馬國林 黃寶成 楊生虎 丁玉 張慶 任國瑞

摘 要：目前，我國超（超）臨界發(fā)電技術發(fā)展很快，機組所占比重越來越大；因此，其運行實踐經(jīng)驗非常寶貴。該文主要介紹了國內(nèi)首臺首套超臨界350 MW直接空冷機組投入實際生產(chǎn)后的一些運行實踐經(jīng)驗，重點從機組的設備本體設計特點、機組性能、生產(chǎn)運行管理、運行方式優(yōu)化及設備優(yōu)化改造等方面展開了論述。并且，通過各種管理、運行及改造等有效手段，機組整體運行指標達到優(yōu)良的狀態(tài)。該文可供同行參考，有助于同類型其他機組的安全高效運行。

關鍵詞：國內(nèi) 首臺首套 超臨界 350 MW 直接空冷 運行實踐

中圖分類號：TK2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0122-02

目前，燃煤火力發(fā)電在整個電網(wǎng)中占主力，并且，格局在降維持很長一段時期不變。因此，提高效率和降低排放的發(fā)電技術是本領域的重點關注對象。其中，超（超）臨界技術是目前提高火電廠發(fā)電效率有幾種較易實現(xiàn)的技術之一[1-2]。因此，我國超（超）臨界機組所占比重越來越大，其運行實踐經(jīng)驗也顯得異常寶貴[3-4]。

臨河發(fā)電公司一期項目是由2臺全國首套350 MW等級超臨界直接空冷機組組成，并于2011年7月投產(chǎn)。機組的建設及運營等緊緊圍繞“安全、高效、節(jié)能、環(huán)?！钡目傮w目標，始終堅持“專業(yè)化管理、標準化施工、精細化調(diào)試、規(guī)范化生產(chǎn)”的原則，認真做好設計、制造、施工、調(diào)試、性能試驗和生產(chǎn)運營等方面系統(tǒng)工程的管理。2011年9月完成兩臺機組的性能考核試驗，各項技術經(jīng)濟指標達到或優(yōu)于設計指標，符合國家建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”新型企業(yè)的政策，為350 MW等級超臨界直接空冷機組的建設提供了示范，積累了大量的實際運行寶貴經(jīng)驗。

1 工程概況及系統(tǒng)簡介

臨河發(fā)電機組作為寧夏能源鋁業(yè)寧東分公司電解系列的自備電源，規(guī)劃總裝機為6×350 MW的燃煤超臨界空冷發(fā)電機組；并且，#3機組于2013年7月29日開工建設。工程采用了EPC管理模式。在工程建設過程中，中電投電力工程公司負責工程建設的管理工作，全面實施了專業(yè)化、標準化、規(guī)范化和程序化管理，提高了工程建設管理水平，為機組竣工、投入生產(chǎn)運營提供了保證。

1.1 鍋爐

鍋爐為東方鍋爐公司的超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用前后墻對沖燃燒方式、平衡通風、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。爐膛下部采用內(nèi)螺紋管螺旋管圈水冷壁，采用水冷壁中間混合集箱過度后垂直上升，水冷壁入口管段設計節(jié)流孔圈。采用前后墻對沖燃燒方式，燃燒器采用經(jīng)濟、高效的低NOXHT—NR3型旋流燃燒器。燃用設計煤種時，鍋爐不投油最低穩(wěn)定燃燒負荷為30%BMCR，低負荷時可采用布置于C層的微油槍或其他燃燒器層的常規(guī)油槍穩(wěn)定煤粉燃燒。啟動系統(tǒng)采用內(nèi)置式啟動分離器，過熱器采用五級過熱方式，通過煤水比調(diào)節(jié)和兩級噴水減溫來控制主汽溫。再熱器汽溫采用尾部分隔煙道擋板調(diào)節(jié)，低溫再熱器與高溫再熱器連接管道上設置事故噴水。制粉系統(tǒng)采用冷一次風正壓直吹工藝，每臺鍋爐的中速磨煤機采用四運行一備的配備。爐底排渣系統(tǒng)采用機械風冷干式排渣方式。每臺鍋爐配備一臺雙室五電場靜電除塵器。鍋爐設有膨脹中心及零位保證系統(tǒng)，爐頂采用大罩殼熱密封，爐頂管采用全金屬密封，爐墻為輕型結(jié)構(gòu)帶梯型金屬外護板，屋頂為輕型金屬屋蓋，鍋爐采用彩鋼板封閉。脫硫系統(tǒng)采用煙濕法脫硫工藝。

