周瑞志 李曉宇 李恒 陳軍偉

摘要：在大力發(fā)展新能源的背景下，火電機(jī)組逐漸由原來(lái)的主要任務(wù)為發(fā)電向發(fā)電與調(diào)峰變負(fù)荷雙重任務(wù)轉(zhuǎn)變，需要其能夠參與深度變負(fù)荷調(diào)峰過(guò)程。超臨界直流鍋爐在低負(fù)荷調(diào)峰時(shí)存在干濕態(tài)轉(zhuǎn)換問(wèn)題，保證干濕態(tài)運(yùn)行模式切換的穩(wěn)定性、快速性已然成為機(jī)組快速響應(yīng)調(diào)峰要求、順利完成靈活變負(fù)荷的關(guān)鍵因素。鑒于此，對(duì)某2×350 MW機(jī)組開(kāi)展的自動(dòng)干濕態(tài)轉(zhuǎn)換改造進(jìn)行試驗(yàn)研究。

關(guān)鍵詞：深度調(diào)峰;干濕態(tài)轉(zhuǎn)化;清潔能源

0? ? 引言

為解決日益嚴(yán)峻的棄風(fēng)、光、水問(wèn)題，提高新能源的消納能力，提高火電機(jī)組的運(yùn)行靈活性已迫在眉睫。目前，已有東北、甘肅等多地出臺(tái)燃煤機(jī)組深度調(diào)峰的補(bǔ)貼政策，極大鼓勵(lì)了各電廠開(kāi)展靈活性改造的積極性。無(wú)論是從新能源消納的角度，還是從電廠提升網(wǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力和盈利能力的角度，燃煤機(jī)組開(kāi)展靈活性改造均是必然趨勢(shì)。而干濕態(tài)轉(zhuǎn)換作為燃煤機(jī)組靈活性改造的關(guān)鍵步驟，則決定著改造的成功與否。

本文將結(jié)合350 MW機(jī)組鍋爐傳統(tǒng)干濕態(tài)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換方法中存在的問(wèn)題，對(duì)如何更高效地進(jìn)行干濕態(tài)自動(dòng)切換進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1? ? 機(jī)組概況

研究對(duì)象為某2×350 MW機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的一次中間再熱、超臨界直流爐，帶有啟動(dòng)爐水循環(huán)泵;汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min;采用一臺(tái)汽動(dòng)給水泵加一電動(dòng)給水泵組合給水方式，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)單臺(tái)汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，電動(dòng)給水泵最高可帶30%鍋爐BMCR。

2? ? 干濕態(tài)模式自動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程

2.1? ? 干態(tài)轉(zhuǎn)換濕態(tài)條件

對(duì)于350 MW超臨界機(jī)組，轉(zhuǎn)換條件為：系統(tǒng)要在協(xié)調(diào)方式下運(yùn)行，負(fù)荷要低于130 MW，原則上只要保證轉(zhuǎn)換時(shí)的負(fù)荷比飽和蒸汽壓力下對(duì)應(yīng)的負(fù)荷稍大一些就可以。負(fù)荷、給水流量的波動(dòng)在正常范圍值內(nèi)，保證主要參數(shù)沒(méi)有較大的波動(dòng)，防止在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于鍋爐燃燒的不穩(wěn)定性和現(xiàn)場(chǎng)情況的多耦合性導(dǎo)致轉(zhuǎn)換失敗。汽動(dòng)給水泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)在正常范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)入濕態(tài)，將不再用給水泵來(lái)控制省煤器入口的給水流量，而是用給水旁路調(diào)節(jié)門(mén)對(duì)鍋爐給水進(jìn)行控制。為了保證給水泵的最小出力，在干態(tài)轉(zhuǎn)換濕態(tài)方式運(yùn)行開(kāi)始前將汽動(dòng)給水泵再循環(huán)門(mén)全開(kāi)，以保證整個(gè)過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行。順控相關(guān)參數(shù)無(wú)壞質(zhì)量，由于整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程是在機(jī)組CCS模式下自動(dòng)進(jìn)行的，同時(shí)為了保證轉(zhuǎn)換過(guò)程準(zhǔn)確進(jìn)行，所有相關(guān)參數(shù)不得出現(xiàn)壞質(zhì)量現(xiàn)象。

2.2? ? 干、濕態(tài)CCS模式控制方式

濕態(tài)運(yùn)行方式下的CCS協(xié)調(diào)控制和干態(tài)模式下的CCS協(xié)調(diào)控制有一定的差別。干態(tài)運(yùn)行模式下CCS協(xié)調(diào)控制方式的側(cè)重點(diǎn)在于給水主控對(duì)過(guò)熱度的一種控制。在濕態(tài)運(yùn)行方式下，不存在過(guò)熱度，此時(shí)的給水流量并沒(méi)有太大的變化，CCS協(xié)調(diào)控制方式側(cè)重點(diǎn)是對(duì)貯水箱水位的控制，保證貯水箱液位在穩(wěn)定范圍內(nèi)。試驗(yàn)機(jī)組在調(diào)峰中不使用爐水循環(huán)泵，采用貯水箱溢流閥對(duì)貯水箱水位進(jìn)行控制。

