程輝

(國(guó)華徐州發(fā)電有限公司,江蘇徐州 221166)

超超臨界1000MW機(jī)組運(yùn)行調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)分析

程輝

(國(guó)華徐州發(fā)電有限公司,江蘇徐州 221166)

本文結(jié)合當(dāng)前我國(guó)超超臨界1000MW機(jī)組的發(fā)展現(xiàn)狀,以徐州發(fā)電有限公司2×1000MW機(jī)組的調(diào)試過(guò)程為例,從超超臨界機(jī)組的啟動(dòng)及運(yùn)行、機(jī)組的可靠性和效率、節(jié)能技術(shù)幾個(gè)方面對(duì)運(yùn)行調(diào)試技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

超超臨界 啟動(dòng)及運(yùn)行 可靠性 節(jié)能

1 前言

電力行業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大后盾，而火力發(fā)電廠占我國(guó)發(fā)電站的很大一部分，是實(shí)施我國(guó)節(jié)能環(huán)保政策的關(guān)鍵領(lǐng)域。大力發(fā)展超臨界、超超臨界發(fā)電機(jī)組利于緩解我國(guó)煤炭資源的短缺、提升發(fā)電效率、減少環(huán)境污染。以能源的高效清潔利用為目標(biāo)，火電廠發(fā)電機(jī)組的工作壓力不斷升高，大容量、高參數(shù)的超超臨界發(fā)電技術(shù)是未來(lái)火電機(jī)組的發(fā)展趨勢(shì)。本文以徐州發(fā)電有限公司2×1000MW機(jī)組(上大壓小)建設(shè)工程為研究對(duì)象，該工程的鍋爐采用SG3091/27.56-M54X，由上海鍋爐廠(技術(shù)支持方ALSTOM-EVT)制造，采用單爐膛、一次中間再熱，帶循環(huán)泵及擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)，平衡通風(fēng)，露天布置，固態(tài)排渣煤粉爐，過(guò)熱器蒸汽流量為2943t/h，出口壓力27.34MPa(g)，出口溫度605℃。

2 現(xiàn)代超超臨界機(jī)組發(fā)展現(xiàn)狀

近些年來(lái)，隨著我國(guó)電力行業(yè)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，超超臨界機(jī)組的制

造技術(shù)逐步成熟。我國(guó)的超超臨界機(jī)組從無(wú)到有，取得了引人注目的成績(jī)。相對(duì)比亞臨界發(fā)電機(jī)組，超超臨界機(jī)組在蒸汽壓力、工作溫度上更進(jìn)一步，發(fā)電效率提升了10%左右。這對(duì)于我國(guó)逐步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、緩解氣候壓力、調(diào)整傳統(tǒng)的電力企業(yè)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。從2006年第一臺(tái)超超臨界機(jī)組投入實(shí)際運(yùn)行到如今，我國(guó)電力總裝機(jī)容量不斷增長(zhǎng)，其中，火電仍然占絕大一部分比例[1]。

3 機(jī)組的啟動(dòng)及運(yùn)行方面

機(jī)組啟動(dòng)和試運(yùn)行中涉及很多技術(shù)，調(diào)試中遇到的問(wèn)題也復(fù)雜多樣。徐州發(fā)電有限公司2×1000MW機(jī)組調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及處理建議見(jiàn)表1。

3.1 鍋爐的吹管問(wèn)題

實(shí)際中1000MW超超臨界機(jī)組的蒸汽、流量指標(biāo)高，故設(shè)備蒸汽吹管的高效進(jìn)行對(duì)設(shè)備的可靠啟動(dòng)試運(yùn)至關(guān)重要。具體的吹管工序應(yīng)當(dāng)按照以下流程進(jìn)行：首先，要根據(jù)設(shè)備及具體的運(yùn)行條件，編寫(xiě)高效合理的吹管操作計(jì)劃。鑒于不同的機(jī)組設(shè)備的主汽門(mén)進(jìn)行吹管的堵汽模式、堵閥結(jié)構(gòu)的差異，其對(duì)不同的溫度、壓力、蒸汽吹管流量的承受能力各不相同，進(jìn)行科學(xué)的操作前評(píng)估是很有必要的。比如，出于操作安全高效的考慮，1000MW超超臨界機(jī)組更適宜采用不帶主汽門(mén)、以穩(wěn)壓方式進(jìn)行吹管操作；其次，為預(yù)防吹管過(guò)程中發(fā)生爆管、膨脹異常、吹管系數(shù)不高等問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)在操作時(shí)對(duì)臨時(shí)吹管設(shè)備中的關(guān)鍵部件，如相關(guān)的閥門(mén)、管道支架、限位器、靶板等進(jìn)行仔細(xì)核查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解除隱患；最后，在具體的吹管方案執(zhí)行過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)各系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、出現(xiàn)的設(shè)備故障嚴(yán)格監(jiān)控，做好整體協(xié)調(diào)工作，采用相關(guān)的傳感探測(cè)設(shè)備代替人員進(jìn)行相關(guān)的危險(xiǎn)操作，做好整個(gè)吹管過(guò)程的管控。

