淺談鉛鋅公司國產(chǎn)化透平發(fā)電機的成功經(jīng)驗

張慶文

(江西銅業(yè)集團公司鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500)

1 引言

長期以來，我國工業(yè)企業(yè)余熱回收發(fā)電幾乎全部依賴進口發(fā)電機組，鉛鋅公司起初設計也傾向于采用進口汽輪機，當時設計院推薦了2家國際著名的汽輪機公司，設備概算480萬歐元左右(約合人民幣4800萬元)，價格十分昂貴，并存在后續(xù)檢修費用高及備件訂貨周期長等一系列問題。因此，討論國產(chǎn)化設備是否能滿足我們的需求且能否成功運行成了關鍵中的關鍵。

為了打破國外蒸汽汽輪發(fā)電機在技術(shù)和價格上的壟斷，鉛鋅金屬公司在進行了充分考察和可行性調(diào)研的基礎上，決定與國內(nèi)有實力的設備生產(chǎn)廠家合作，將該設備國產(chǎn)化替代。該項目若成功實施能直接節(jié)約設備投資約3700萬元人民幣，并且還有降低維修費用及縮短維修周期等可觀的間接經(jīng)濟效益。

2 CRN10－3.6/0.785 型國產(chǎn)化透平發(fā)電機的簡單介紹

CRN10－3.6/0.785型透平發(fā)電機既為抽汽式、中間再熱冷凝型汽輪發(fā)電機[1]，裝機容量為10MW、入口蒸汽壓力為 3.6MPA、抽汽壓力為0.785MPA的透平發(fā)電機，主要用于利用回收基夫賽特爐余熱鍋爐、煙化爐余熱鍋爐、沸騰爐余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽來發(fā)電，并提供全廠低壓用戶所用蒸汽的設備。

3 CRN10－3.6/0.785 型國產(chǎn)化透平發(fā)電機運行中遇到的主要難點

由于該項目是首次運用，沒有相關的借鑒經(jīng)驗，一切要靠摸索來完成。從透平發(fā)電機成功投入運行至今，不論是設備方面還是運行方面都遇到了諸多難點(表1)。

表1 具體事項和對策

4 實例分析

鉛鋅主工藝線產(chǎn)生的蒸汽壓力較高，均在4.0 Mpa左右，并且是三大爐一起不間斷吹煉產(chǎn)出蒸汽送往透平發(fā)電機發(fā)電，造成透平發(fā)電機的進口壓力波動幅度較大(圖1)。

圖1 透平發(fā)電機蒸汽系統(tǒng)圖

4.1 透平發(fā)電機組進口壓力波動過大的危害與造成的效益問題

透平發(fā)電機的進口蒸汽量波動過大且透平發(fā)電機的運行控制為手動人為加減負荷，這樣一來:

(1)很容易造成入口蒸汽壓力過低，使得蒸汽帶水進入透平發(fā)電機:①會造成主、再熱汽汽溫急劇下降;②使得透平機組振動增大，聲音異常，并會造成水沖擊現(xiàn)象;③透平機組各類閥門閥桿、法蘭汽封等處大量冒汽，損壞設備;④使得負荷突然下降并造成負荷擺動，軸竄、脹差異常變化，推力軸瓦溫度、回油溫度異常升高等現(xiàn)象;⑤使得葉片產(chǎn)生嚴重的沖蝕損壞[2－4]。

(2)很容易使得蒸汽壓力憋高，超過設計值并使得各個余熱鍋爐相互憋壓，造成安全閥動作，影響整個主工藝的運行和余熱鍋爐安全。

(3)在管網(wǎng)蒸汽壓力憋高時，為不影響主工藝的生產(chǎn)，往往都是把蒸汽排空，大量的蒸汽排空不僅產(chǎn)生噪音污染還造成蒸汽的浪費，直接影響透平發(fā)電機的效益。

4.2 分析原因并制定處理方案

經(jīng)過多方的協(xié)同合作，得出造成該結(jié)果的原因主要有下面幾點:

(1)煙化爐余熱鍋爐的產(chǎn)汽量波動比較大的(見表2)。

(2)三大余熱鍋爐的產(chǎn)汽周期不固定，使得蒸汽管網(wǎng)的流量波動比較大。

(3)三大爐子的汽包產(chǎn)汽壓力設定都不一樣，造成蒸汽管網(wǎng)壓力漂浮不定。

(4)透平發(fā)電機組的運行模式為手動控制，不能及時的發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)壓力的變化趨勢。

表2 為設計院設計各個余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)

根據(jù)上述情況制定了處理的初案:

(1)要求煙化爐操作人員盡量避免產(chǎn)汽量瞬間大起大落，給動力中心操作人員留出一定的操作時間。

(2)協(xié)同合作;要求三大爐的吹煉周期盡量保持協(xié)調(diào)，以不造成蒸汽管網(wǎng)壓力波動過大。

(3)統(tǒng)一三大爐的余熱鍋爐汽包壓力設定。

根據(jù)多方協(xié)同處理，并經(jīng)過多次的驗證表明，光是處理外部因素還是不能達到我們的要求，透平發(fā)電機的入口蒸汽壓力波動幅度還是很大。這時，我們把眼光轉(zhuǎn)向了透平發(fā)電機組，是不是可以改變透平發(fā)電機的控制模式?比如把負荷控制改成功率控制或者壓力控制?

