超臨界機組啟動節(jié)能優(yōu)化研究

文 // 謝煜華 廣東珠海金灣發(fā)電有限公司

1 前言

廣東珠海金灣發(fā)電有限公司2×600MW燃煤機組，汽輪機為上海汽輪機有限公司制造生產(chǎn)，型號為N600-24.2/566/566的反動式、超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式600MW汽輪機組。與上海鍋爐廠制造的超臨界螺旋管圈、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、四角切圓燃煤直流爐以及上海汽輪發(fā)電機有限公司生產(chǎn)的QFSN-600-2三相同步汽輪發(fā)電機配套。

自機組投產(chǎn)以來，機組的運行狀況良好，機組的能耗水平也逐年下降。但是，對照國外同類型機組，其能耗水平及經(jīng)濟指標(biāo)尚有一定的差距。為切實響應(yīng)了國家節(jié)能降耗的號召，進一步降低機組能耗，提高公司的競爭力，金灣公司大力開展節(jié)能降耗工作，結(jié)合機組的實際運行情況，開展了機組啟動節(jié)能優(yōu)化研究，通過優(yōu)化機組的啟動操作和運行方式，有效降低了機組的啟動能耗，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 機組啟動節(jié)能優(yōu)化

2.1 縮短鍋爐啟動階段參數(shù)調(diào)整時間

為節(jié)約燃油，鍋爐采用等離子點火方式啟動，鍋爐啟動時，啟動制粉系統(tǒng)用等離子方式點火并升溫升壓。由于磨煤機啟動最小煤量為16t/h，點火初期爐膛的熱負(fù)荷增加過快，導(dǎo)致鍋爐汽溫上升過快，升溫升壓率均達(dá)不到要求。而且汽輪機要求的沖轉(zhuǎn)參數(shù)嚴(yán)重不匹配，需要反復(fù)調(diào)整才能達(dá)到汽輪機沖轉(zhuǎn)所需參數(shù)，浪費大量的時間，同時嚴(yán)重影響鍋爐受熱面、蒸汽管道、汽輪機設(shè)備等安全性，這是影響機組啟動速度及安全的重要因素之一。為此，經(jīng)調(diào)研分析后采取了選擇合適的啟動用煤、降低鍋爐啟動給水流量等措施，取得較好的效果。啟動時調(diào)整時間短，參數(shù)穩(wěn)定，容易達(dá)到汽輪機沖轉(zhuǎn)要求。同時，給水流量降低后，電動給水泵的電耗明顯減少，前后電流降低了約100A。

（1）選擇合適的啟動用煤

為了降低鍋爐采用等離子點火方式啟動時爐膛熱負(fù)荷增加地快的問題，啟動用煤的選擇顯得尤為重要。煤的低位熱值，應(yīng)在5000～5200kcal，過高會導(dǎo)致熱負(fù)荷過高；過低則導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定。煤的揮發(fā)分應(yīng)在30%～35%，此時煤粉容易著火，燃燒快；過低不利于著火，過高帶來安全問題。煤的水分和灰分應(yīng)盡量低，過高會造成不好著火和燃燒不穩(wěn)；選擇這樣的煤種可提高煤的著火速度，加快煤粉燃燒，縮短火焰長度，降低受熱面的熱負(fù)荷。

（2）提高暖風(fēng)器換熱效果

加強對磨煤機暖風(fēng)器的檢修維護，在機組檢修時，必須對磨煤機暖風(fēng)器進行徹底檢查，及時對換熱器及相關(guān)閥門進行檢查清理，必要時對換熱面進行沖洗，增加暖風(fēng)器換熱效果。鍋爐啟動投運暖風(fēng)器時，應(yīng)全開暖風(fēng)器進汽閥和疏水閥，適當(dāng)提高供汽壓力和溫度，從而提高磨煤機的進風(fēng)溫度，有利于煤粉在爐膛的著火燃燒。

（3）降低鍋爐啟動給水流量

為保護設(shè)備，原設(shè)計鍋爐最低啟動給水流量為約30%（610t/h），通過調(diào)研分析，借鑒國內(nèi)同類型電廠經(jīng)驗，將給水流量降低至450～500t/h。這樣，通過降低給水流量，在熱負(fù)荷不變的情況下，產(chǎn)汽量增加，鍋爐主再熱器氣流量增加，從而降低汽溫，更受利于汽溫控制，大幅縮短調(diào)整的時間。