3.2 機(jī)組微油點(diǎn)火啟動(dòng)技術(shù)

當(dāng)前我國(guó)發(fā)電企業(yè)采用較多的有等離子點(diǎn)火[2]、微油點(diǎn)火、熱空氣直接點(diǎn)燃煤粉3種點(diǎn)火方式。徐州發(fā)電有限公司2×1000MW機(jī)組系統(tǒng)采用微油點(diǎn)火方式，該方式通過(guò)壓縮空氣打碎燃料油，再經(jīng)過(guò)霧化后用于燃燒，并將此過(guò)程產(chǎn)生的熱量用于加熱燃料及擴(kuò)容等操作，待油滴氣化后，用于油槍的燃燒，該方式具有燃料燃燒效率、火焰溫度高等特點(diǎn)。其中，微油點(diǎn)火系統(tǒng)包括微油點(diǎn)火煤粉燃燒器、微油點(diǎn)火油槍及管路、油配風(fēng)系統(tǒng)、霧化壓縮空氣系統(tǒng)、高能點(diǎn)火系統(tǒng)、一次風(fēng)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)、火檢系統(tǒng)、燃燒器壁溫檢測(cè)系統(tǒng)、一次風(fēng)加熱系統(tǒng)等。

鑒于微油系統(tǒng)的加入會(huì)影響磨煤機(jī)的點(diǎn)火能量和跳閘等，在實(shí)際的應(yīng)用中，出于鍋爐安全考慮，應(yīng)當(dāng)把微油系統(tǒng)控制、“微油模式”投切邏輯用于微油點(diǎn)火系統(tǒng)。

3.3 一次調(diào)頻技術(shù)

該技術(shù)是針對(duì)電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定而提出的，在實(shí)際的電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，電網(wǎng)的頻率會(huì)受參與并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組的事故切除以及大負(fù)荷的事故解裂的影響，此時(shí)就需要使用一次調(diào)頻技術(shù)。目前應(yīng)用的分散控制系統(tǒng)，能夠?qū)_(dá)到該條件的系統(tǒng)中的鍋爐側(cè)及汽機(jī)側(cè)設(shè)備完成協(xié)調(diào)控制，促進(jìn)了一次調(diào)頻技術(shù)的發(fā)展。

3.3.1 一次調(diào)頻的原理

對(duì)于正常運(yùn)行中的電網(wǎng)，其頻率隨發(fā)電功率及負(fù)荷的變化而變化，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)的功率供不應(yīng)求時(shí)，其頻率會(huì)出現(xiàn)降低，而當(dāng)系統(tǒng)功率供大于求時(shí)，頻率相應(yīng)的增加。一次調(diào)頻技術(shù)就是指通過(guò)自動(dòng)的增加或者減少機(jī)組發(fā)出的有功功率量，從而達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率的相對(duì)穩(wěn)定。

3.3.2 相關(guān)條件

為了一次調(diào)頻自動(dòng)頻率控制功能的正常實(shí)現(xiàn)，需要滿足以下技術(shù)條件：(1)合理的設(shè)置一次調(diào)頻的死區(qū)時(shí)間，由于發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)對(duì)死區(qū)時(shí)間的追求的相互矛盾，需要在兩者之間做出權(quán)衡；(2)在一次調(diào)頻實(shí)施過(guò)程中，調(diào)頻速度不等率的大小不同會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)效果不明顯或降低機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定，推薦設(shè)定為4%-5%；(3)從發(fā)電機(jī)組可靠運(yùn)行的角度，應(yīng)當(dāng)為一次調(diào)頻中的最大負(fù)荷變化值設(shè)定一個(gè)合理的區(qū)間范圍。

3.3.3 一次調(diào)頻控制方法的改進(jìn)

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體運(yùn)行情況，對(duì)一次調(diào)頻控制進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐晟坪透倪M(jìn)。包括降低頻率調(diào)控的不確定因素、有效增強(qiáng)負(fù)荷調(diào)節(jié)能力等方面。在實(shí)際中，一方面，若調(diào)頻控制不充分考慮實(shí)際機(jī)組工況的改變、閥門(mén)流量曲線的差異，會(huì)降低系統(tǒng)調(diào)頻的性能，此時(shí)，可以把一次調(diào)頻中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的比例前饋系數(shù)進(jìn)行修正，而修正過(guò)程應(yīng)當(dāng)充分考慮壓力、溫度、閥門(mén)的特性等因素；另一方面，針對(duì)機(jī)組調(diào)頻過(guò)程中出現(xiàn)的負(fù)荷調(diào)整能力不足的問(wèn)題，可以通過(guò)使用凝結(jié)水進(jìn)行節(jié)流，實(shí)現(xiàn)機(jī)組低壓缸抽汽的急劇減小，從而達(dá)到負(fù)荷快速變化的目的。

