660 MW超超臨界汽輪機(jī)深度調(diào)峰安全性淺析

陳紅兵，鄭堅剛，張敬坤，鄭書明，周建華

(華能國際電力股份有限公司長興電廠，浙江 長興 313105)

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，電網(wǎng)供、受電端結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。600 MW等級火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行已成為一種“新常態(tài)”，并且機(jī)組參與深度調(diào)峰也逐漸成為了一種趨勢。研究600 MW等級火電機(jī)組低負(fù)荷下的運(yùn)行安全性，對于提高調(diào)峰機(jī)組的安全性具有重要的意義[1-2]。

華能長興電廠兩臺660 MW超超臨界燃煤機(jī)組自2014年底投產(chǎn)以來，為應(yīng)對電網(wǎng)低負(fù)荷運(yùn)行情況，開展深度調(diào)峰(機(jī)組負(fù)荷低于210 MW)試驗。在深度調(diào)峰試驗過程中，汽輪機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險逐漸暴露：一是低負(fù)荷下高、低加抽汽差壓減小，正常疏水趨于不穩(wěn)，加熱器水位波動頻繁；二是高、低壓旁路設(shè)備缺陷較多，無法有效利用高、低壓旁路實現(xiàn)機(jī)側(cè)負(fù)荷的有效降低；三是長期低負(fù)荷運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)TSI參數(shù)偏離于正常運(yùn)行值，汽機(jī)安全運(yùn)行風(fēng)險增加；四是給泵小機(jī)、汽引小機(jī)供汽的汽源不足，鍋爐給水調(diào)節(jié)和爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)出力受限，調(diào)節(jié)速率明顯遲滯。

為了有效解決這些問題，在深度調(diào)峰試驗基礎(chǔ)上提出一系列解決措施，提升低負(fù)荷汽輪機(jī)運(yùn)行安全性，所取得的經(jīng)驗可為同類型超超臨界機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行提供參考。

1 設(shè)備概述

華能長興電廠2×660 MW燃煤機(jī)組“上大壓小”工程是華能集團(tuán)首個高效超超臨界機(jī)組項目，由浙江省電力設(shè)計院設(shè)計。汽輪機(jī)為超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回?zé)岢槠⒎磩幽剑缮虾Ｆ啓C(jī)有限公司設(shè)計制造，汽機(jī)型號為N660-28/600/620，額定功率660 MW。汽機(jī)旁路采用高、低壓串聯(lián)旁路系統(tǒng)，最大容量為40%BMCR，主再熱蒸汽及旁路系統(tǒng)如圖1所示。

機(jī)組共設(shè)有八段抽汽，依次供給3臺高壓加熱器，1臺除氧器和4臺低壓加熱器。機(jī)組共設(shè)有1臺100%容量汽動給水泵和1臺30%容量電動啟動給水泵，其中汽泵小機(jī)采用四抽和冷再供汽，采用外切換方式，此外另有一路輔汽作為啟動汽源。風(fēng)煙系統(tǒng)采用2臺50%容量汽動引風(fēng)機(jī)，汽引小機(jī)汽源采用四抽或輔汽。

圖1 主再熱蒸汽及旁路系統(tǒng)流程圖

2 汽輪機(jī)安全運(yùn)行風(fēng)險

2.1 高、低加正常疏水趨于不穩(wěn)

當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時，由于各段抽汽壓力較低且相鄰段蒸汽壓差減小，使得相鄰高、低壓加熱器間疏水差壓同步減小，正常疏水動力不足。當(dāng)上級加熱器水位偏低時，正常疏水調(diào)閥不斷減小開度以滿足水位設(shè)定值的要求。由于調(diào)閥開度不斷減小使得疏水壓損增加，正常疏水動力快速下降，造成加熱器水位快速上升。此時正常疏水調(diào)閥也會相應(yīng)地開大以適應(yīng)這種變化，類似地，將造成加熱器水位快速下降。由于調(diào)閥前后壓損與正常疏水差壓占比關(guān)系的變化，在低負(fù)荷時正常疏水調(diào)閥調(diào)節(jié)特性難以適應(yīng)水位快速、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)要求，加熱器正常疏水趨于不穩(wěn)，加熱器水位波動頻繁。以深度調(diào)峰下3號高加和5號低加水位變化情況為例，進(jìn)一步闡釋加熱器水位變化特性。

