650 MW機組給水泵汽輪機沖轉參數優化實踐

謝慶　肖承明

摘 要：針對650 MW機組啟動過程中存在第二臺給水泵汽輪機沖轉滯后、負荷滿足不了電網需求問題進行了分析，通過優化給水泵汽輪機沖轉參數，提前并入第二臺給水泵汽輪機運行，使機組啟動過程滿足電網負荷需求，同時降低了啟動過程中的能耗，機組啟動過程更加連貫順暢，運行優化得到持續改進。

關鍵詞：給水泵；小汽輪機；沖轉參數；優化

中圖分類號：TM621? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）13-0066-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.13.017

0? ? 引言

某發電公司建設有兩臺650 MW超臨界發電機組，分別于2007年3月和7月投產。每臺機組配備兩臺50%容量的汽動給水泵和一臺35%容量的電動給水泵，機組正常運行中兩臺汽泵運行，電泵備用。

為了降低機組啟動過程的能耗，公司不斷開展機組啟動過程的優化，先后實施鍋爐靜壓上水、汽泵前置泵冷態沖洗、汽泵上水鍋爐點火等節能措施，實現了機組啟停全程無電泵運行。機組啟動過程中第一臺小機沖轉采用臨機供的輔助蒸汽，開機時輔汽用戶較多（一臺小機沖轉用汽，主、小機軸封用汽，除氧器加熱用汽，鍋爐空預器吹灰蒸汽，鍋爐等離子暖風器加熱用汽等），導致開機時臨機輔助蒸汽用汽量太大，汽量不足，臨機小機調門開度接近全開，對臨機安全運行構成威脅，已無法滿足本機第二臺小機沖轉用汽要求。往往是本機升負荷至200 MW以上時才能沖轉第二臺小機，無法滿足調度負荷曲線的要求。

1? ? 設備介紹

小汽輪機為上海汽輪機廠生產的ND（Z）84/79/07型13.5 MW驅動給水泵用變轉速凝汽式汽輪機，是單缸、沖動、單流、純凝汽式汽輪機。在主機正常運行時，本汽輪機是利用主機中壓缸的排汽（即第四段抽汽）作為工作汽源（下稱低壓蒸汽），低壓蒸汽額定壓力0.896 2 MPa，額定溫度362.5 ℃。為了適應鍋爐啟動的需要，本汽輪機還允許在低壓主汽門前通入輔助蒸汽，由電站啟動鍋爐或老廠提供的低壓蒸汽0.31～0.90 MPa（a）/310～350 ℃作為啟動汽源，讓輔助蒸汽通過低壓配汽機構來控制本汽輪機啟動。

小機沖轉參數條件：小機排汽壓力正常＜12 kPa；EH油壓力＞14 MPa；潤滑油壓力、油溫：0.981～0.147 MPa、35～45 ℃；小機油箱油位正常；安全油壓力＞0.6 MPa；汽源蒸汽壓力正常，蒸汽過熱度大于50 ℃；汽泵前置泵至少運行15 min；低壓主汽門及調節汽閥全部處于關閉位置；無任何汽泵組跳閘、報警信號。

根據上海汽輪機廠小機使用說明書要求，在機組負荷200 MW以上采用本機四抽將第二臺小機升速至600 r/min，暖機20 min后繼續升速至1 800 r/min，中速暖機25 min，中速暖機結束后將第二臺小機升速至3 050 r/min，投入小機遙控，提升轉速并入第二臺小機運行，停運電泵，投電泵備用。從小汽輪機開始沖轉至投入帶負荷運行正常需要1.5 h左右（圖1）。

2? ? 開機時調度負荷曲線現狀

以2020年10月13日電網下達負荷曲線計劃為例，機組并網后負荷上升較快，1 h左右負荷達到100 MW，2 h負荷達到200 MW，3 h負荷達到450 MW，4 h左右負荷帶滿（圖2）。

機組冷態啟動過程中，一臺汽泵運行只能帶300 MW負荷以內，按照以往200 MW負荷沖轉第二臺小機，則并網3.5 h以后才能并入第二臺汽泵帶負荷運行，機組負荷升至300 MW以后就需要等待第二臺小機帶負荷，為滿足負荷曲線計劃，只有啟動電泵運行才能跟上3 h以內的負荷計劃，3 h以后的負荷基本上很難跟上計劃，調度考核不可避免。

鑒于開機過程的現狀，需設法提前將第二臺小機沖轉，并入運行，才能滿足調度曲線的要求，減少機組啟動能耗（不啟電泵）。

3? ? 降低小機沖轉參數的可行性分析

機組的啟動過程是一個升溫升壓升負荷的動態過程，給水泵汽輪機的沖轉過程是一個較長時間的升溫升壓過程，給水泵汽輪機沖轉過程需要停留暖機，兩個動態過程需要互相匹配、互相協調，才能實現完美的結合，降低給水泵汽輪機沖轉參數需要選擇一個合適的時機[1-4]。

