國產660 MW超臨界直接空冷機組甩負荷試驗分析

杜建橋，曲海云，唐廣通，李路江

(1．河北省電力研究院，石家莊 050021；2．河北省電力勘測設計研究院，石家莊 050031)

1 概述

某電廠新裝2臺660 MW國產超臨界直接空冷機組，汽輪機選用CLNZK660-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、二缸二排汽、直接空冷凝汽式汽輪機，主要輔機設備有：2臺100%容量凝結水泵、3臺35%容量電動給水泵、3臺100%容量真空泵和56臺變頻空冷風機以及35%BMCR的高、低壓旁路系統。

鍋爐采用超臨界參數變壓直流爐，鍋爐結構為單爐膛、四角切向燃燒、一次再熱、平衡通風、固態排渣、Π型鍋爐，采用中速磨直吹式制粉系統，每臺鍋爐配6臺磨煤機，正常運行時投運5臺，1臺作為備用。脫硫系統原設計有煙氣旁路擋板，為響應國家環保政策要求，工程建設后期將其永久封閉，成為國內首套無旁路串聯增壓風機脫硫系統。

機組控制系統采用高壓全電調控制系統，由DEH、ETS組成。機組TSI及DEH均設置了電超速保護，機軸上裝設有機械超速保護，此外DEH還設置了OPC超速控制系統，OPC電磁閥將使高中壓調門快速關閉，抑制轉速的進一步上升。

該廠2臺660 MW超臨界直接空冷機組在基建調試中成功進行了甩負荷試驗。以下結合甩負荷試驗的具體操作過程，分析和探討試驗應重點注意的準備工作、操作要點和安全注意事項，為同類型機組甩負荷試驗方法的應用和改進提供參考。

2 試驗前的準備

2.1 必備條件

機組經過滿負荷運行，所有設備運行正常，主要設備無重大缺陷。FSSS、DAS、SCS、CCS、TSI、ETS、SOE裝置均完成功能試驗，各自動調節動態特性良好，投用正常。DEH調節系統靜態試驗、功能試驗、調門特性試驗均已完成，達到設計要求。調節保安系統動作可靠，超速試驗合格，就地及主控手動跳閘裝置動作正常。

主蒸汽門和調速汽門嚴密性試驗合格；高、中壓調門活動試驗正常；抽汽逆止門聯鎖動作正常，關閉靈活。交、直流潤滑油泵自啟動試驗正常。汽輪機旁路熱態調試完畢，功能試驗達到設計要求。汽輪機防進水保護功能正常，汽輪機本體疏水門、低壓缸噴水閥等聯鎖動作正常。除氧器的汽源切換試驗正常，切換中汽源壓力平穩過渡。汽輪機真空破壞門遙控開、關正常。

發電機主開關和滅磁開關跳、合正常。直流電源系統可靠供應。發電機自動勵磁調節器功能正常。廠用電切換試驗完成，切換靈活快速。柴油發電機調試完畢，保安電源切換試驗正常。

爐膛、燃燒器和各受熱面沒有嚴重的結焦現象。鍋爐過熱器、再熱器安全閥校驗合格。確認EBV閥送電，閥前手動門已開啟，操作開關EBV閥一次，確認其靈活可靠。制粉系統、燃燒系統的調整試驗已完成。廠用蒸汽汽源能夠正常投入。

試驗用通信設備齊備，至少擁有可使用同一頻道的對講機4臺。甩100%負荷試驗時現場工作人員必需的繩索、耳塞和通信設備等齊全，并做好準備。甩負荷經中調批準，甩負荷時，電網周波不低于50 Hz。高速數據采集儀已接線完畢，記錄速率設定為200點/s。

2.2 必要操作

進行廠用電切換，確認廠用電切換至啟動備用變壓器。除氧器汽源由本機切換至輔汽供給。汽輪機軸封用汽及高、低旁路系統蒸汽管道預暖；電動給水泵再循環管道預暖。解除機組的部分聯鎖：發電機主開關跳閘觸發汽輪機跳閘；鍋爐MFT觸發汽輪機跳閘；汽輪機高排壓比保護聯鎖；鍋爐給水流量低MFT保護聯鎖。調整除氧器水位在較低水位(約1 800 mm)運行，排汽裝置水位在正常水位，爐膛壓力在100 Pa附近。投入等離子點火裝置。

3 試驗過程

3.1 甩50%負荷

試驗前機組主要參數為：負荷330.8 MW，主蒸汽壓力14.15 MPa，主蒸汽溫度549 ℃，再熱蒸汽壓力2.02 MPa，再熱蒸汽溫度529 ℃，3套制粉系統運行。

