h，氧化皮吹掃2.5 h，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)3 h，帶負(fù)荷至175 MW用時(shí)3.5 h。此次機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間及流程與歷次機(jī)組啟動(dòng)大致相同。通過計(jì)算確認(rèn)本次機(jī)組啟動(dòng)期間給水泵小汽輪機(jī)耗汽量為182.51 t (約占44.82 %)，引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)耗汽量為207.35 t (約占50.93 %)，兩者耗氣量占比最大；此外，軸封用汽耗汽量2.7 t，空預(yù)器吹灰用汽耗汽量11.2 t，燃油吹掃伴熱用汽耗汽量3.4 t。

啟動(dòng)過程中給水泵小汽輪機(jī)一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)沖轉(zhuǎn)至800 r/min備用；引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)沖轉(zhuǎn)至2300 r/min備用。如果采取有效措施減少備用給水泵小汽輪機(jī)和引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)備用時(shí)間，同時(shí)使各個(gè)階段操作更緊湊，可節(jié)約備用小汽輪機(jī)耗汽量約77.35 t，其中給水泵小汽輪機(jī)26.45 t，引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)50.9 t，其余用戶各項(xiàng)節(jié)約耗汽11.09 t。由此可見，備用小汽輪機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行耗汽量對(duì)輔汽聯(lián)箱耗汽量的影響明顯大于各階段操作緊湊改進(jìn)后其余用戶的影響。

機(jī)組沖轉(zhuǎn)帶負(fù)荷過程中，軸封系統(tǒng)必需投運(yùn)。主機(jī)軸封與給水泵小汽輪機(jī)軸封汽源相同，均接自軸封供汽母管，軸封母管壓力需維持在18～35 kPa，軸封供汽壓力低、流量小，減少軸封汽源用量對(duì)減少輔汽用量的影響較小。

空預(yù)器吹灰一次耗氣量約為0.8 t，耗氣量相對(duì)較少，減少空預(yù)器吹灰用汽還需兼顧空預(yù)器吹灰效果，此汽源可降低的輔汽量較少。

燃油吹掃伴熱系統(tǒng)在無檢修的情況下維持連續(xù)運(yùn)行，汽壓維持在0.4～1.0 MPa，吹掃蒸汽溫度不大于250 ℃，同時(shí)，伴熱汽源保證燃油溫度高于凝點(diǎn)5 ℃、低于閃點(diǎn)溫度5 ℃，該系統(tǒng)投運(yùn)期間可通過適當(dāng)降低蒸汽壓力達(dá)到節(jié)約用汽的目的，但其耗汽量較少，對(duì)減少輔汽用量的影響較小。

通過以上分析認(rèn)為汽輪機(jī)耗汽量是影響啟動(dòng)過程中輔汽耗汽量的主要原因，各階段操作緊湊程度是影響啟動(dòng)過程中輔汽耗汽量的次要原因。

3 應(yīng)對(duì)措施及成效

3.1 應(yīng)對(duì)措施

3.1.1 降低主要用戶耗汽量

縮短鍋爐沖洗、吹掃期間水質(zhì)化驗(yàn)時(shí)間間隔；水質(zhì)合格后及時(shí)進(jìn)行下一步啟機(jī)操作，使各項(xiàng)操作配合緊湊密切，縮短啟動(dòng)時(shí)間；機(jī)組啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)期間，采用單臺(tái)給水泵、單臺(tái)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式，并適當(dāng)降低小汽輪機(jī)背壓，提高小汽輪機(jī)效率，相應(yīng)減少進(jìn)汽量；備用給水泵及備用引風(fēng)機(jī)無需沖轉(zhuǎn)、暖機(jī)，同時(shí)隔離備用小汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)，減少輔汽用汽量。

機(jī)組、啟動(dòng)過程中，輔汽聯(lián)箱汽源由啟動(dòng)爐或臨機(jī)供汽，當(dāng)四抽壓力大于0.6 MPa，及時(shí)將輔汽聯(lián)箱汽源切換至四抽接帶；冷再蒸汽壓力大于1 MPa時(shí)，及時(shí)將輔汽聯(lián)箱汽源切換至冷再接帶；四抽蒸汽參數(shù)滿足需求時(shí)，及時(shí)將小汽輪機(jī)汽源切換至四抽供汽。