3? ? 干態(tài)轉(zhuǎn)換濕態(tài)試驗(yàn)

轉(zhuǎn)換試驗(yàn)為邏輯自動(dòng)順控完成，無(wú)人工干預(yù)。

3.1? ? 主參數(shù)預(yù)調(diào)整

順控開(kāi)始，將主蒸汽溫度、主蒸汽壓力設(shè)定值預(yù)先向濕態(tài)方式下的設(shè)定值調(diào)整，減少給煤量，降低主蒸汽溫度和鍋爐實(shí)際過(guò)熱度到合適范圍值，緩慢打開(kāi)汽泵再循環(huán)門(mén)至100%開(kāi)度。汽動(dòng)給水泵會(huì)在此過(guò)程中自動(dòng)調(diào)節(jié)省煤器入口的給水流量，保證轉(zhuǎn)換穩(wěn)定。完成條件為主蒸汽溫度小于550 ℃，實(shí)際過(guò)熱度低于25 ℃，蒸汽壓力轉(zhuǎn)換到濕態(tài)模式下對(duì)應(yīng)壓力，主給水波動(dòng)在30 t/h以?xún)?nèi)，給水泵轉(zhuǎn)速在3 000～5 000 r/min，汽泵再循環(huán)門(mén)全開(kāi)。

3.2? ? 給水主路切旁路

開(kāi)啟給水旁路調(diào)門(mén)前、后電動(dòng)門(mén)后，給水調(diào)門(mén)會(huì)緩慢打開(kāi)，最后保持在全開(kāi)位置，主給水電動(dòng)門(mén)會(huì)緩慢關(guān)閉至零位，最后主給水調(diào)節(jié)門(mén)投入自動(dòng)。汽動(dòng)給水泵自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定給水。完成條件為主給水旁路調(diào)門(mén)在自動(dòng)且反饋正常，旁路調(diào)節(jié)門(mén)前后電動(dòng)門(mén)全開(kāi)，主給水電動(dòng)門(mén)全關(guān)，給水流量波動(dòng)在正常范圍內(nèi)，汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速正常。

3.3? ? 轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式

為穩(wěn)定主蒸汽壓力，防止波動(dòng)，將機(jī)組干態(tài)CCS模式轉(zhuǎn)換成TF模式，汽機(jī)主控調(diào)節(jié)蒸汽壓力。將貯水箱沖洗管路電動(dòng)閥打開(kāi)，為貯水箱建立液位做準(zhǔn)備。此時(shí)主蒸汽過(guò)熱度應(yīng)在正常范圍內(nèi)。完成條件為機(jī)組轉(zhuǎn)換為T(mén)F控制方式，實(shí)際過(guò)熱度正常，貯水箱沖洗管路電動(dòng)門(mén)開(kāi)啟。

3.4? ? 等待水位建立，進(jìn)入濕態(tài)模式

干預(yù)煤水調(diào)節(jié)，給水維持最小流量不變，減少給煤量，中間點(diǎn)溫度和焓值會(huì)降低。中間點(diǎn)過(guò)熱度持續(xù)降低，貯水箱中的水位增加，當(dāng)水位開(kāi)始建立并大于0.5 m時(shí)，將貯水箱溢流閥投入自動(dòng)，此時(shí)貯水箱水位設(shè)定在10 m（為了保證濕態(tài)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，基本在貯水箱高度中間位置），貯水箱溢流閥自動(dòng)控制保證水位及波動(dòng)正常。完成條件為貯水箱液位大于0.5 m。

3.5? ? 投入濕態(tài)CCS模式

機(jī)組運(yùn)行方式由TF模式轉(zhuǎn)換為濕態(tài)CCS模式，整個(gè)干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)過(guò)程結(jié)束。

4? ? 濕態(tài)轉(zhuǎn)換干態(tài)試驗(yàn)

4.1? ? 轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式

將機(jī)組濕態(tài)協(xié)調(diào)控制方式轉(zhuǎn)換為汽機(jī)跟隨方式運(yùn)行，增加穩(wěn)定性。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，貯水箱液位在正常范圍內(nèi)，貯水箱溢流閥在自動(dòng)狀態(tài)。完成條件為機(jī)組轉(zhuǎn)換為T(mén)F控制方式，貯水箱液位在正常范圍，貯水箱溢流閥在自動(dòng)。

