孫銘志，房 偉，王春艷，徐東昌，張建波

（華能山東煙臺發(fā)電廠，山東 煙臺 264000）

0 引言

引風(fēng)機作為電廠的重要輔機，目前絕大多數(shù)為電力驅(qū)動，隨著機組容量的增大，大容量引風(fēng)機電機帶來的啟動電流過大，廠用電電壓等級提高等問題愈來愈嚴(yán)峻，文獻［1-4］對引風(fēng)機的驅(qū)動方式進行了大量分析研究，柳桐對電站引風(fēng)機汽輪機驅(qū)動可行性進行了分析，對比了電機直接驅(qū)動、電機帶變頻器驅(qū)動及汽輪機驅(qū)動的優(yōu)缺點和經(jīng)濟性［5］，馬曉瓏等以某電廠超超臨界1 000 MW 機組的設(shè)計和運行參數(shù)為基礎(chǔ)，計算了汽動引風(fēng)機的能耗及投資，并與電驅(qū)動方式進行了比較［6］，劉發(fā)燦等提出了引風(fēng)機采用汽輪機驅(qū)動的多種方案，并對背壓式汽輪機和凝汽式汽輪機兩種系統(tǒng)進行了分析比較［7］，以上文獻大多是關(guān)于汽輪機驅(qū)動引風(fēng)機的理論分析，而結(jié)合工業(yè)蒸汽系統(tǒng)的實際工程應(yīng)用方面的文獻較少。

A 電廠作為國內(nèi)首創(chuàng)汽動引風(fēng)機排汽至工業(yè)抽汽與主機回?zé)嵯到y(tǒng)熱力耦合的機組，其熱效率及經(jīng)濟性達到國內(nèi)較高水平。

1 機組概況

1.1 設(shè)備簡介

A 電廠2×670 MW 機組配置超超臨界、四缸四排汽、雙背壓、一次中間再熱抽汽凝汽式汽輪機，并首次在超超臨界機組實現(xiàn)大面積供熱。

汽動引風(fēng)機為靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機，采用單系列100%容量設(shè)計方案，配備單缸、變轉(zhuǎn)速、背壓式汽輪機，部分參數(shù)如表1所示。

表1 背壓式汽輪機參數(shù)

1.2 引風(fēng)機汽輪機系統(tǒng)

引風(fēng)機汽輪機正常運行的汽源為一級再熱器出口蒸汽，另設(shè)一路輔汽作為調(diào)試用汽以及暖管汽源。其排汽通往除氧器進汽輔汽聯(lián)箱和工業(yè)蒸汽系統(tǒng)，系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 汽動引風(fēng)機工業(yè)供汽系統(tǒng)

1.3 工業(yè)蒸汽系統(tǒng)介紹

工業(yè)蒸汽系統(tǒng)汽源共有兩路，一路來自引風(fēng)機汽輪機排汽，另一路來自汽輪機第三級抽汽（備用），經(jīng)過減溫減壓裝置調(diào)整參數(shù)后通往各工業(yè)蒸汽用戶，如圖2所示。

A 電廠單機設(shè)計工業(yè)熱負荷供給量為80 t∕h，供汽參數(shù)為1.2 MPa∕326.6 ℃。廠外北線工業(yè)抽汽管網(wǎng)主要用于工業(yè)伴熱，參數(shù)要求較低，南線用戶主要為化工企業(yè)，蒸汽品質(zhì)要求較高。

為保證工業(yè)抽汽維持1.2 MPa 的供汽壓力，A 電廠采用引風(fēng)機汽輪機排汽至工業(yè)抽汽與主機回?zé)嵯到y(tǒng)耦合的方式。通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機汽輪機調(diào)速系統(tǒng)滿足各負荷下引風(fēng)機出力需求的同時，控制引風(fēng)機汽輪機排汽至除氧器進汽輔汽聯(lián)箱的流量，保持工業(yè)抽汽壓力的恒定，實現(xiàn)工業(yè)熱負荷的穩(wěn)定供給。

2 運行存在的主要問題

2.1 汽動引風(fēng)機靜葉開度線性差

2019 年4 月4 日，2 號機負荷300 MW，為提高引風(fēng)機出力，將50%容量的電動引風(fēng)機切換至100%容量的汽動引風(fēng)機運行。切換過程中汽動引風(fēng)機靜葉開度激增，爐膛負壓迅速降至-2 000 Pa，鍋爐MFT動作（爐膛壓≤-2 000 Pa），機組跳機。

檢查熱工指令和反饋信號無異常后，對執(zhí)行機構(gòu)的布置和各部件安裝情況進行校核，發(fā)現(xiàn)伺服機構(gòu)的基礎(chǔ)高度偏低，且連桿與水平面不垂直，存在偏移現(xiàn)象。判斷是由角行程執(zhí)行機構(gòu)的安裝及布置問題引起汽動引風(fēng)機靜葉開度線性差。

