國產(chǎn)首臺660 MW二次再熱機組三級旁路系統(tǒng)的設置與運行

王乾遠，普建國，劉世雄

(西安熱工研究院有限公司，陜西西安，710051)

國產(chǎn)首臺660 MW二次再熱機組三級旁路系統(tǒng)的設置與運行

王乾遠，普建國，劉世雄

(西安熱工研究院有限公司，陜西西安，710051)

文章介紹了江西省華能安源發(fā)電有限公司新建660 MW超超臨界二次再熱機組的情況，并簡述三級旁路的作用，在鍋爐點火啟動、汽輪機啟動過程中的旁路控制。在鍋爐MFT后通過對旁路的控制，合理地利用鍋爐儲熱，提供足夠的輔助蒸汽汽源，確保給水泵小汽機和引風機小汽機維持運行，為機組快速啟動創(chuàng)造條件。

汽輪機，二次再熱，聯(lián)合啟動

1 前言

以煤炭為主的能源結構決定了火力發(fā)電在現(xiàn)階段的主力作用。繼超超臨界技術成熟之后，新一代高效二次再熱技術的應用受到業(yè)界的普遍關注。二次再熱技術是 《國家能源技術 “十二五”規(guī)劃》的重點攻關技術，也是國家 《2014～2020年煤電節(jié)能減排升級及改造行動計劃》推進示范技術，二次再熱代表了當前世界領先發(fā)電技術，具有高效率、低能耗、低排放等優(yōu)勢，是目前提高火電機組熱效率的有效途徑。隨著2015年6月27日我國首臺二次再熱機組——華能安源電廠新建工程1號機組順利通過168 h連續(xù)滿負荷試運，不僅標志著我國電力設計、制造、安裝和調(diào)試水平又上了一個新臺階，同時為二次再熱發(fā)電技術在國內(nèi)的推廣應用作出了示范，對促進我國能源生產(chǎn)革命、建設創(chuàng)新型國家具有重要意義。

采用二次再熱機組的系統(tǒng)，蒸汽在超高壓缸、高壓缸做功后分別返回鍋爐的高壓一級再熱器和低壓一級再熱器中再次加熱，相比于一次再熱系統(tǒng)，二次再熱系統(tǒng)鍋爐多了一級再熱器，增加了能量分配和調(diào)溫的技術難度，汽機也增加了一個超高壓缸，多了一套主汽與調(diào)節(jié)汽門的協(xié)調(diào)控制，增加了一級旁路。目前全世界的火電機組仍以一次再熱為主，過往的二次再熱機組因造價與收益問題，經(jīng)濟性不高，未能廣泛采用。隨著二次再熱技術的成熟，在降低造價的同時能源利用效率提高，將越來越受到發(fā)電企業(yè)的關注。

2 機組介紹

華能安源電廠 “上大壓小”新建工程2×660 MW超超臨界機組1號機汽輪機為東汽自主研發(fā)的660 MW型超超臨界、二次中間再熱、沖動式、四缸四排汽、凝汽式汽輪機，機組具有十級回熱抽汽。與HG1938-32.45/605/623/623型超超臨界直流鍋爐及QFSN-660-2-22型水氫氫冷卻發(fā)電機組配套。

從鍋爐過熱器出來的主蒸汽經(jīng)過主蒸汽管道進入超高壓主汽調(diào)節(jié)閥，然后再由超高壓主汽管導入超高壓缸。在超高壓缸內(nèi)做功后的蒸汽通過一次再熱冷段管道進入鍋爐再熱器。一次再熱后的蒸汽溫度升高到620℃，壓力10.143 MPa，再經(jīng)過一次再熱熱段管道進入高壓主汽調(diào)節(jié)閥，而后由高壓主汽管導入高壓缸。在高壓缸內(nèi)做功后的蒸汽通過二次再熱冷段管道進入鍋爐再熱器。二次再熱后的蒸汽溫度升高到620℃，壓力3.196 MPa，再經(jīng)過二次再熱熱段管道進入中壓主汽調(diào)節(jié)閥，由中壓主汽管導入中壓缸。

該機組采用三級串聯(lián)旁路系統(tǒng)以實現(xiàn)三缸聯(lián)合啟動，系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)較簡單，旁路系統(tǒng)和調(diào)節(jié)閥協(xié)調(diào)可與汽輪機并聯(lián)運行，分別對過熱器和一級、二級再熱器出口蒸汽實現(xiàn)壓力控制和流量分配，能適應各種啟動工況下沖轉蒸汽與金屬溫度的匹配，以及保護再熱器不干燒。