根據歷史數據分析發現，機組負荷120 MW時四抽蒸汽的壓力在0.14 MPa左右（該壓力下的飽和溫度在110 ℃左右）、蒸汽溫度在170 ℃左右，蒸汽的過熱度在50 ℃以上，從安全性考慮，此時蒸汽溫度已有足夠的過熱度，蒸汽參數能滿足小機沖轉的安全要求。

歷史數據顯示，小機按正常沖轉參數啟動時，小機低壓調門開度10%左右就能沖動小機轉子，小機轉子一旦沖動起來，小機低壓調門迅速關小至1.0%左右就能維持小機100 r/min左右的動能，低壓調門逐漸開大至10%左右就能夠維持小機沖轉600 r/min，低壓調門開大至30%左右就能將小機沖轉至3 000 r/min。從小機啟動過程參數分析：小機轉子沖動起來的瞬間需要的動能較大，轉子轉起來以后所需動能馬上就大幅變小，小機沖動轉子時低壓調門約10%開度尚有較大裕量可用，降低小機沖轉參數后適當開大低壓調門加大蒸汽流量完全可行。

經過大數據分析，確定第二臺小機沖轉時選擇機組120 MW負荷左右比較合理，采用本機四抽蒸汽作為沖轉汽源，消除對臨機運行的影響。

4? ? 優化小機沖轉參數實施

試驗前對降低給水泵汽輪機沖轉參數試驗進行了風險分析并制定了預控方案，首先是沖轉參數降低后要提前對四抽至小機蒸汽管路進行充分的暖管疏水，防止沖轉時蒸汽帶水對小汽輪機造成水沖擊。其次沖轉參數降低時要保證足夠的蒸汽過熱度，如果蒸汽的過熱度低，在啟動過程中，由于前幾級溫度降低過大，后幾級溫度有可能低到此級壓力下的飽和溫度，變為濕蒸汽，對后面幾級葉片造成損壞，沖轉蒸汽過熱度保證50 ℃以上，滿足小汽輪機沖轉要求[5-7]。

2020年10月13日，在公司#1機組開機過程中首次開展降低小機沖轉參數沖轉試驗，機組升負荷至120 MW時用本機四抽做汽源沖轉第二臺（A）小機。

#1機負荷120 MW之前四抽至A小機及A小機相關疏水門全開，充分疏水。#1機負荷120 MW時檢查四抽壓力0.15 MPa（飽和溫度111 ℃）、溫度173 ℃，過熱度62 ℃，四抽蒸汽已具備A小機沖轉條件，檢查小機所有沖轉條件都已具備，開始試驗。試驗過程參數變化如表1和圖3所示。

從試驗過程來看，120 MW負荷本機四抽汽源沖第二臺（A）小機時，小機轉子沖動時的低壓調門開度16%，較正常參數沖動轉子的開度增加了6%，與預定的開度基本相符，小機600 r/min暖機時低壓調門開度10%，與正常參數沖轉的開度一致，小機沖轉過程中機組的負荷按冷態開機曲線逐漸升高，四抽壓力隨著升高，至小機3 000 r/min時低壓調門開度與正常參數沖轉完全一致，試驗取得成功。

5? ? 小機沖轉參數優化實施效果

降低沖轉參數后第二臺小機沖轉時的負荷由200 MW提前到了120 MW，提前并入第二臺汽泵的時間約1.0 h，在負荷300 MW并入第二臺汽泵運行，已滿足調度負荷曲線升負荷要求，避免了以往開機升負荷跟不上負荷曲線造成的調度負荷考核。

機組并網后升負荷過程由于第二臺汽泵的提前并入實現了完美結合，升負荷過程全部由汽泵提供給水，沒有啟動電泵運行，降低了啟動過程的能耗，實現了全程無電泵啟動。

降低小機沖轉參數后，減小了沖轉時對小機的熱沖擊，沖轉時蒸汽流量的增大改善了暖機效果，減少了對小機的壽命損傷。

2021年2月21日，#2機組的開機過程再次實施了120 MW負荷啟動第二臺小機的實踐并取得成功，成果得到進一步驗證。

6? ? 結論

1）給水泵汽輪機的沖轉參數應根據機組啟動過程實際選定，在滿足沖轉蒸汽過熱度要求的前提下，可以適當降低沖轉參數。

2）降低給水泵汽輪機沖轉蒸汽參數是機組啟動過程優化的一種有益嘗試，解決了機組啟動升負荷過程中第二臺汽泵啟動滯后與快速升負荷需求的矛盾，使機組啟動整個過程更加連貫暢通。

3）運行優化工作貫穿于發電廠整個生產過程的各個方面，具有無須投資、操作靈活、可持續改進等優點，是發電廠實現降低碳排放、節能降耗的有效手段，運行人員要大膽創新、開拓思維、勇于實踐，不斷開展創新運行優化工作。

[參考文獻]

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收稿日期：2023-03-14

作者簡介：謝慶（1978—），男，江西分宜人，工程師，研究方向：火電廠優化運行。