百萬級上海汽輪發電組
——東方鍋爐配置機組小旁路甩負荷工藝技術研究與應用

陸 杰

(上海電力建設啟動調整試驗所，上海 200031)

中國能源的資源總量和構成、建設小康社會對能源的需求以及當前我國的能源利用效率水平都決定了我國必須要大力推進經濟增長方式的轉型。當前，節約一次能源，減少有害廢氣排放，降低地球溫室效應是各級政府和各類企業十分關注和高度重視的問題。通過提高火電機組的蒸汽參數，從而提高其熱效率并減少廢氣排放是實現節能減排的有效途徑之一[1-3]。為了提高發電效率，根據國家規劃，不斷降低生產總值能源消耗，并提出高效、節能和環保的要求，因此我國發電機組逐步進入大容量、高參數的發展階段，1 000 MW等級超臨界發電機組正逐漸成為主導我國電源建設和發展的主力機組，并且正在加快淘汰落后的小火電機組[4-5]。

在超超臨界機組快速發展的背景下，大容量機組出現負荷較大的變動時勢必會對電網造成較大的影響，因此其主機設備的安全可靠性也就越來越重要。而汽輪發電機組正是超超臨界機組的核心主機，其動態調節的穩定性對機組的安全生產起到至關重要的作用，甩負荷試驗正是考驗汽輪機調節系統對轉速的控制能力，檢查汽輪機調節系統的品質，預防機組超速飛車的重要手段。自《火力發電廠基本建設工程啟動及竣工驗收規程》頒布以后，甩負荷試驗就得到了廣泛的開展，并且隨著《火電機組達標投產考核標準》的頒布而成為基建達標的重要要素之一。

我國目前大多數1 000 MW超超臨界機組都配置了100%BMCR高壓旁路和65%BMCR低壓旁路配置。這種容量配置的旁路系統既能用于各種工況的啟動，也能滿足機組大幅度甩負荷和停機不停爐的運行方式，但是大容量旁路的投資成本及維護成本相當大，性價比較低。隨著國內外生產技術及工藝水平不斷的提高，1 000 MW超超臨界機組的旁路配置出現了40%小高旁配置，該旁路配置完全可以滿足機組的啟動及停機工況的要求，但對機組甩負荷等重要調試試驗提出了更高的工藝要求。

1 研究與應用

火力發電廠旁路容量的大小會影響機組的啟動時間，若容量偏小，汽溫提高速度較慢，啟動過程較長。但對于百萬級機組，通常情況下年啟動次數較少，故冷態啟動中因旁路容量較小導致的啟動時間長的負面影響并不顯著。在某百萬機組工程中，旁路采用40%小旁路配置，在過熱器出口配置安全閥及PCV閥，鍋爐屏過進口安全閥共6只、高過出口安全閥共2只、鍋爐兩側過熱器出口安全閥上游各布置1只PCV閥，總排放量為3 166.02 t/h，高旁40%蒸汽容量為1 196.52 t/h，而鍋爐的最大蒸發量僅為2 991.30 t/h，所以小旁路配置1 000 MW超超臨界機組理論上可以滿足機組甩負荷功能。該工程采用側煤倉布置方式，兩臺爐的原煤倉布置在兩臺爐的中間，這種布置方式拉近了汽機房和鍋爐房之間的距離，縮短了主、再熱蒸及給水管等熱力管道的長度，降低熱力系統的壓力損失，提高了熱循環的效率，同時減少了汽水系統的蒸汽容量，利于試驗中快速降低鍋爐壓力，確保維持鍋爐給水流量。對試驗工藝可行性的研究，為小旁路甩負荷試驗的技術工藝研究明確了方向并且奠定了基礎。

1.1 主汽壓力控制

根據汽輪機甩負荷導則，甩負荷應使鍋爐不超壓、鍋爐不熄火。對于大型機組而言，在發生甩負荷的情況下，汽輪機調門響應速度極快，可以快速全關汽輪機調門以維持并響應汽輪機轉速，而鍋爐響應速度遠小于汽輪機響應速度，并且鍋爐存在較大的熱慣性和燃料切除的遲緩性，同時鍋爐需維持30%低負荷運行，確保鍋爐不熄火，對于100%大旁路機組甩負荷發生時快開高旁，主蒸汽經高壓旁路泄壓后自動投入自動控制主汽壓力，主汽壓可以平穩的得到控制，而40%小旁路配置機組，其旁路容量僅為BMCR的40%，不足以滿足主蒸汽壓力釋放，因此主汽壓力的控制是關系到小旁路機組甩負荷成功與否的重要因素之一。

本工程配置40%高旁甩負荷為保證控制主汽壓力可以從以下幾點來考慮：側煤倉布置縮短主再熱蒸汽管道減少蒸汽容積；高旁和PCV閥控制釋放鍋爐蓄熱量；鍋爐燃料量快速降低。

本工程采用的是側煤倉建設方案，側煤倉布置方式可縮小A排到煙囪之間的距離，減少占地面積，煤倉間的容積小，機爐之間的距離短，減少四大管道的耗量，有較好的經濟性，同時側煤倉布置方式減少了主再熱蒸汽管道容積，對于甩負荷試驗主汽壓力的快速釋放也起到了非常重要的作用。根據現場實際布置方式，對比側煤倉布置與常規煤倉布置所節約的主再熱蒸汽管道在14 m左右，按照滿負荷所對應參數，主蒸汽：26 MPa/600℃，再熱蒸汽：再熱蒸汽5.2 MPa/600℃，對于常規煤倉布置機組此部分所節約的工質對于40%小旁路配置機組維持鍋爐壓力，確保不超壓起到了有利的作用。