圖1 三級串聯(lián)旁路系統(tǒng)圖

3 旁路系統(tǒng)應用

汽輪機旁路系統(tǒng)主要是協(xié)調(diào)機組啟動期間鍋爐產(chǎn)汽量和汽機進汽量之間的不平衡。對過熱器和再熱器系統(tǒng)預熱，加快啟動速度。

采用40%容量的高、中、低三級串聯(lián)旁路系統(tǒng)，實現(xiàn)超高壓、高壓、中壓三缸聯(lián)合啟動高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥參與機組調(diào)節(jié)，改善機組啟動特性及沖轉過程中蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定。三缸聯(lián)合啟動時，為避免超高壓缸、高壓缸排汽溫度超限和高背壓、小流量引起葉片鼓風發(fā)熱，中壓、低壓旁路整定壓力分別為2.5 MPa和0.8 MPa。超高壓缸、高壓缸、中壓缸排氣溫度限制值分別為520℃、520℃和400℃。

主蒸汽管和超高排蒸汽之間，直接由一根聯(lián)接管聯(lián)接起來，而高壓旁路控制閥位于聯(lián)接管道上。高壓旁路閥用來旁通到超高壓缸的過熱蒸汽，同時該閥將主蒸汽壓力減壓至超高壓再熱冷段壓力水平。一次再熱熱段和高壓缸排汽之間，直接由一根聯(lián)接管聯(lián)接起來，而中壓旁路控制閥位于聯(lián)接管道上。中壓旁路閥用來旁通到高壓缸的過熱蒸汽，同時該閥將一次再熱熱段蒸汽壓力減壓至高壓排汽壓力水平。在二次再熱熱段管道和凝汽器之間配備有連接管道，通過它將二次再熱熱段蒸汽排入凝汽器。低壓旁路控制閥位于該連接管道上，用來旁通進入中壓和低壓汽輪機的二次再熱蒸汽，并降低二次再熱熱段蒸汽管的壓力。

根據(jù)機組的初始狀態(tài)，自動控制三級旁路，令鍋爐過熱器和再熱器出口蒸汽的壓力和溫度滿足汽輪機起動條件。鍋爐點火后，旁路控制進入啟動狀態(tài)，高、中、低旁投入自動后閥門開度最小為10%。當主汽壓力小于1 MPa，為最小壓力控制，此時主汽壓力設定值為1 MPa，隨著鍋爐升壓，閥門開度逐漸增大，維持壓力在1 MPa；當閥門開到40%后，進入升壓模式，此時壓力設定值將隨著鍋爐升壓速度而逐漸升高，維持調(diào)閥開度在40%左右；當達到?jīng)_轉壓力9.7 MPa后，進入定壓模式，此時，調(diào)閥自動調(diào)節(jié)維持壓力設定值在沖轉壓力或操作員設定壓力值。

在機組沖轉和并網(wǎng)帶初負荷階段，均由高旁減壓閥控制主汽壓力，以保證汽輪機進汽壓力的穩(wěn)定，隨著機組負荷的提高汽輪機進汽流量的增大，高旁閥逐漸關小直至全關，進入跟隨模式此時壓力設定值為實際壓力值加上0.5 MPa，以確保閥門全關。以華能安源電廠1號機2015年5月29日沖轉為例，機組在冷態(tài)工況下，以三壓缸聯(lián)合啟動，投入旁路系統(tǒng)，在沖轉過程中各轉速下的旁路閥控制如表1所示。

表1 三級旁路控制參數(shù)表

在沖轉過程中，通過旁路閥調(diào)節(jié)始終保持閥前和閥后的壓力穩(wěn)定，令蒸汽溫度使之與汽機汽缸金屬溫度較快地相匹配，從而縮短機組啟動時間和減少蒸汽向空排放。且使蒸汽中的固體小顆粒通過旁路進入再熱器和凝汽器，從而防止汽輪機調(diào)速汽門、進汽口及葉片的硬粒侵蝕，減少汽機循環(huán)壽命損耗，實現(xiàn)機組的最佳啟動。

