超超臨界1000MW機組運行調試關鍵技術分析

程輝

(國華徐州發電有限公司,江蘇徐州 221166)

超超臨界1000MW機組運行調試關鍵技術分析

程輝

(國華徐州發電有限公司,江蘇徐州 221166)

本文結合當前我國超超臨界1000MW機組的發展現狀,以徐州發電有限公司2×1000MW機組的調試過程為例,從超超臨界機組的啟動及運行、機組的可靠性和效率、節能技術幾個方面對運行調試技術要點進行了詳細闡述。

超超臨界 啟動及運行 可靠性 節能

1 前言

電力行業是我國經濟發展的強大后盾，而火力發電廠占我國發電站的很大一部分，是實施我國節能環保政策的關鍵領域。大力發展超臨界、超超臨界發電機組利于緩解我國煤炭資源的短缺、提升發電效率、減少環境污染。以能源的高效清潔利用為目標，火電廠發電機組的工作壓力不斷升高，大容量、高參數的超超臨界發電技術是未來火電機組的發展趨勢。本文以徐州發電有限公司2×1000MW機組(上大壓小)建設工程為研究對象，該工程的鍋爐采用SG3091/27.56-M54X，由上海鍋爐廠(技術支持方ALSTOM-EVT)制造，采用單爐膛、一次中間再熱，帶循環泵及擴容式啟動系統，平衡通風，露天布置，固態排渣煤粉爐，過熱器蒸汽流量為2943t/h，出口壓力27.34MPa(g)，出口溫度605℃。

2 現代超超臨界機組發展現狀

近些年來，隨著我國電力行業和科學技術的不斷發展，超超臨界機組的制

造技術逐步成熟。我國的超超臨界機組從無到有，取得了引人注目的成績。相對比亞臨界發電機組，超超臨界機組在蒸汽壓力、工作溫度上更進一步，發電效率提升了10%左右。這對于我國逐步實現節能減排、緩解氣候壓力、調整傳統的電力企業結構至關重要。從2006年第一臺超超臨界機組投入實際運行到如今，我國電力總裝機容量不斷增長，其中，火電仍然占絕大一部分比例[1]。

3 機組的啟動及運行方面

機組啟動和試運行中涉及很多技術，調試中遇到的問題也復雜多樣。徐州發電有限公司2×1000MW機組調試中發現的問題及處理建議見表1。

3.1 鍋爐的吹管問題

實際中1000MW超超臨界機組的蒸汽、流量指標高，故設備蒸汽吹管的高效進行對設備的可靠啟動試運至關重要。具體的吹管工序應當按照以下流程進行：首先，要根據設備及具體的運行條件，編寫高效合理的吹管操作計劃。鑒于不同的機組設備的主汽門進行吹管的堵汽模式、堵閥結構的差異，其對不同的溫度、壓力、蒸汽吹管流量的承受能力各不相同，進行科學的操作前評估是很有必要的。比如，出于操作安全高效的考慮，1000MW超超臨界機組更適宜采用不帶主汽門、以穩壓方式進行吹管操作；其次，為預防吹管過程中發生爆管、膨脹異常、吹管系數不高等問題，應當在操作時對臨時吹管設備中的關鍵部件，如相關的閥門、管道支架、限位器、靶板等進行仔細核查，及時發現并解除隱患；最后，在具體的吹管方案執行過程中，應當對各系統的運行狀態、出現的設備故障嚴格監控，做好整體協調工作，采用相關的傳感探測設備代替人員進行相關的危險操作，做好整個吹管過程的管控。

3.2 機組微油點火啟動技術

當前我國發電企業采用較多的有等離子點火[2]、微油點火、熱空氣直接點燃煤粉3種點火方式。徐州發電有限公司2×1000MW機組系統采用微油點火方式，該方式通過壓縮空氣打碎燃料油，再經過霧化后用于燃燒，并將此過程產生的熱量用于加熱燃料及擴容等操作，待油滴氣化后，用于油槍的燃燒，該方式具有燃料燃燒效率、火焰溫度高等特點。其中，微油點火系統包括微油點火煤粉燃燒器、微油點火油槍及管路、油配風系統、霧化壓縮空氣系統、高能點火系統、一次風測風系統、火檢系統、燃燒器壁溫檢測系統、一次風加熱系統等。