在機組觸發甩負荷工況前，提前開啟高旁至10%保持預暖，防止高負荷高參數工況下給高壓旁路帶來的沖擊以及高壓旁路卡澀現象。PCV閥在甩負荷前也進行試拉試驗確保無卡澀現象。在觸發甩負荷工況后，高壓旁路接受快開信號，維持3 s，快速泄去機組40%滿負荷工質量，3 s后高壓旁路自動投入自動，控制高旁快開前壓力值。PCV閥則在甩負荷工況發生同時，手動開啟泄壓，根據鍋爐說明書共可泄去約16%滿負荷工質量。此時工質釋放量僅為滿負荷工況的56%對于甩負荷過程中主汽壓力控制仍存在一定風險。為確保機組安全穩定的完成100%甩負荷試驗，還須手動拉啟過熱器安全閥，根據過熱器安全閥排放量，手動開啟兩個過熱器安全閥可釋放約23%滿負荷工質量。

在機組觸發100%甩負荷后，迅速停三臺磨煤機，快速減少機組燃料量，機組維持兩磨最低煤量運行，此時需要注意爐膛負壓、鍋爐總風量、一次風壓等主要參數波動。40%高壓旁路快開至100%(同時快開低旁)。在100%甩負荷工況觸發同時快速開啟PCV閥和主蒸汽兩個安全閥后，機組最高主汽壓力升至26.7 MPa，鍋爐未超壓，并且維持穩定直至汽輪機轉速穩定。

圖1為100%甩負荷工況主汽壓力變化曲線。

圖1 100%甩負荷工況主汽壓力變化曲線

1.2 主汽溫度控制

在機組發生甩負荷工況后，由于主再熱蒸汽的快速釋放，對于主再熱蒸汽的溫度影響非常大。控制主再熱氣溫的溫降速率，最重要的是給水流量的調節和主再熱蒸汽減溫水閥門的操作。

當甩負荷工況發生時，為保證鍋爐不滅火，需維持鍋爐燃料量和機組給水量，根據對主汽壓力控制的分析，通過各調節方式可滿足高負荷工況下主蒸汽的快速釋放，因此在進行甩負荷試驗時，將鍋爐的燃料量最低降至45%，給水通過自動方式調節，給水流量控制的目標值為負荷所對應1 170 t/h。保證鍋爐的燃料量穩定，防止主蒸汽溫度下降過快，又可將給水流量遠離鍋爐省煤器入口流量低保護動作值而導致的鍋爐MFT。

機組甩負荷發生時，機組會從干態運行逐步轉至濕態運行。因此進行甩負荷前需做好爐水循環泵啟動準備工作，在啟動分離器逐步建立水位后，快速啟動爐水循環泵并維持分離器液位，即可大幅降低省煤器進口溫度的下降速率，對控制主蒸汽溫度也起著非常重要的作用。

1.3 主要設備控制方式

1.3.1給水泵小機汽源切換

汽動給水泵正常運行汽源為四抽供汽，在發生甩負荷工況后，汽輪機為維持3 000 RPM，四抽壓力快速下降，小機汽源切換速度若跟不上，汽泵轉速急劇下降，將會直接導致鍋爐MFT。在甩負荷試驗前，提前將汽動給水泵汽源切至輔汽，輔汽由自身冷再汽源提供，老廠輔汽備用。對于汽動給水泵提供了相對穩定的汽源。提高甩負荷的可靠性，有效防止由于汽泵轉速突降引起的給水流量低鍋爐MFT現象的發生。

1.3.2除氧器汽源切換

除氧器正常運行汽源為四抽供汽，在發生甩負荷工況時，汽輪機僅維持3 000 RPM，四抽壓力遠遠小于帶負荷時壓力，因此除氧器壓力將突降，而除氧器溫度的下降是緩慢的，若出現除氧器突然失壓會導致除氧器汽化，將發生給泵大差壓保護動作，鍋爐觸發MFT。為提高甩負荷試驗的安全性，在機組甩負荷試驗前，提前將輔汽至除氧器加熱調門提前開啟，將除氧器加熱切至輔汽。

在發生甩負荷工況時，由于鍋爐不停爐，因此可以充分利用冷再至輔汽加熱汽源，既可以保證除氧器加熱量，也可以幫助再熱器的蒸汽釋放，提高甩負荷試驗的可靠性。

2 項目成果和效益

側煤倉布置方案與常規爐布置方案相比，煤倉間總容積可以減少23 289 m3，工程造價節省772萬元。所縮短的四大管道可節省材料總費用約為911萬元。

機組甩負荷試驗一次成功，并且實現了快速并網，機組繼續帶負荷運行，大大減少了機組啟停機次數。而對于1 000 MW類型機組啟動成本是相當高的。按照調試運行期間6 h啟動計算，所需費用約為140萬元。甩負荷試驗一次成功避免機組跳機或停機，間接所產生的經濟效益即可達到140萬元。

3 結語

通過對甩負荷試驗的工藝技術的研究與應用，某臺1 000 MW機組50%、100%甩負荷試驗均實現一次成功完成，實現了汽輪機不超速、鍋爐不熄火、發電機不超壓，同時還成功地在機組甩完負荷后快速并網升負荷，機組繼續正常運行。由此所節約的啟動成本，以及利用側煤倉布置方式所節約的建設成本較高。百萬級火力發電機組50%、100%甩負荷試驗一次成功并且實現快速并網，還可提高機組在電網中的穩定性和可靠性，增強電網對該機組生產質量的信心，對于機組有著深遠的影響。

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