切換風(fēng)機期間，運行人員曾發(fā)現(xiàn)汽動引風(fēng)機傳出異響，分析葉片受高溫膨脹因素影響，部分間隙偏小的部位可能發(fā)生碰磨、卡澀。

圖2 廠內(nèi)工業(yè)蒸汽系統(tǒng)

2.2 引風(fēng)機汽輪機出力不足

1 號機組500 MW 負荷工況下，引風(fēng)機汽輪機進汽壓力3.43 MPa，排汽壓力1.11 MPa，進汽流量37 t∕h，轉(zhuǎn)速4 100 r∕min，汽動引風(fēng)機靜葉開度85.2%，轉(zhuǎn)速560 r∕min，爐膛負壓-112 Pa。此時引風(fēng)機汽輪機主汽門、調(diào)速汽門已達到全開狀態(tài)，汽動引風(fēng)機靜葉接近最大流量開度，無法繼續(xù)提高汽動引風(fēng)機轉(zhuǎn)速。

對比實際工況參數(shù)、主機廠及引風(fēng)機汽輪機廠提供的相關(guān)設(shè)計參數(shù)，進行原因分析，相關(guān)數(shù)據(jù)如表2—表4所示（表中THA為熱耗率驗收工況）。

將500 MW 負荷實際工況相關(guān)參數(shù)與75%THA工況設(shè)計值進行對比（75% THA 工況近似于500 MW負荷實際工況［8］），發(fā)現(xiàn)引風(fēng)機汽輪機實際入口壓力3.43 MPa 低于設(shè)計值3.71 MPa。對比機組性能考核試驗相關(guān)參數(shù)和各工況相關(guān)參數(shù)的設(shè)計值，發(fā)現(xiàn)在各工況下，引風(fēng)機汽輪機進汽溫度達到設(shè)計值，高壓缸排汽壓力、引風(fēng)機汽輪機入口壓力均低于設(shè)計值。在引風(fēng)機汽輪機背壓低于額定值的情況下，引風(fēng)機汽輪機進汽量依然達不到設(shè)計值。對比一級再熱器出口壓力及引風(fēng)機汽輪機入口壓力的設(shè)計值，沿程壓損最高為0.09 MPa。實際工況下，僅引風(fēng)機汽輪機入口流量孔板即可造成0.2 MPa壓損。

表2 主機廠相關(guān)參數(shù) 單位：MPa

表3 引風(fēng)機汽輪機技術(shù)協(xié)議相關(guān)參數(shù)

表4 機組性能考核試驗相關(guān)參數(shù)

經(jīng)過上述分析，可以得出：

1）機組性能試驗中高壓缸排汽壓力在各負荷工況下均低于設(shè)計值。作為具備高熱電比的670 MW 超超臨界汽輪機，可能在汽輪機本體制造過程中，過分強調(diào)出力，部分汽輪機通流面積偏大，由此導(dǎo)致設(shè)計熱平衡圖與實際缸體進汽、排汽參數(shù)偏差大，由此導(dǎo)致對應(yīng)負荷點引風(fēng)機進汽參數(shù)偏低。

2）設(shè)計階段，設(shè)計單位按照廠家提供的額定參數(shù)進行選取管道，未充分考慮參數(shù)變化以及變工況特性，在部分運行工況中，管道壓損偏大，進汽量受限，一定程度上限值了引風(fēng)機出力。

3）引風(fēng)機汽輪機廠家在汽輪機排汽參數(shù)設(shè)計方面沒有充分考慮調(diào)節(jié)裕量。在引風(fēng)機汽輪機背壓維持1.2 MPa 不變情況下，沒有預(yù)留背壓調(diào)節(jié)裕量，容易導(dǎo)致引風(fēng)機汽輪機出力不足。

2.3 工業(yè)蒸汽參數(shù)較低

實際工況下，為滿足汽動引風(fēng)機出力需要，引風(fēng)機汽輪機背壓始終維持在較低狀態(tài)，其排汽量和排汽壓力均無法達到工業(yè)蒸汽參數(shù)要求，各負荷工況下引風(fēng)機汽輪機排汽壓力和排汽量如圖3所示。

由于引風(fēng)機汽輪機進汽參數(shù)低，并且引風(fēng)機汽輪機選型偏小，導(dǎo)致引風(fēng)機汽輪機排汽參數(shù)無法達到設(shè)計要求。引風(fēng)機汽輪機排汽改造后，引風(fēng)機汽輪機排汽壓力進一步降低，與工業(yè)蒸汽參數(shù)要求差距更大。

圖3 引風(fēng)機汽輪機排汽參數(shù)趨勢

3 解決方案

3.1 優(yōu)化汽動引風(fēng)機調(diào)節(jié)線性

重新校對汽動引風(fēng)機靜葉開度行程，調(diào)整執(zhí)行器水平位置及基礎(chǔ)高度，最后對執(zhí)行器基礎(chǔ)進行加固處理，防止執(zhí)行機構(gòu)在運行過程中發(fā)生偏移并保證連桿垂直于水平面。