某日21時00分機組升負荷至340 MW，同時退出發電機AVC，將發電機無功功率升至100 MVar；啟動主機潤滑油泵、高壓密封油備用泵正常；21時05分，開始進行機組甩50%負荷試驗，試驗倒計時剩10 s時每間隔5 s停運C、B磨煤機， 保留A磨煤機等離子方式運行；倒計時剩1 s時，將2個低壓旁路調整門直接開至30%，倒計時至0 s時，試驗總指揮發出“開始”指令，斷開發電機主開關，同時鍋爐側運行人員手動打開EBV閥泄壓，汽輪機側運行人員調整高、低壓旁路門，汽輪機高排通風閥開啟。

汽輪機在甩負荷后高、中壓調門迅速關閉，機組轉速最高飛升至3 109 r/min，后回落至2 979 r/min，逐漸穩定在3 000 r/min，整個動態過程歷時70 s，OPC動作一次。甩負荷后鍋爐側引風、增壓風機自動調整及時，負壓波動最大達-300 Pa，主蒸汽壓力最高升至16.97 MPa，后開始下降,主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度下降至500 ℃后趨于穩定。檢查各項參數正常，試驗結束，恢復正常操作，于21時37分重新并網。

甩50%負荷機組主要參數變化曲線見圖1。

圖1 甩50%負荷機組主要參數變化曲線

3.2 甩100%負荷

試驗前機組主要參數為：負荷660.6 MW，主蒸汽壓力23.4 MPa，主蒸汽溫度556 ℃，再熱蒸汽壓力3.97 MPa，再熱蒸汽溫度561 ℃，5套制粉系統運行。

機組于00時56分開始進行甩100%負荷試驗，倒計時剩10 s時每間隔5 s停運C、D、E磨煤機， 保留A、B磨煤機運行；倒計時至0 s時，試驗總指揮發出“開始”指令，斷開發電機主開關，同時鍋爐側運行人員手動打開EBV閥、現場試驗人員手動拉開過熱器出口安全閥進行泄壓，汽輪機側運行人員根據主蒸汽壓力變化情況調整高壓旁路調整門開度。

甩負荷后汽輪機高、中壓調門迅速關閉，機組轉速最高飛升至3 205 r/min后回落至2 988 r/min，逐漸穩定在3 000 r/min，整個動態過程歷時51 s，OPC動作一次。通過高低壓旁路的調整和手拉過熱器出口安全門進行泄壓，未造成鍋爐超壓，主蒸汽壓力最高升至27.7 MPa后逐漸回落，主、再熱蒸汽溫度基本保持在549 ℃和555 ℃。檢查機組各項參數正常，試驗結束，恢復正常操作，具備并網條件，準備并網。00時59分因高壓旁路調整門門桿與執行器脫扣，決定停機消缺，01時02分機組停運。

主要運行參數變化曲線如圖2所示。

圖2 甩100%負荷機組參數變化曲線

4 試驗結果及數據分析

4.1 甩50%負荷

甩50%負荷后，汽輪機轉速最高飛升至3 109 r/min后回落，70 s后速穩定在3 000 r/min，轉速動態超調量為4.0%，滿足規程中甩50%負荷動態超調量不超過5%的要求；同時，甩負荷后機組的主蒸汽、再熱蒸汽溫度波動很小，主、再熱蒸汽壓力維持良好，鍋爐燃燒穩定，并實現了快速并網，因此機組具備進行甩100%額定負荷的條件。

4.2 甩100%負荷

甩100%負荷過程中，通過高、低壓旁路調整和手拉安全門控制主、再熱蒸汽壓力，參數維持良好，鍋爐保持2臺磨煤機運行，燃燒穩定。機爐熱力系統及各輔機設備運轉正常，各主要參數調節平穩，機組各保護動作正常。甩100%負荷試驗后，汽輪機轉速最高飛升至3 228 r/min分后回落，51 s后穩定在3 000 r/min，機械超速保護裝置和電超速保護均未動作，動態超調量為7.6%，汽輪機調節控制系統的動態調節特性良好，能夠適應甩負荷工況的要求。甩100%負荷后的轉速飛升曲線見圖3。

圖3 甩100%負荷記錄儀曲線

該次試驗最終實現了鍋爐不滅火、不超壓，汽輪機不超速，發電機不過電壓，脫硫、脫硝系統全程投入，且機組具備了快速并網條件。

5 試驗的操作要點

5.1 主蒸汽、再熱蒸汽壓力的調整

機組發生甩負荷后必然造成鍋爐主蒸汽、再熱蒸汽壓力急速上升，因此甩負荷的同時首先快速打開低旁門，同時根據鍋爐壓力快速調整高旁門，但要注意高、低旁后的溫度不要超溫。為了使主蒸汽壓力盡快恢復正常、減輕高壓旁路調整壓力，甩負荷的同時必須打開電磁泄壓閥，而且甩100%負荷時還要采取就地手拉過熱器出口安全門的方式配合降低主蒸汽壓力，試驗結果證明，此種方式在較短時間內將主蒸汽壓力有效控制，為快速并網創造了條件。