3.4 爐水泵電機(jī)腔室溫升監(jiān)控技術(shù)

3.4.1 爐水泵及其故障簡(jiǎn)述

應(yīng)用于超超臨界機(jī)組中的爐水循環(huán)泵具有揚(yáng)程小、流量小的特點(diǎn)，其作用在于設(shè)備運(yùn)行初期促進(jìn)鍋爐水冷壁的水循環(huán)過(guò)程、提升運(yùn)行效率。在實(shí)際的1000MW機(jī)組鍋爐運(yùn)行中，啟動(dòng)系統(tǒng)的爐水循環(huán)泵會(huì)因電機(jī)腔室內(nèi)的溫度異常引發(fā)斷電，直接危害了機(jī)組安全高效運(yùn)行。

3.4.2 溫升異常故障分析

對(duì)于此故障，主要原因一般是由于泵的電機(jī)腔室內(nèi)的濾網(wǎng)被雜物堵塞，致使設(shè)備內(nèi)部的冷卻水循環(huán)受阻，熱量散發(fā)效率降低，最終引發(fā)溫度升高。腔室中雜物的存在不僅使得電機(jī)的繞組不斷的承受機(jī)械摩擦，更可能降低電機(jī)的絕緣和潤(rùn)滑效果。通過(guò)對(duì)實(shí)際情況的總結(jié)，大致的原因包括設(shè)備電機(jī)腔內(nèi)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、冷卻水發(fā)生泄漏、外部雜物進(jìn)入電機(jī)腔室、設(shè)備腔室內(nèi)部產(chǎn)生的雜物等。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)采取一定的措施進(jìn)行改善，例如加大水質(zhì)監(jiān)測(cè)的力度、加強(qiáng)設(shè)備金屬部件的防腐工作、附加專業(yè)的隔離過(guò)濾措施等。

表1 調(diào)試發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及處理建議

表2 機(jī)組汽輪機(jī)常見(jiàn)振動(dòng)故障的原因及消除措施

3.5 機(jī)組運(yùn)行中汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障排除技術(shù)

3.5.1 常見(jiàn)振動(dòng)故障簡(jiǎn)述

在實(shí)際的汽輪機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生機(jī)組的振動(dòng)不足為奇，但是，這種振動(dòng)也是有一個(gè)合理的范圍，超出該范圍就是發(fā)生了故障，存在很大的安全隱患。

應(yīng)用中常見(jiàn)的振動(dòng)包括強(qiáng)迫和自激式兩種。機(jī)組汽輪機(jī)常見(jiàn)振動(dòng)故障的原因及消除措施見(jiàn)表2。

3.5.2 故障排查技術(shù)

在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)組維護(hù)工作中，對(duì)于該類故障的確認(rèn)及排除方法一般是借助于先進(jìn)的探測(cè)設(shè)備及精密的感應(yīng)儀器，對(duì)汽輪機(jī)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集和專業(yè)的分析，提取出反映設(shè)備故障的信號(hào)，幫助操作人員及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題原因，查找故障點(diǎn)。同時(shí)，要求相關(guān)人員對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4 機(jī)組可靠性和效率方面

4.1 機(jī)組鍋爐基本信息的準(zhǔn)備

通過(guò)對(duì)機(jī)組鍋爐的運(yùn)行情況不斷進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)、分析預(yù)警，掌握鍋爐中的高溫設(shè)備、材料的運(yùn)行狀態(tài)等方面的參數(shù)特性，能夠便于管理人員采取一定的優(yōu)化及補(bǔ)償措施來(lái)延長(zhǎng)機(jī)組鍋爐的使用壽命。而要完成這項(xiàng)工作，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：首先，應(yīng)當(dāng)對(duì)1000MW超超臨界機(jī)組中的關(guān)鍵部分和關(guān)鍵材料，如末級(jí)過(guò)熱器集箱、主蒸汽管道等，以及機(jī)組中廣泛采用的高等級(jí)耐熱鋼材等的物理、化學(xué)、機(jī)械等方面的參數(shù)進(jìn)行全面的統(tǒng)計(jì)分析，為機(jī)組鍋爐壽命的管控提供基本的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；其次，掌握機(jī)組鍋爐內(nèi)的溫度分布。機(jī)組內(nèi)部的溫度分布情況會(huì)隨著機(jī)組燃燒模式的不同而改變，因此，必須通過(guò)準(zhǔn)確、可靠的傳感器設(shè)置，掌握鍋爐內(nèi)部、外部受熱面管的真實(shí)壁溫之間的關(guān)系[3]。