2.2 汽輪機(jī)TSI參數(shù)偏大

當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時，由于機(jī)組主控調(diào)節(jié)特性難以適應(yīng)低負(fù)荷運(yùn)行調(diào)節(jié)的要求，切除手動控制后機(jī)組主要參數(shù)會發(fā)生一定的波動。特別指出的是，當(dāng)鍋爐燃燒強(qiáng)度下降及爐膛煙氣充滿度嚴(yán)重不足時，可能會造成主、再熱汽溫的頻繁波動和A/B側(cè)蒸汽溫差加大。由于汽溫特性的變化，使得汽輪機(jī)內(nèi)外缸溫差、轉(zhuǎn)子內(nèi)外溫差反復(fù)波動，金屬疲勞應(yīng)力增加。此外，汽機(jī)脹差、軸向位移、機(jī)組振動也會相應(yīng)增加。

由于汽輪機(jī)的最低負(fù)荷取決于末級長葉片空氣動力學(xué)性能，在小容積流量時的脫流失速將引起葉片動應(yīng)力急劇上升，流動場的紊亂和湍流使排汽溫度升高并出現(xiàn)級間局部異常高溫。負(fù)荷降低時低壓缸長葉片根部將會產(chǎn)生較大的負(fù)反動度造成蒸汽回流和根部出汽邊的沖刷，甚至形成不穩(wěn)定的旋渦使葉片產(chǎn)生顫振。

2.3 汽泵小機(jī)、汽引小機(jī)出力受限

正常運(yùn)行時汽泵小機(jī)采用四抽作為低壓汽源、冷再作為高壓汽源。當(dāng)?shù)拓?fù)荷運(yùn)行時，四抽壓力較低，難以適應(yīng)給水調(diào)節(jié)需要，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值與實際值偏差大的情況頻繁出現(xiàn)，給水調(diào)節(jié)速率顯著下降，如圖2所示。汽引采用四抽或輔汽供汽，四抽壓力低時汽源自動切換為輔汽，當(dāng)輔汽由本機(jī)供時，類似地，汽引也將難以適應(yīng)爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)需要。

圖2 深度調(diào)峰下汽泵小機(jī)轉(zhuǎn)速跟蹤情況

3 深度調(diào)峰策略

當(dāng)負(fù)荷開始下滑至計劃性低負(fù)荷(330 MMW～260 MW區(qū)間)時，機(jī)組保持正常運(yùn)行方式，注意加強(qiáng)監(jiān)視各汽輪機(jī)各瓦絕對振動和相對振動、軸向位移、軸承金屬溫度、推力瓦溫、汽缸膨脹、軸封供汽溫度、軸封母管壓力、各冷卻器溫度、高低加水位調(diào)節(jié)情況、低加疏水泵運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)異常或偏離正常值要分析原因，采取措施恢復(fù)，確保機(jī)組安全運(yùn)行。同時，應(yīng)當(dāng)監(jiān)視好機(jī)組輔汽系統(tǒng)，各小機(jī)調(diào)門開度、轉(zhuǎn)速、出力的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。

當(dāng)負(fù)荷下滑至極低負(fù)荷(260 MMW～210 MW區(qū)間)時，機(jī)組切至TF運(yùn)行方式。通過調(diào)整汽泵再循環(huán)，控制汽泵轉(zhuǎn)速不低于3 000 r/min、高壓調(diào)門開度不大于10%，監(jiān)視好小機(jī)調(diào)門開度、轉(zhuǎn)速、出力的運(yùn)行狀況。關(guān)小低加疏水泵出口調(diào)閥開度，提高低加疏水泵水位變頻調(diào)節(jié)靈敏度。此外，進(jìn)行輔汽汽源切換，雙機(jī)運(yùn)行時將本機(jī)輔汽汽源切至臨機(jī)，通過提高鍋爐氧量(控制在8%以內(nèi))，控制汽動引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不低于3 000 r/min。如預(yù)測負(fù)荷不繼續(xù)下滑，應(yīng)盡可能維持主參數(shù)額定，如無法維持，應(yīng)嚴(yán)格控制溫降率，維持主、再熱汽溫穩(wěn)定。