1.2 汽輪機

汽輪機由東方電氣集團東方汽輪機有限公司制造，采用24.2 MPa/566 ℃/566 ℃超臨界參數(shù)、一次中間再熱、高中壓合缸、單軸、兩缸兩排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。高中壓缸采用雙層缸結(jié)構(gòu)，低壓缸為對稱分流式，也采用雙層缸結(jié)構(gòu)。通流部分采用三維設計優(yōu)化，包括1個單列調(diào)節(jié)級和9個高壓壓力級，7級正向布置的中壓壓力級，2×4雙分流的低壓壓力級。高壓缸效率85.02%，中壓缸效率92.29%，低壓缸效率90.11%。THA工況下保證熱耗值7845 kJ/kWh。低壓末級葉片采用高頻淬火措施，來抗應力腐蝕及抗水蝕，汽輪機設有足夠的除濕用的疏水口。高中壓轉(zhuǎn)子采用蒸汽冷卻技術，高溫再熱蒸汽不直接接觸轉(zhuǎn)子，降低轉(zhuǎn)子工作溫度。

凝汽器采用哈空調(diào)公司生產(chǎn)的直接空冷凝汽器，使用特性模塊化冷卻段設計將順流和逆流凝汽器按實際選定的比例分配到每一臺風機組成一特性模塊化冷卻段，優(yōu)化了空冷布局。熱力循環(huán)采用七級回熱抽汽系統(tǒng)，設有三臺高壓加熱器、一臺除氧器和三臺低壓熱器。旁路采用30%高、低壓兩級串聯(lián)旁路，滿足啟動及空冷系統(tǒng)防凍要求。

1.3 電氣系統(tǒng)

本期采用2回330 kV出線，發(fā)電機出不設出口斷路器，采用發(fā)電機-變壓器組布置形式，啟動電源由330 kV系統(tǒng)經(jīng)#01啟備變倒送至廠用電系統(tǒng)，3/2斷路器接線方式。

1.4 運行控制方式

鍋爐在30%BMCR以下以帶循環(huán)泵的再循環(huán)方式運行，在30%～100%BMCR范圍內(nèi)以純直流方式運行。機組通過DCS對機組進行監(jiān)控，完成對機組的啟動、停機、正常運行和事故處理，確保機組的安全可靠運行。

2 機組本體設計和輔機設備選型

在國內(nèi)來講，機組為首次采用了350 MW超臨界直接空冷燃煤發(fā)電技術。鍋爐燃燒效率大于93.64%，汽輪機的熱耗率保證值7845 kJ/kWh，供電煤耗設計值321.66 g/kWh。工程主設備全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，主要輔機全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，并得到了成功應用。汽輪機應采用成熟的、通過運行考驗的超臨界濕冷350 MW汽輪機的高中壓缸模塊做為原型機。低壓缸和末級葉片應以300 MW等級的空冷機組低壓缸模塊做為原型機，適應空冷機組高背壓、背壓變化幅度大、變化頻繁的運行特點，滿足機組安全可靠、經(jīng)濟運行。機組整體配備了技術先進、經(jīng)濟高效的主機，軸系縮短、振動指標優(yōu)良，具有高效、高可靠性。

尾部采用全煙氣脫硝技術，配套設計了SCR煙氣脫硝工藝。脫硝工程分兩期進行，SCR做了工程設計、預留場地空間，在適當?shù)臅r候進行實施，以長期滿足國家環(huán)保控制指標要求。

除渣系統(tǒng)采用機械干式除渣技術。負壓式空氣冷卻鋼帶冷渣器結(jié)構(gòu)簡單，減少了占地面積；出渣系統(tǒng)運行時干式排渣不需要冷卻水，無廢水排放、場地整潔、節(jié)約水源、減少空氣污染，保護了環(huán)境。尤其對于缺水地區(qū)，更能顯示其優(yōu)勢。