1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，鍋爐冷態(tài)沖洗、點(diǎn)火、熱態(tài)沖洗、氧化皮吹掃、汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，僅單側(cè)給水泵及引風(fēng)機(jī)運(yùn)行；負(fù)荷升至80 MW時(shí)2號(hào)引風(fēng)機(jī)沖轉(zhuǎn)，負(fù)荷升至140 MW時(shí)2號(hào)給水泵沖轉(zhuǎn)，且2號(hào)給水泵利用四抽汽源沖轉(zhuǎn)。鍋爐沖洗、吹掃期間，化驗(yàn)班每15 min化驗(yàn)一次水質(zhì)；冷態(tài)沖洗水質(zhì)接近合格時(shí)吹灰維護(hù)單位進(jìn)行空預(yù)器吹灰管路疏水，冷態(tài)沖洗水質(zhì)合格后盡快進(jìn)行鍋爐點(diǎn)火開始熱態(tài)沖洗；熱態(tài)沖洗合格后，按要求升溫升壓吹掃氧化皮，至滿足輪機(jī)沖轉(zhuǎn)條件后立即進(jìn)行汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)。以往歷次啟機(jī)過程需耗時(shí)16 h，此次啟機(jī)僅耗時(shí)12 h。

3.1.2 降低次要用戶耗汽量

保證機(jī)組背壓滿足要求的前提下，適當(dāng)降低軸封母管壓力；及時(shí)切換輔汽聯(lián)箱汽源或軸封供汽汽源；空預(yù)器吹灰器投運(yùn)前，通知吹灰人員加強(qiáng)關(guān)注疏水溫度及疏水時(shí)間，具備投運(yùn)條件后及時(shí)投入空預(yù)器吹灰器，減少工質(zhì)損失；空預(yù)器吹灰具備投運(yùn)條件后及時(shí)進(jìn)行鍋爐點(diǎn)火，使各項(xiàng)操作銜接緊湊，縮短啟動(dòng)時(shí)間；在保證吹灰效果的前提下適當(dāng)降低吹灰壓力，由2 MPa降至1.5 MPa；適當(dāng)降低燃油吹掃伴熱蒸汽壓力，控制在0.5 MPa左右；關(guān)小輔汽至燃油吹掃伴熱供汽調(diào)門開度。以上措施多管齊下，有效減少了輔汽用量。

3.2 耗汽量對(duì)比

3.2.1 給水泵小汽輪機(jī)耗汽量變化

統(tǒng)計(jì)顯示，2019年未采取措施之前，1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)過程中一臺(tái)給水泵小汽輪機(jī)運(yùn)行，另一臺(tái)給水泵小汽輪機(jī)沖至800 r/min備用，負(fù)荷升至150 MW后兩臺(tái)給水泵并列運(yùn)行，耗汽量182.51 t。采取措施之后，2020年1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)過程中一臺(tái)給水泵小汽輪機(jī)運(yùn)行，另一臺(tái)給水泵小汽輪機(jī)停運(yùn)，負(fù)荷升至150 MW后，2臺(tái)給水泵并列運(yùn)行，耗汽量152.25 t。

3.2.2 引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)耗汽量變化

統(tǒng)計(jì)顯示，2019年1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)過程中一臺(tái)引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)運(yùn)行，另一臺(tái)引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)沖至2300 r/min備用，負(fù)荷升至80 MW后2臺(tái)引風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，耗汽量207.35 t。2020年1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)過程中一臺(tái)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，另一臺(tái)小汽輪機(jī)停運(yùn)，負(fù)荷升至80 MW后兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，耗汽量148.81 t。

3.2.3 輔汽總用量變化

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)過程中，輔汽總用量為407.15 t，2020年1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)過程中，輔汽總用量為315.45 t，采取一系列措施后減少輔汽用量91.7 t，輔汽耗用量下降。啟動(dòng)期間輔汽聯(lián)箱蒸汽參數(shù)約為壓力0.65 MPa，溫度200 ℃以上，減少91.7 t輔汽耗量(約22.8 %)，約減少標(biāo)煤用量10 t，同時(shí)可節(jié)約除鹽水91.7 t。此外，還可以降低機(jī)組啟動(dòng)期間臨機(jī)向啟動(dòng)機(jī)組的供汽負(fù)荷，單機(jī)運(yùn)行時(shí)能夠降低啟動(dòng)爐的供汽負(fù)荷。

4 結(jié)束語

提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性不僅僅局限于優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整方式與降低各部分熱損失。機(jī)組啟動(dòng)過程中，在保證安全的前提下優(yōu)化機(jī)組啟動(dòng)方式，延后備用給水泵小汽輪機(jī)和備用引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、并列時(shí)間，減少各階段停留時(shí)間，緊湊操作流程，節(jié)約輔汽耗量，同樣也能夠提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。