機組正常運行時，高中低壓旁路閥全部關閉，但是高壓旁路裝置具有超壓安全保護的功能。鍋爐超壓時高壓旁路開啟，當主汽壓力超過34.1 MPa,高旁閥將自動開啟，以控制主汽壓力不越線。減少PCV閥和安全閥起跳，并按照機組主蒸汽壓力進行自動調(diào)節(jié)，直到恢復正常值。從而使系統(tǒng)回收工質，減少噪音。該旁路雖然不具備事故旁路的條件，但在機組甩負荷時，旁路閥最小開度自動設為10%，保持旁路閥開啟狀態(tài)，保護再熱器，也避免了對凝汽器的沖擊，維持汽機轉速或停機不停爐工況。

4 旁路型式的選擇

相信很多機組均受到過旁路系統(tǒng)泄漏、超壓、卡澀、調(diào)節(jié)不穩(wěn)定不線性、執(zhí)行機構容易故障、減溫水不易控制等問題的困擾。尤其二次再熱機組較常規(guī)一次再熱機組多了一級旁路系統(tǒng)，系統(tǒng)參數(shù)更高，控制更為復雜，為了更好地解決以上問題，本機組選擇行業(yè)公認的液壓控制旁路系統(tǒng)，高旁閥、高旁減溫截止閥、高旁減溫水調(diào)節(jié)閥；中旁閥、中旁減溫截止閥、中旁減溫水調(diào)節(jié)閥；低旁閥、低旁減溫截止閥、低旁減溫水調(diào)節(jié)閥均采用液壓控制。高中壓旁路設置一套液壓油站，低壓旁路單獨設置一套液壓油站。經(jīng)過機組從啟動到168 h滿負荷試運行無數(shù)次的考驗，本套液壓旁路系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定。

其缺點就是價格較貴，增加了兩組液壓油站的日常運行維護。

5 保汽應用

在調(diào)試過程中，根據(jù)本機組的三級旁路，創(chuàng)造性的利用旁路的控制可以實現(xiàn)在鍋爐MFT后合理的利用鍋爐儲熱，提供足夠的輔助蒸汽汽源，已確保給水泵小汽機和引風機小汽機維持運行，為機組快速啟動創(chuàng)造條件。

采用此方式，在鍋爐MFT后無需啟動電動給水泵和鍋爐，節(jié)約能源的同時也為機組快速啟動創(chuàng)造條件。在調(diào)試過程中，鍋爐MFT后，最長維持給水泵汽輪機和引風機汽輪機的運行長達90 min，效果明顯。但是，采用該方式會使主蒸汽溫度迅速下降，甚至可能使鍋爐的溫降速率大于1.5℃/min，因此在鍋爐MFT后視情況迅速恢復啟動，當無法迅速恢復啟動時，盡可能地降低給水泵汽輪機和引風機汽輪機的轉速，保持在最低負荷，或者及時停掉給水泵汽輪機和引風機汽輪機以保護鍋爐不會因溫度損失太快而產(chǎn)生危害。

6 結論

東方660 MW二次再熱機組配置40%三級串聯(lián)旁路系統(tǒng)，在滿足機組冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)等各工況下的啟動流量要求下，具有改善機組的氣動性能、縮短啟動時間、保護過熱器和再熱器功能。且在此基礎上，根據(jù)三級串聯(lián)旁路系統(tǒng)的特性，通過對旁路的控制可以實現(xiàn)在鍋爐MFT后合理地利用鍋爐儲熱，提供足夠的輔助蒸汽汽源，已確保給水泵小汽機和引風機小汽機維持運行，為機組快速啟動創(chuàng)造條件。

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Installation and Operation of Domestic First 660 MW Double Reheat Cycle Units Three-stage Bypass System

Wang Qianyuan，Pu Jianguo，Liu Shixiong

（Xi'an Thermal Power Research Institute Co.,Ltd.,Xi'an Shaanxi,710051）

The paper introduces the 660 MW ultra-supercritical double reheat cycle units built by Huaneng Anyuan power plant Co.,Ltd.in Jiangxi Province,describes the function of three-stage by-pass system,the bypass control in units from boiler ignition to rush process.By controlling the bypass after the boiler MFT to use the boiler thermal storage,provide sufficient auxiliary steam,so that the feedwater pump turbine and draft fan turbine can keep running.

steam turbine,double reheat cycle,combined setup

TK267

B

1674-9987（2017）01-032-04

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2017.01.007

王乾遠 （1989-），男，工程師，碩士，2013年畢業(yè)于西安交通大學環(huán)境工程專業(yè)，主要從事汽輪機調(diào)試，燃機點檢工作。