5.2 主蒸汽、再熱蒸汽溫度的調整

由于甩負荷后鍋爐蒸發量快速銳減，為保證蒸汽的過熱度，避免蒸汽帶水，并且為機組盡快并網創造條件，減溫水的控制必須超前準備。因此，在甩負荷倒計時40 s左右(此時間一般取決于減溫水閥門全行程動作歷時)，開始操作關閉所有的減溫水調整門和電動截止門。試驗結果表明，減溫水的超前控制是必要的，在甩負荷后約5 min內，蒸汽溫度變化不大，而后隨鍋爐蒸發量緩慢變化，為機組盡快并網提供了支持。

5.3 鍋爐燃燒的調整

由于機組高、低壓旁路容量為35%BMCR，機組甩負荷后鍋爐只能維持較低的蒸發量，因此，燃料的減少必須快速、同步并且保證安全燃燒。燃料減少過早勢必影響甩負荷“開始”時的負荷量，減少過晚將可能引起鍋爐長時間超壓并給甩負荷后的操作制造麻煩，而且減燃料速度過快可能引起爐膛負壓大幅波動甚至造成負壓保護動作。試運期間通過對制粉系統運行特性和鍋爐燃燒特性的摸索和試驗，最終確定了每間隔“5 s”停運一套制粉系統，甩50%負荷時保留一套(A制粉系統)，甩100%負荷時保留2套(A、B制粉系統)，并根據燃燒情況適當調整制粉出力的方式。甩50%、100%負荷后，鍋爐均實現了安全、穩定燃燒。

5.4 爐膛負壓的控制

因該工程在建設后期永久封閉了脫硫系統煙氣旁路擋板，成為了國內首例無旁路串聯增壓風機脫硫系統，因此，增壓風機與鍋爐引風機調節特性的合理匹配是鍋爐爐膛負壓控制的關鍵環節，尤其機組異常運行工況時(甩負荷、RB)，除了燃料的合理控制以外，增壓風機的調節方式更是技術難點。通過負壓擾動等試驗的摸索，確定了增壓風機的協調控制方式，即：以送風機開度作為前饋，脫硫系統入口煙氣壓力作為反饋，并增加甩負荷、RB特殊工況時的增壓風機動葉預動作邏輯，避免了增壓風機與引風機的相悖調節，甩50%負荷時爐膛負壓最大波動至“-300 Pa”，甩100%負荷時爐膛負壓最大波動至“-625 Pa” ，實現了鍋爐爐膛負壓的可靠控制。

5.5 凝結水、給水的調整

由于該工程機組配備3臺35%額定容量電動給水泵系統，因此，甩負荷試驗時給水的調整采用了甩負荷后停運1臺給水泵、退出第2臺給水泵并熱備用、保持第3臺給水泵正常上水的方式，同時，根據主蒸汽壓力的變化及時調整給水壓力，保證甩負荷后鍋爐給水流量至少在650 t/h以上。但要特別注意，甩負荷后給水量的劇烈變化勢必造成除氧器水位大幅波動，從而造成凝結水主調門頻繁調整，高、低壓旁路的調整特別要求凝結水保持較高壓力，此時凝結水泵必須切換至工頻運行，因此，凝結水系統的壓力將大幅變化，甚至出現瞬間超壓，而精處理系統的管道法蘭因無法承受這種壓力變化可能會出現噴水現象，所以在機組甩100%負荷時，需臨時退出精處理系統，甩負荷后恢復正常運行。

5.6 汽輪機轉速的控制

甩負荷試驗成功的重要標志是汽輪機不超速，因此，試驗前對甩負荷邏輯進行了優化，即甩負荷后聯開高排通風閥、導汽管通風閥及第二通風閥，主、再熱管道疏水閥門取消聯開，這樣大大降低了有害氣體做功的能力，有效保證了汽輪機轉速的可靠控制。

6 結束語

此次試驗的成功表明，雖然超臨界機組甩負荷后工況變化劇烈，運行參數的調整和系統設備的操作相對復雜而且比較困難，但通過制定科學的操作方案，細化試驗責任分工和必備條件，明確關鍵的操作要點，試驗過程中根據各參數的變化情況，合理控制操作步序的時間間隔，完全可以實現甩負荷后鍋爐不滅火、汽輪機不超速并維持空轉、發電機不過電壓和迅速恢復并網帶負荷的標準要求。該型國產660 MW超臨界直接空冷機組甩負荷試驗中采取的措施和操作要點等，可為同類型機組甩負荷試驗方法的應用和改進提供參考和借鑒。