鑒于微油系統的加入會影響磨煤機的點火能量和跳閘等，在實際的應用中，出于鍋爐安全考慮，應當把微油系統控制、“微油模式”投切邏輯用于微油點火系統。

3.3 一次調頻技術

該技術是針對電網頻率的穩定而提出的，在實際的電網運行過程中，電網的頻率會受參與并網的發電機組的事故切除以及大負荷的事故解裂的影響，此時就需要使用一次調頻技術。目前應用的分散控制系統，能夠對達到該條件的系統中的鍋爐側及汽機側設備完成協調控制，促進了一次調頻技術的發展。

3.3.1 一次調頻的原理

對于正常運行中的電網，其頻率隨發電功率及負荷的變化而變化，當電網系統的功率供不應求時，其頻率會出現降低，而當系統功率供大于求時，頻率相應的增加。一次調頻技術就是指通過自動的增加或者減少機組發出的有功功率量，從而達到一個動態的平衡，實現電網頻率的相對穩定。

3.3.2 相關條件

為了一次調頻自動頻率控制功能的正常實現，需要滿足以下技術條件：(1)合理的設置一次調頻的死區時間，由于發電側和電網側對死區時間的追求的相互矛盾，需要在兩者之間做出權衡；(2)在一次調頻實施過程中，調頻速度不等率的大小不同會導致調節效果不明顯或降低機組運行的穩定，推薦設定為4%-5%；(3)從發電機組可靠運行的角度，應當為一次調頻中的最大負荷變化值設定一個合理的區間范圍。

3.3.3 一次調頻控制方法的改進

在實際應用中，應當結合具體運行情況，對一次調頻控制進行適當的完善和改進。包括降低頻率調控的不確定因素、有效增強負荷調節能力等方面。在實際中，一方面，若調頻控制不充分考慮實際機組工況的改變、閥門流量曲線的差異，會降低系統調頻的性能，此時，可以把一次調頻中轉速調節的比例前饋系數進行修正，而修正過程應當充分考慮壓力、溫度、閥門的特性等因素；另一方面，針對機組調頻過程中出現的負荷調整能力不足的問題，可以通過使用凝結水進行節流，實現機組低壓缸抽汽的急劇減小，從而達到負荷快速變化的目的。

3.4 爐水泵電機腔室溫升監控技術

3.4.1 爐水泵及其故障簡述

應用于超超臨界機組中的爐水循環泵具有揚程小、流量小的特點，其作用在于設備運行初期促進鍋爐水冷壁的水循環過程、提升運行效率。在實際的1000MW機組鍋爐運行中，啟動系統的爐水循環泵會因電機腔室內的溫度異常引發斷電，直接危害了機組安全高效運行。

3.4.2 溫升異常故障分析

對于此故障，主要原因一般是由于泵的電機腔室內的濾網被雜物堵塞，致使設備內部的冷卻水循環受阻，熱量散發效率降低，最終引發溫度升高。腔室中雜物的存在不僅使得電機的繞組不斷的承受機械摩擦，更可能降低電機的絕緣和潤滑效果。通過對實際情況的總結，大致的原因包括設備電機腔內水質不達標、冷卻水發生泄漏、外部雜物進入電機腔室、設備腔室內部產生的雜物等。針對這個問題，應當采取一定的措施進行改善，例如加大水質監測的力度、加強設備金屬部件的防腐工作、附加專業的隔離過濾措施等。

表1 調試發現的問題及處理建議

表2 機組汽輪機常見振動故障的原因及消除措施

3.5 機組運行中汽輪機異常振動故障排除技術

3.5.1 常見振動故障簡述

在實際的汽輪機組運行過程中，發生機組的振動不足為奇，但是，這種振動也是有一個合理的范圍，超出該范圍就是發生了故障，存在很大的安全隱患。

應用中常見的振動包括強迫和自激式兩種。機組汽輪機常見振動故障的原因及消除措施見表2。

3.5.2 故障排查技術

在實際現場的機組維護工作中，對于該類故障的確認及排除方法一般是借助于先進的探測設備及精密的感應儀器，對汽輪機的振動信號進行采集和專業的分析，提取出反映設備故障的信號，幫助操作人員及時的發現問題原因，查找故障點。同時，要求相關人員對設備的運行狀態進行實時監測。