4.3 方案的選擇與實施

4.3.1 選擇方案

根據(jù)我們的了解，國產(chǎn)的透平發(fā)電機的負荷控制模式都是手動控制，并沒有出現(xiàn)過自動負荷控制的先例。但是，國外的大部分機組都能實現(xiàn)負荷的自動控制。為此，我們查找了大量的資料，最后從透平發(fā)電機的控制系統(tǒng)505E上面發(fā)現(xiàn)(表3)[5]:

表3 為505E上串級編輯說明圖

從上表可以看出，其實505E是可以實行串級的自動負荷控制的，控制方式為串級控制。只是現(xiàn)階段很多的控制功能未能得到發(fā)現(xiàn)和改善[6]。

表4 為具體的可修改程序

4.3.2 具體的實施

經(jīng)過多次與廠家協(xié)商，并說明了管網(wǎng)蒸汽波動的問題和505E控制上的自動控制功能，分析了可行性。

當組態(tài)為非發(fā)電機運用時，轉(zhuǎn)速PID始終以轉(zhuǎn)速控制方式運行。而當組態(tài)為發(fā)電機運用時，發(fā)電機和電網(wǎng)斷路器的狀態(tài)決定了轉(zhuǎn)速PID的運行方式。

當發(fā)電機和電網(wǎng)的斷路器都閉合時，轉(zhuǎn)速PID以機組負荷控制方式運行。在電網(wǎng)中并列運行時，給定值高于額定轉(zhuǎn)速就能使負荷從0增加到100%。機組的負荷被轉(zhuǎn)換成額定轉(zhuǎn)速的百分比。

不等率% ×發(fā)電機負荷×額定轉(zhuǎn)速=給定值變化

這說明:當機組在電網(wǎng)中并列運行時，轉(zhuǎn)速給定值能從3000rpm調(diào)整至3150rpm使機組負荷從零增加到100%。

由此我們決定把透平發(fā)電機的運行模式修改為串級控制，當透平發(fā)電機成功并網(wǎng)后并帶上一定負荷，汽機轉(zhuǎn)速顯示為3015rpm以上、負荷在967KW時，即可投入串級控制。

當透平發(fā)電機處于串級控制狀態(tài)時，會根據(jù)我們所設的透平入口蒸汽壓力值來調(diào)整負荷，使得入口蒸汽壓力一直處于平穩(wěn)的狀態(tài)。

4.4 效果檢查

跟蹤運行了一個月，透平發(fā)電機運行十分的平穩(wěn)，蒸汽管網(wǎng)壓力放空次數(shù)為零、余熱鍋爐安全閥動作次數(shù)為零、透平發(fā)電機各項控制參數(shù)都在最佳的范圍內(nèi);直接經(jīng)濟效益非常的可觀(見表5、表6)。

表5 為2013年度透平發(fā)電機發(fā)電量、作業(yè)率、汽耗率的對比圖

表6 汽輪機發(fā)電量、作業(yè)率及汽耗率一覽表

5 結(jié)語

設備國產(chǎn)化一直是鉛鋅公司乃至集團公司一直所致力的目標，余熱蒸汽發(fā)電的透平發(fā)電機一直以來都是以國外進口的為主，在有色冶煉行業(yè)里一直是半空白狀態(tài)，這一課題開創(chuàng)了集團公司的先河，并最終取得了空前的成功。隨著鉛鋅公司今后產(chǎn)能規(guī)模進一步擴大，發(fā)電量一定會隨之增加，將為公司帶來更加長期、可觀的經(jīng)濟效益。

[1]馮慧雯.汽輪機課程設計參考資料[M].北京:水利電力出版社，1992，11:49－53.

[2]康松，楊建明，胥建群.汽輪機原理[M].北京:中國電力出版社，2000，9:7－9.

[3]毛國光.對600MW級汽輪發(fā)電機選型的一些看法[J].中國電力，1999(10):12－23.

[4]李冬梅.220MW空冷汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子通風結(jié)構(gòu)CFD分析[J].東方電機，2006(01):31－55.

[5]Fitzgerald.505E Governor Installation and Operation Manual[M].CH8585018V1，1997:33－45.

[6]Fitzgerald.505E Governor Installation and Operation Manual[M].CH8585018V1，1997:21－25.