（4）注意事項

①啟動時，在降低給水流量前，應(yīng)先把給水流量保護值進行修改，給水流量低低跳閘值改為400t/h，機組并網(wǎng)后再將低低跳閘值恢復(fù)至原539.5t/h，而給水流量則隨其他參數(shù)的變化而進行適當(dāng)調(diào)整。

②鍋爐升溫升壓期間，加強檢查膨脹指示是否正常。

③啟動過程，應(yīng)嚴(yán)格按照升溫升壓曲線進行。

④注意監(jiān)視水冷壁螺旋管和垂直管壁溫，壁溫應(yīng)該平衡上升，控制相鄰壁溫偏差不超標(biāo)準(zhǔn)，如出現(xiàn)異常，及時進行調(diào)整，直至偏差減小。

本文對風(fēng)電接入電網(wǎng)后備用容量的確定方法進行了總結(jié),分析了考慮可中斷負(fù)荷作為備用容量的優(yōu)勢,歸納了備用容量費用分?jǐn)偟姆椒ê驮瓌t,為風(fēng)電并網(wǎng)后輔助服務(wù)中的備用容量費用分?jǐn)倖栴}提供了一些思路。但是,在備用容量的研究中,仍然存在著很多問題。

2.2 盡快投入回?zé)嵯到y(tǒng)運行

（1）投入除氧器加熱

在鍋爐點火前幾個小時投入除氧器輔汽加熱運行，通過輔汽加熱，盡可能把除氧器水溫提高，然后再點火。這樣，可縮短鍋爐的啟動時間，減少啟動耗能。值得注意的是，應(yīng)嚴(yán)格控制除氧器的溫升速度，避免除氧器及管道振動過大，特別是投輔汽初期。

（2）低加隨機滑啟

根據(jù)廠家要求，保證低加汽側(cè)正常疏水壓差，優(yōu)化前機組啟動時低加汽側(cè)投入時機一般在100MW左右，或者更高負(fù)荷。通過調(diào)研分析和試驗，將低加汽側(cè)投入時間提前至機組并網(wǎng)后，負(fù)荷約60MW時，投入低加運行。此時，由于抽汽壓力較低，低加疏水無法正常逐級自流，應(yīng)將低加危急疏水打開，疏水回流至凝汽器，待機組負(fù)荷上升，抽汽壓力上升，低加疏水可以逐級自流后，關(guān)閉危急疏水，疏水切到正常運行方式。

（3）高加隨機滑壓

優(yōu)化前，高加汽側(cè)投入時間在150MW左右。這種啟動方法經(jīng)濟性差；高加暖管時間長，延長機組啟動時間；高加投入時溫差大，損害高加壽命，此前多次出現(xiàn)高加管板泄漏。經(jīng)調(diào)研分析，國內(nèi)大部分機組高加均采用隨機滑啟方式，效果較好。

2.3 高加隨機滑壓的改造

（1）2號高加抽汽逆止門控制氣源改造

為了保護汽輪機，防止汽輪機進水，原設(shè)計是高加的抽汽逆止門必需在汽輪機掛閘后才能打開（掛閘后，汽輪機空氣引導(dǎo)閥打開，抽汽逆止門得到控制汽源壓縮空氣），否則無法操作。對3個高加進行分析發(fā)現(xiàn)，1號和3號高加是通過汽機抽汽口提供加熱蒸汽，在汽輪機沒有進汽前是沒有蒸汽的。而2號高加則是由高壓缸排汽提供加熱蒸汽，在啟動初期，由于機組一、二級旁路的存在，只要一級旁路打開有蒸汽流過，就可提供加熱蒸汽。因此，通過對抽汽逆止門控制氣源進行簡單改造，給2號高加加裝一路抽汽逆止門控制氣源(如圖1所示)，即可實現(xiàn)在鍋爐點火后即投入2號高加汽側(cè)運行，提高給水溫度。

如圖1所示，鍋爐點火且一、二級旁路開啟后，關(guān)閉空氣引導(dǎo)閥至2號高加逆止門控制氣源隔離門（2抽逆止門控制氣源手動閥），開啟新增的2抽逆止門控制氣源手動閥2，由熱工強制2號高加抽汽電動門、逆止門的開啟條件，然后開啟抽汽電動門、逆止門，打開2號高加危急疏水，關(guān)閉2號高加正常疏水，這樣，就實現(xiàn)了2號高加提前投入。