推廣應用先進的廠用電監(jiān)控系統(tǒng)技術，通過對低壓廠變和電動機實現(xiàn)電能實時監(jiān)測，有利于發(fā)電過程的用電管理、電能指標考核管理，達到了監(jiān)督設備的節(jié)能效果。

3 性能試驗及結(jié)果

3.1機組性能試驗

為保證機組性能試驗順利完成，按照ASMEPTC6-2004規(guī)定的方法，在機組設計階段提出了試驗測點布置要求，機組施工階段在現(xiàn)場檢查、落實測點的安裝。試驗前邀請東方鍋爐技術人員到現(xiàn)場進行燃燒調(diào)整試驗，確保鍋爐在最佳工況下進行性能試驗；對機組的設備條件和系統(tǒng)條件進行了檢查和隔離，進行了機組不明泄漏量和高中壓缸軸封漏汽量的預備性試驗，保證主輔設備齊全、運行狀態(tài)穩(wěn)定，滿足試驗大綱要求。試驗按照國家和ASMEPTC6-2004試驗標準、規(guī)程、導則和機組技術協(xié)議進行修正計算，保證結(jié)果的準確有效性。2011年9月，完成機組性能考核試驗（如表1所示），各項指標達到或優(yōu)于設計值，實現(xiàn)了高效、節(jié)能、環(huán)保的目標。

3.2 機組性能指標

機組帶基本負荷運行并參與調(diào)峰，RB、甩負荷功能滿足安全、可靠性要求。鍋爐在30%負荷以下以濕態(tài)方式運行，在30%～100%負荷范圍內(nèi)以純直流方式運行。鍋爐滑壓運行時，在30%～100%負荷范圍內(nèi)過熱蒸汽溫度能維持其額定汽溫；在50%～100%負荷范圍內(nèi)再熱蒸汽能維持額定汽溫，汽溫偏差小于±5 ℃。機組采用“定—滑—定”運行方式，在高壓加熱器全部停運時，蒸汽參數(shù)保持在額定值，鍋爐蒸發(fā)量滿足汽輪機帶額定功率要求，鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器管壁不超溫。機組投入生產(chǎn)運行后，AGC功能滿足電網(wǎng)負荷變化率要求，汽輪發(fā)電機組軸振48 um，機組可用率達到90%以上。機組能夠快速經(jīng)濟啟動，具有良好的啟動特性、動態(tài)特性和負荷變化適應性，在較大負荷變化范圍內(nèi)具有較高的運行效率。

4 機組生產(chǎn)和運行管理

4.1 加強生產(chǎn)準備管理

組織生產(chǎn)管理人員和專業(yè)技術人員進行了收資，學習集團公司和寧夏能源鋁業(yè)生產(chǎn)管理制度、規(guī)定，借鑒同類廠經(jīng)驗，編印了符合本公司實際的生產(chǎn)管理標準和相關規(guī)定；組織運行人員進行了理論培訓、仿真培訓和現(xiàn)場實習；組織編寫了符合臨河工程技術特點和系統(tǒng)特點的運行操作規(guī)程、系統(tǒng)圖和異常處理預案。

4.2 加強生產(chǎn)運營管理

根據(jù)煤炭市場行情，一方面積極做好煤炭采購工作，增加煤源、拓寬市場、降低熱值差，最大限度保證燃煤質(zhì)量、控制燃煤價格；另一方面加強入爐煤管理，分類堆放、分區(qū)管理、分質(zhì)摻配、分倉加煤，維持了鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。

4.3 加強技術監(jiān)督管理

在機組啟停和正常運行過程中，加強技術監(jiān)督管理，嚴格執(zhí)行運行操作規(guī)程，明確階段性汽水品質(zhì)、壁溫升降和負荷變化控制范圍；組織專業(yè)技術人員對啟停參數(shù)、主要工況參數(shù)的控制范圍與設計參數(shù)進行比較和探索機組。在檢修期間積極開展防磨防爆檢查，對存在缺陷受熱面及時進行修復處理，投產(chǎn)四年未發(fā)生鍋爐四管泄漏。