當(dāng)負(fù)荷達(dá)到深度調(diào)峰(210 MMW以下)時，根據(jù)停機(jī)曲線，控制溫降率，下滑缸溫，防止汽溫、缸溫不匹配，負(fù)荷閉鎖(高壓缸溫下滑極限為450℃)。當(dāng)汽輪機(jī)低壓缸排汽溫度大于60℃后開啟低壓缸噴水。若低加疏水差壓小于0.3 MPa，打開低加危急疏水，關(guān)閉正常疏水；嚴(yán)密監(jiān)視好高加水位，若水位調(diào)節(jié)穩(wěn)定性破壞，適當(dāng)關(guān)小正常疏水手動閥，提高正常疏水調(diào)閥靈敏度。單機(jī)運(yùn)行時，啟動電動引風(fēng)機(jī)，調(diào)整風(fēng)量，并入電動引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，退出汽動引風(fēng)機(jī)作低速(2 000 r/min)旋轉(zhuǎn)備用；雙機(jī)運(yùn)行時，退出一臺汽動引風(fēng)機(jī)作低速(2 000 r/min)旋轉(zhuǎn)備用。開啟機(jī)組高、低壓旁路系統(tǒng)運(yùn)行，繼續(xù)降低機(jī)側(cè)負(fù)荷(為保證SCR連續(xù)投入不退出，爐側(cè)負(fù)荷不繼續(xù)下滑，以維持SCR入口煙溫達(dá)標(biāo))。給水流量減至750 t/h時，進(jìn)行給水旁路切換，按規(guī)定流程撤出“給水流量低低保護(hù)”。保護(hù)撤出期間，嚴(yán)密監(jiān)視鍋爐給水流量、鍋爐各受熱面壁溫等情況。切換時利用主給水電動門中停功能進(jìn)行緩慢操作，注意控制省煤器給水流量任何時候不低于650 t/h。同時對輔汽至汽泵供汽管道進(jìn)行充分疏水，當(dāng)汽泵低壓調(diào)閥開度超過70%，切換輔汽向小機(jī)供汽。

4 實施效果

采取深度調(diào)峰策略后，汽輪機(jī)運(yùn)行安全性得到了有效提升。圖3顯示了高加正常疏水情況，疏水閥開度正常，加熱器水位正常。圖4顯示了低加正常疏水情況，疏水閥開度正常，加熱器水位正常。圖5顯示了深度調(diào)峰下汽輪機(jī)主要TSI的參數(shù)情況，汽輪機(jī)脹差、軸向位移、軸承振動等均正常。此外，汽泵小機(jī)、汽引小機(jī)汽源充足，轉(zhuǎn)速差較小，滿足正常調(diào)節(jié)需求，小機(jī)出力正常。

圖3 深度調(diào)峰下高加正常疏水情況

圖5 深度調(diào)峰下汽輪機(jī)主要TSI參數(shù)情況

5 結(jié)語

(1)深度調(diào)峰中，汽輪機(jī)運(yùn)行風(fēng)險較高，主要體現(xiàn)在高、低加水位波動頻繁，汽輪機(jī)TSI參數(shù)偏離于正常運(yùn)行值和汽泵小機(jī)、汽引小機(jī)汽源不足、出力受限。

(2)采取深度調(diào)峰策略后，低負(fù)荷下汽輪機(jī)運(yùn)行安全性明顯提高：高低加水位調(diào)節(jié)正常，汽輪機(jī)主要TSI參數(shù)均正常，汽泵小機(jī)、汽引小機(jī)汽源充足、出力正常。