4.2 基于機(jī)組鍋爐基本信息的管控系統(tǒng)的建立

在對(duì)機(jī)組鍋爐的關(guān)鍵高溫金屬部件進(jìn)行恒溫恒壓條件下的機(jī)械形變實(shí)驗(yàn)、交變載荷條件下的疲勞損傷實(shí)驗(yàn)、部件材料的抗氧化實(shí)驗(yàn)等實(shí)際驗(yàn)證后，掌握相關(guān)材料在不同工況下的特性參數(shù)，建立鍋爐的在線壽命評(píng)估模型、鍋爐實(shí)時(shí)內(nèi)壁溫度檢測(cè)模型等。通過(guò)以上評(píng)估模型的建立，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，開(kāi)發(fā)1000MW超超臨界機(jī)組的狀態(tài)管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線狀態(tài)監(jiān)控、氧化皮脫落風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、機(jī)組使用壽命評(píng)估、機(jī)組數(shù)據(jù)管控等功能，便于機(jī)組設(shè)備的正常運(yùn)行、有效降低爐管泄漏風(fēng)險(xiǎn)，提升設(shè)備運(yùn)行的效率。

5 節(jié)能技術(shù)方面

盡管1000MW超超臨界機(jī)組具備一定的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中，仍然可以從節(jié)能設(shè)備的選擇、高效科學(xué)的工藝系統(tǒng)、合理用水等措施，進(jìn)一步提高機(jī)組整體的節(jié)能效果。

5.1 節(jié)能設(shè)備的選擇

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，在新設(shè)備的選購(gòu)或日常維護(hù)過(guò)程中，我們應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際的工程情況，盡可能的采用先進(jìn)節(jié)能的主輔機(jī)及配套設(shè)備。例如：(1)通過(guò)把動(dòng)葉、靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)分別用于送風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰，相比于傳統(tǒng)的離心風(fēng)機(jī)，在提高效率的同時(shí)降低了電能的消耗；(2)對(duì)于輔機(jī)的選擇，推薦使用節(jié)能低損的機(jī)型，此外，應(yīng)對(duì)發(fā)電量、備用機(jī)組數(shù)量、容量進(jìn)行合理規(guī)劃配置，減少不必要的電能消耗；(3)在條件允許的情況下，不使用管式冷油器，而選擇更高效的，如汽機(jī)潤(rùn)滑冷油器。

5.2 高效科學(xué)的工藝系統(tǒng)

除了選用先進(jìn)節(jié)能的設(shè)備，采用高效科學(xué)的工藝也是必不可少。例如：(1)采用等離子點(diǎn)火裝置，而放棄傳統(tǒng)的油槍，不僅利于降低燃油的消耗，更因此節(jié)省了助燃系統(tǒng)的容量、體積，節(jié)約了材料和空間；(2)進(jìn)行除灰工序時(shí)，對(duì)灰進(jìn)行篩選，便于灰渣的重新利用；(3)安裝工業(yè)用電監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)用電量、用電狀態(tài)、負(fù)荷變化等情況的掌握，合理的分配電能，減少不必要的電力設(shè)施建設(shè)。

5.3 合理用水

合理用水可以從生產(chǎn)工藝、用水管控制度等方面進(jìn)行實(shí)施。例如，(1)依照生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)水質(zhì)要求的不同，依次安排用水，如將生產(chǎn)廢水處理后用于清洗等過(guò)程，做好水的循環(huán)利用工作；(2)條件具備的情況下，采用海水作為冷卻的工具；(3)在廠區(qū)各用水處安裝水表，對(duì)用水情況進(jìn)行監(jiān)督；(4)設(shè)立專門(mén)的用水管理機(jī)構(gòu)，制定獎(jiǎng)懲機(jī)制。

6 結(jié)語(yǔ)

超超臨界機(jī)組以其高效的節(jié)能降耗優(yōu)勢(shì)，具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＮ磥?lái)的火力發(fā)電將圍繞設(shè)計(jì)和制造參數(shù)更高的超超臨界發(fā)電機(jī)組、提升熱效率、減少運(yùn)營(yíng)成本和對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響等方面進(jìn)行。除了設(shè)備制造水平的提高，更高性能的耐熱鋼鐵材料的生產(chǎn)工藝也是我們追求的目標(biāo)。

[1]何曉梅,羅昌福.超超臨界火電機(jī)組的選材及國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程.材料熱處理技術(shù),2012(12).

[2]付龍龍,劉超.超超臨界1000MW機(jī)組等離子點(diǎn)火系統(tǒng)起動(dòng)調(diào)試及運(yùn)行.熱力發(fā)電,2008(4).

[3]杜保華,李耀君.超超臨界1000MW機(jī)組鍋爐壽命管理技術(shù)研究.熱力發(fā)電,2010(11).