4.4 加強運行管理，降低能耗指標

確定磨煤機組合和配風的最優(yōu)方式，保證主汽溫和再熱汽溫在額定值范圍。每值進行小指標競賽，及時調(diào)整主輔機運行方式，加強燃燒調(diào)整，控制重要參數(shù)在對應值范圍內(nèi)。合理調(diào)整機組運行方式，機組負荷250 MW以下時采用單臺電泵運行方式，降低廠用電率；鍋爐總煤量低于120 t/h采用三臺磨煤機運行方式，優(yōu)化鍋爐燃燒，降低廠用電率；根據(jù)負荷和季節(jié)特點，合理控制機組背壓，提高機組經(jīng)濟性。此外，每日進行大指標統(tǒng)計分析，加強煤耗和廠用電糾偏管理，做好指標分析和考核工作。

5 開展技術攻關，優(yōu)化性能指標

5.1 運行方式優(yōu)化

機組投入生產(chǎn)運營后，制定了技術攻關方案，對機組進行了進一步優(yōu)化調(diào)整，與哈工大先進動力研究所做開展了汽輪機控制優(yōu)化，提高了機組運行經(jīng)濟性[5]，設計了兼顧機組瓦溫等軸系自身穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的優(yōu)化進汽方案；針對超臨界直接控冷機組背壓變化幅度大的特點進行了滑壓曲線優(yōu)化，優(yōu)化后機組熱耗降低82.73 KJ/kWh。此外，還根據(jù)磨煤機運行情況結(jié)合同類型磨煤機運行經(jīng)驗，對一次風壓進行了進一步優(yōu)化，根據(jù)現(xiàn)場運行經(jīng)驗對凝結(jié)水運行壓力進行調(diào)整，由2.0 MPa降至1.5 MPa，降低廠用電率0.02 %。

5.2 設備優(yōu)化改造

在#1機組B級檢修期間對汽封間隙進行調(diào)整及閥門內(nèi)漏，降低供電煤耗4 g/KWh。

通過電泵密封水水封改造、吹灰疏水改造、采樣水回水改造等項目，綜合水耗由設計值0.396 kg/kWh下降至0.24 kg/kWh。

機組投產(chǎn)后進行性能試驗時發(fā)現(xiàn)三段抽汽溫度較設計值低68 ℃，分析認為低壓缸排汽經(jīng)內(nèi)外缸夾層漏至三抽，額定工況下漏量約15 t/h，經(jīng)檢修時檢查發(fā)現(xiàn)高壓外缸腰帶處汽封漏汽且腰帶上有通汽孔漏汽，與分析吻合，與東汽廠家技術人員溝通后對通汽孔進行封堵，更換腰帶汽封并加裝一道盤根，修后三抽溫度達到設計值，降低熱耗24 kJ/kWh。

6 結(jié)語

臨河發(fā)電有限公司的全國首臺首套350 MW超臨界直接空冷機組的成功應用，為同類機組的建設和運行提供了良好的借鑒經(jīng)驗：在加強各方面的運行管理、積極應用節(jié)能改造技術應用的基礎上，在實現(xiàn)機組高效、穩(wěn)定運行的同時降低了機組綜合水耗。

參考文獻

[1] 于達仁，徐志強.超臨界機組控制技術及發(fā)展[J].熱能動力工程，2001，16（2）：115-121.

[2] 傅萬堂，張百忠，王寶忠.超臨界與超超臨界轉(zhuǎn)子材料發(fā)展情況綜述[J].大型鑄鍛件，2008（5）：33-36.

[3] 劉賢東，劉建東，喬增熙，等.超臨界機組順序閥優(yōu)化改造研究[J].節(jié)能技術，2011，29（2）：153-158.

[4] 谷軍生，郭謙，李智華，等.超臨界空冷機組高調(diào)門閥體激振故障的分析及解決[J].科技資訊，2014，12（6）：128-129.

[5] 黃寶成，任江濤，黨峰，等.超臨界350 MW空冷機組閥門管理綜合優(yōu)化策略研究[J].科技創(chuàng)新導報，2014（2）：178-180.