檢查汽動引風(fēng)機內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)部分靜葉葉頂間隙偏小、軸端不同心。通過放大靜葉葉頂間隙、調(diào)整軸端同心度，避免熱態(tài)情況下可能發(fā)生的碰磨或卡澀。

經(jīng)上述處理后，進行汽動引風(fēng)機靜葉開度線性冷態(tài)及熱態(tài)試驗，試驗結(jié)果良好且在熱態(tài)情況下就地?zé)o異響。在由電動引風(fēng)機切換至汽動引風(fēng)機過程中，運行人員操作更加平穩(wěn)安全。

3.2 降低引風(fēng)機汽輪機背壓

由于引風(fēng)機汽輪機進汽管道改造成本較高，工期較長；并且50%容量電動引風(fēng)機很難與100%容量汽動引風(fēng)機并聯(lián)運行，最終采用降低引風(fēng)機汽輪機背壓的方式來提高出力。

因工業(yè)蒸汽系統(tǒng)未投用，在試運階段引風(fēng)機汽輪機排汽僅通往除氧器進汽輔汽聯(lián)箱，為降低引風(fēng)機汽輪機背壓，逐漸關(guān)閉四抽至除氧器進汽輔汽聯(lián)箱電動門，直至除氧器進汽輔汽聯(lián)箱壓力降至0.89 MPa，引風(fēng)機汽輪機仍無法達到額定出力。

臨時在引風(fēng)機汽輪機排汽排大氣電動門加入中停功能，通過提高排大氣電動門的開度來進一步降低引風(fēng)機汽輪機背壓，最終引風(fēng)機汽輪機成功達到額定出力，順利完成1號機168 h滿負荷試運。

試運后期，對2 號機引風(fēng)機汽輪機排汽管道進行了設(shè)計變更：在引風(fēng)機汽輪機排汽管道上增設(shè)一路管道接至比除氧器壓力低一級的回?zé)嵴羝到y(tǒng)，即五號低加殼側(cè)入口處，并通過調(diào)節(jié)閥控制流量。

2019年4月21日，該系統(tǒng)改造后首次投入使用。投運后，2 號機組整體穩(wěn)定無異常，成功實現(xiàn)引風(fēng)機汽輪機背壓的有效控制，達到提高引風(fēng)機汽輪機出力的目的，保證了機組的安全性。

由于該系統(tǒng)僅在高負荷段使用，并且引風(fēng)機汽輪機排汽管道離5 號低壓加熱器較近，管線較短，壓力較低，對管道材質(zhì)的要求不高，是一種低成本、微影響、耗時短的解決方案。改造后會排擠部分五級抽汽，造成抽汽量減少，機組冷源損失增大，但在未投用工業(yè)抽汽的情況下，改造后的運行方式相比常規(guī)電驅(qū)方案仍可降低標(biāo)煤耗0.4 g∕kWh，全年增收可達200萬元。

3.3 提高工業(yè)蒸汽參數(shù)

由于工業(yè)蒸汽系統(tǒng)尚未投用，后期改造建議取消流量孔板、進汽管道閥門組等降低管道壓損的方式來提高引風(fēng)機汽輪機進汽參數(shù)。也可引用三抽蒸汽接至引風(fēng)機汽輪機排汽管道，利用射汽抽氣器維持引風(fēng)機汽輪機背壓，同時提高工業(yè)抽汽的參數(shù)。

投用工業(yè)抽汽后，A電廠年供汽量約30萬t，年均全廠熱效率可達59.40%，年增收可達4 000萬元。

4 結(jié)語

通過對汽動引風(fēng)機執(zhí)行機構(gòu)和靜葉間隙的調(diào)整，解決了汽動引風(fēng)機開度突變的問題，提高了機組的穩(wěn)定性和安全性；在未投用工業(yè)蒸汽系統(tǒng)的情況下，通過對引風(fēng)機汽輪機排汽管道的改造降低引風(fēng)機汽輪機背壓，提高汽動引風(fēng)機出力，使機組順利達到滿負荷運行狀態(tài)；改造后，增加了調(diào)節(jié)引風(fēng)機汽輪機背壓的手段，提高了整體系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性；利用射汽抽氣器技術(shù)，可在提高工業(yè)蒸汽參數(shù)的同時保證引風(fēng)機汽輪機出力，工業(yè)蒸汽投用后，年增收可達4 000萬元。

建議主機廠家對670 MW 超超臨界機組高熱電比采暖抽汽的設(shè)計做進一步的優(yōu)化；設(shè)計單位優(yōu)化單系列引風(fēng)機汽輪機排汽供工業(yè)抽汽方案，提高引風(fēng)機汽輪機背壓調(diào)節(jié)裕量，避免引風(fēng)機汽輪機出力不足；引風(fēng)機汽輪機廠家設(shè)計排汽至工業(yè)抽汽與其他熱力系統(tǒng)耦合的相關(guān)機型時，預(yù)留背壓調(diào)節(jié)裕量，以滿足工業(yè)蒸汽參數(shù)要求。