4.2? ? 開(kāi)始等待過(guò)熱度建立

增加給煤量為升負(fù)荷補(bǔ)充熱量，同時(shí)維持給水流量在水冷壁最小流量附近。此時(shí)貯水箱液位逐漸降低至零位，中間點(diǎn)過(guò)熱度逐漸升高。完成條件為中間點(diǎn)過(guò)熱度大于1 ℃，貯水箱液位小于0.5 m。

4.3? ? 關(guān)閉貯水箱調(diào)門(mén)及調(diào)門(mén)后電動(dòng)門(mén)

當(dāng)過(guò)熱度開(kāi)始建立時(shí)，工質(zhì)已成為飽和干蒸汽，貯水箱將不再產(chǎn)生液態(tài)水，順控發(fā)脈沖指令及時(shí)關(guān)閉貯水箱調(diào)門(mén)及調(diào)門(mén)后電動(dòng)門(mén)，防止工質(zhì)浪費(fèi)，造成熱損失。完成條件為貯水箱調(diào)門(mén)切手動(dòng)且開(kāi)度小于2%，貯水箱沖洗管路及調(diào)門(mén)后電動(dòng)門(mén)關(guān)閉，實(shí)際過(guò)熱度大于5 ℃。

4.4? ? 給水旁路切主路

緩慢將主給水旁路調(diào)門(mén)全開(kāi)，隨后打開(kāi)主給水電動(dòng)門(mén)至全開(kāi)位，再將主給水旁路調(diào)門(mén)緩慢關(guān)閉，主給水旁路調(diào)門(mén)前后電動(dòng)門(mén)關(guān)閉。完成條件為主給水旁路調(diào)門(mén)在手動(dòng)且開(kāi)度小于2%，旁路調(diào)節(jié)門(mén)前后電動(dòng)門(mén)關(guān)閉，主給水電動(dòng)門(mén)全開(kāi)。

4.5? ? 關(guān)閉給水泵再循環(huán)門(mén)，進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行

緩慢關(guān)閉給水泵再循環(huán)調(diào)門(mén)至合適位置，此時(shí)給水泵出口流量指令降低，給水泵轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)在合適范圍內(nèi)，保證給水流量的穩(wěn)定。完成條件為鍋爐已完全轉(zhuǎn)入干態(tài)運(yùn)行方式，負(fù)荷大于30% BMCR，負(fù)荷波動(dòng)變化穩(wěn)定，過(guò)熱度正常，給水波動(dòng)小于50 t/h。

4.6? ? 投入干態(tài)CCS模式

機(jī)組運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換為干態(tài)CCS模式，整個(gè)濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)過(guò)程就結(jié)束了。

5? ? 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)目標(biāo)鍋爐進(jìn)行了干濕態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)，結(jié)果如下：干濕態(tài)整體轉(zhuǎn)換時(shí)間在9分30秒左右，轉(zhuǎn)換過(guò)程全程無(wú)運(yùn)行人員手動(dòng)干預(yù)，實(shí)際負(fù)荷由128 MW到99 MW，負(fù)荷波動(dòng)正常，過(guò)熱度變化平穩(wěn)，給水流量波動(dòng)最大在25.2 t/h，給水調(diào)門(mén)及主給水電動(dòng)門(mén)動(dòng)作正常，濕態(tài)運(yùn)行方式下，貯水箱液位穩(wěn)定。整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程未發(fā)生自動(dòng)跳出。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

火電機(jī)組調(diào)峰任務(wù)的增加對(duì)低負(fù)荷下機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。風(fēng)、光等新能源發(fā)電機(jī)組數(shù)量與日俱增，此時(shí)火電機(jī)組不僅要作為主要電力供給機(jī)組，還要擔(dān)負(fù)起電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的艱巨任務(wù)，為電網(wǎng)穩(wěn)定做好保障，這就對(duì)機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)的快速性、靈活性、穩(wěn)定性提出了新的要求。由于350 MW超臨界直流爐的特性，在低負(fù)荷運(yùn)行的過(guò)程中必然存在干濕態(tài)兩種運(yùn)行模式，傳統(tǒng)的操作過(guò)度依賴(lài)于運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，主參數(shù)的調(diào)整、流程的缺少和操作的失誤，將會(huì)導(dǎo)致干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程過(guò)長(zhǎng)或反復(fù)轉(zhuǎn)換，造成經(jīng)濟(jì)損失，無(wú)法達(dá)到電網(wǎng)調(diào)峰要求，更嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致機(jī)組非停，嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)的穩(wěn)定性。在某2×350 MW機(jī)組上的試驗(yàn)表明，干濕態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)能夠使整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程平穩(wěn)、快速進(jìn)行，且安全、可靠。

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收稿日期：2020-05-19

作者簡(jiǎn)介：周瑞志（1993—），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，檢修技術(shù)員，研究方向：自動(dòng)化。