4 機組可靠性和效率方面

4.1 機組鍋爐基本信息的準備

通過對機組鍋爐的運行情況不斷進行跟蹤監測、分析預警，掌握鍋爐中的高溫設備、材料的運行狀態等方面的參數特性，能夠便于管理人員采取一定的優化及補償措施來延長機組鍋爐的使用壽命。而要完成這項工作，需要從以下幾個方面進行考慮：首先，應當對1000MW超超臨界機組中的關鍵部分和關鍵材料，如末級過熱器集箱、主蒸汽管道等，以及機組中廣泛采用的高等級耐熱鋼材等的物理、化學、機械等方面的參數進行全面的統計分析，為機組鍋爐壽命的管控提供基本的數據基礎；其次，掌握機組鍋爐內的溫度分布。機組內部的溫度分布情況會隨著機組燃燒模式的不同而改變，因此，必須通過準確、可靠的傳感器設置，掌握鍋爐內部、外部受熱面管的真實壁溫之間的關系[3]。

4.2 基于機組鍋爐基本信息的管控系統的建立

在對機組鍋爐的關鍵高溫金屬部件進行恒溫恒壓條件下的機械形變實驗、交變載荷條件下的疲勞損傷實驗、部件材料的抗氧化實驗等實際驗證后，掌握相關材料在不同工況下的特性參數，建立鍋爐的在線壽命評估模型、鍋爐實時內壁溫度檢測模型等。通過以上評估模型的建立，結合現代計算機技術，開發1000MW超超臨界機組的狀態管控系統，實現在線狀態監控、氧化皮脫落風險預測、機組使用壽命評估、機組數據管控等功能，便于機組設備的正常運行、有效降低爐管泄漏風險，提升設備運行的效率。

5 節能技術方面

盡管1000MW超超臨界機組具備一定的節能優勢，在實際應用中，仍然可以從節能設備的選擇、高效科學的工藝系統、合理用水等措施，進一步提高機組整體的節能效果。

5.1 節能設備的選擇

隨著技術的不斷發展，在新設備的選購或日常維護過程中，我們應當結合實際的工程情況，盡可能的采用先進節能的主輔機及配套設備。例如：(1)通過把動葉、靜葉可調軸流風機分別用于送風機及一次風機、引風機，能夠實現電網調峰，相比于傳統的離心風機，在提高效率的同時降低了電能的消耗；(2)對于輔機的選擇，推薦使用節能低損的機型，此外，應對發電量、備用機組數量、容量進行合理規劃配置，減少不必要的電能消耗；(3)在條件允許的情況下，不使用管式冷油器，而選擇更高效的，如汽機潤滑冷油器。

5.2 高效科學的工藝系統

除了選用先進節能的設備，采用高效科學的工藝也是必不可少。例如：(1)采用等離子點火裝置，而放棄傳統的油槍，不僅利于降低燃油的消耗，更因此節省了助燃系統的容量、體積，節約了材料和空間；(2)進行除灰工序時，對灰進行篩選，便于灰渣的重新利用；(3)安裝工業用電監控系統，通過對用電量、用電狀態、負荷變化等情況的掌握，合理的分配電能，減少不必要的電力設施建設。

5.3 合理用水

合理用水可以從生產工藝、用水管控制度等方面進行實施。例如，(1)依照生產各個環節對水質要求的不同，依次安排用水，如將生產廢水處理后用于清洗等過程，做好水的循環利用工作；(2)條件具備的情況下，采用海水作為冷卻的工具；(3)在廠區各用水處安裝水表，對用水情況進行監督；(4)設立專門的用水管理機構，制定獎懲機制。

6 結語

超超臨界機組以其高效的節能降耗優勢，具有很大的發展潛力。未來的火力發電將圍繞設計和制造參數更高的超超臨界發電機組、提升熱效率、減少運營成本和對環境的負面影響等方面進行。除了設備制造水平的提高，更高性能的耐熱鋼鐵材料的生產工藝也是我們追求的目標。

[1]何曉梅,羅昌福.超超臨界火電機組的選材及國產化進程.材料熱處理技術,2012(12).

[2]付龍龍,劉超.超超臨界1000MW機組等離子點火系統起動調試及運行.熱力發電,2008(4).

[3]杜保華,李耀君.超超臨界1000MW機組鍋爐壽命管理技術研究.熱力發電,2010(11).