（2）高加隨機滑壓改造

汽輪機掛閘后，打開空氣引導(dǎo)閥至2號高加逆止門控制氣源隔離門（2抽逆止門控制氣源手動閥），關(guān)閉新增的2抽逆止門控制氣源手動閥2，將氣源切換至空氣引導(dǎo)閥供，恢復(fù)正常氣源，熱工恢復(fù)進汽電動門、逆止門開啟條件。

汽輪機掛閘后，機內(nèi)有蒸汽通過，將1號、3號高加抽汽電動閥、抽汽逆止門開啟，開啟危急疏水，關(guān)閉正常疏水，這樣，高加隨汽機沖轉(zhuǎn)逐漸暖管，待3號高加汽側(cè)壓力高于除氧器壓力0.2MPa后（負(fù)荷約240MW），將高加疏水切換至除氧器，并關(guān)閉各高加危疏閥，高加疏水轉(zhuǎn)為正常運行方式。

通過高加隨機滑啟，提高了給水溫度，有利于鍋爐強化燃燒，可提高機組的回?zé)嵝剩档团牌麚p失，提高機組啟動過程中的經(jīng)濟性；高加隨機啟動后，由于各抽汽口蒸汽的流動，加快了汽輪機缸體的加熱速度，從而有效的控制了汽輪機啟動中的脹差變化，大大加快了機組的啟動速度，降低了機組啟動費用；可使高加管板和鋼管的溫升均勻、正常，對防止高加鋼管泄漏有益。

（3）注意事項

在汽機沖轉(zhuǎn)后馬上投入高加，可能會降低給水溫度，在實際投運應(yīng)選擇合適的投運時間。在汽輪機沖轉(zhuǎn)過程中，由于高加進汽壓力和溫度較低，給水溫度可能高于高加進汽壓力對應(yīng)下的飽和溫度，所以高加汽側(cè)的蒸汽和積水被加熱，使給水溫度降低。因些，投運高加時應(yīng)注意抽汽壓力和給水溫度。

圖1 2號高加抽汽逆止門控制氣源管路改造圖

汽輪機的沖轉(zhuǎn)過程中，由于抽汽壓力較低，疏水只能走危疏，當(dāng)條件滿足切回正常疏水后，則會水位波動較大，不便于控制高加水位，對機組的安全運行不利，應(yīng)注意控制。

2.4 循環(huán)水泵啟動優(yōu)化

循環(huán)水系統(tǒng)為單元制，每臺機組配置2臺50%循環(huán)水泵，單臺泵功率2400kW，機組正常運行時，保持2臺循環(huán)水泵運行。因此，循環(huán)水泵電耗長期居高不下，高達(dá)1.0%～1.5%，直接影響了機組的能耗。自投產(chǎn)以來，機組啟動時，也采用這種運行方式，在機組啟動前，即啟動2臺循環(huán)水泵運行，循環(huán)水系統(tǒng)投入正常運行，此時大部分廠用輔機還沒有投入運行，造成廠用電極大的浪費。

為了有效降低啟動用電，對循環(huán)水泵啟動進行了優(yōu)化：在機組啟動前，視實際需要，先啟動一臺循環(huán)水泵，滿足機組啟動的需求，第二臺循環(huán)水泵，則視循環(huán)水溫度、凝汽器真空及機組負(fù)荷來啟動。一般情況下，夏季時可以在350MW時啟動，冬季時可以在600MW時啟動。這樣優(yōu)化后，第二臺循環(huán)水泵至少可少運行8h以上，節(jié)約大量的廠用電。

機組采用單循環(huán)水泵啟動，在啟動第一臺循環(huán)水泵后，應(yīng)加強監(jiān)視每二臺循環(huán)水泵及其出口閥情況，防止因出口閥關(guān)不嚴(yán)引起水倒流，損壞水泵。

3 結(jié)束語

通過以上措施，對機組啟動過程進行節(jié)能優(yōu)化，加快了機組的啟動速度，冷態(tài)啟動時間由原來的10～13h縮短為7～10h；啟動用電大幅下降，用電量由200萬kWh左右減少為150萬kWh；啟動耗油由120t減少為40t。取得明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。