國家能源集團諫壁公司 韋一樂
隨著電力市場改革的不斷深入,作為我國發(fā)電主力軍的燃煤電廠在保證安全的情況下不斷提高自己的經(jīng)濟效益是能夠在這場改革洪流中不斷前進(jìn)的源源動力,提高經(jīng)濟效益一方面是降低運行成本,比如摻燒低價煤、降低供電煤耗、降低綜合廠用電率等手段,經(jīng)過多年多輪次的改造,采用鍋爐采用汽動引風(fēng)機、加裝低溫省煤器、汽輪機通流部分改造、采用變頻電機等手段,先進(jìn)的百萬機組發(fā)電廠用電率已經(jīng)降低到接近2.0%,供電煤耗降低到260g/kWh左右,300MW級別機組的供電煤耗也降到300g/kWh左右;鍋爐摻燒低價煤也能達(dá)到50%甚至更高。但改造后系統(tǒng)更加復(fù)雜,對于運行操作的要求越來越高,設(shè)備發(fā)生故障、人員誤操作的情況時有發(fā)生。
要提高燃煤電廠經(jīng)濟效益主要還是要增加發(fā)電以外的收入。比如煤燃燒產(chǎn)生的煤渣和煤灰通過加工可以作為建筑材料,脫硫產(chǎn)生的副產(chǎn)品石膏也可以用于建材等行業(yè)。但最簡單、最有效的還是發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn),將汽輪機的抽汽或排汽供給需要的企業(yè)或者居民以帶來額外的收入。隨著國家對火電機組排放要求的不斷提高,一些供熱的小火電機組也因為污染物排放無法達(dá)到國家的環(huán)保要求而關(guān)停,給大型火電廠帶來了更大的商機。
某電廠兩臺330MW機組分別投產(chǎn)于2003年和2004年,現(xiàn)汽輪機型號N330-17.0/543/565,為上海汽輪機廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、雙缸(高中壓合缸)、雙排汽、凝汽式汽輪機,剛投產(chǎn)時基本沒有對外供熱的能力。機組采用八級抽汽回?zé)嵫h(huán),分別供給三個高壓加熱器、除氧器、兩臺給水泵小汽輪機、四臺低壓加熱器。高壓缸第15級的抽汽至#7高加,高壓缸排汽部分至#6高加,其他抽汽口均布置在中、低壓缸。
通過兩次改造每臺機組分別安裝了三套供熱系統(tǒng):一套冷再供熱系統(tǒng)以及兩套高再供熱系統(tǒng),分別命名為冷再供熱、#1高再供熱和#2高再供熱。冷再供熱用的是高壓缸排汽(壓力3.95MPa、溫度326℃),壓力1.2~1.6MPa,最大供熱流量50t/h。#1高再供熱利用再熱器出口的蒸汽(壓力3.43MPa、溫度568℃)作為汽源,利用給水泵中間抽頭來水(壓力5.1MPa、溫度168℃)作為減溫水。出口蒸汽壓力1.2~1.6MPa、溫度250~320℃,最大供熱流量100t/h。
#2高再供熱也是利用再熱器出口的蒸汽,減溫水來自新加裝的兩臺減溫水升壓泵,每臺額定流量50t/h,水源取自凝泵出口的主凝結(jié)水管道。#2高再供熱壓力1.2~1.6MPa、溫度260~300℃,最大流量150t/h。三套供熱系統(tǒng)投用后,每臺機組的最大供熱量達(dá)到到300t/h,大大提高了機組的供熱能力。與之配套的是凝汽器增加了三路補水:加裝了一臺流量為100t/h的凝結(jié)水輸送泵;增加了兩路由化學(xué)除鹽水泵直接供給的補水,每路最大補水量都是100t/h,總的補水量增加在300t/h左右。
將抽汽作為汽源對外供熱,減少了汽輪機凝汽器處的冷源損失,提高了汽輪機的效率,降低了供電煤耗,提高了機組的經(jīng)濟效益。
由于新能源發(fā)電機組的不斷投產(chǎn),而新能源發(fā)電機組的發(fā)電穩(wěn)定性不夠,對于作為常規(guī)的火電機組的調(diào)峰能力有了更大的要求,簡單的說就是要根據(jù)電網(wǎng)的要求能大幅度的改變機組出力。特別是在電網(wǎng)需求較低的時候,要能將機組的負(fù)荷長時間穩(wěn)定在一定較低的水平,而低負(fù)荷運行對于燃煤機組而言是一個很大的考驗?,F(xiàn)階段電網(wǎng)對燃煤機組要求是40%的深度調(diào)峰,以后隨著新能源機組更多的投產(chǎn),調(diào)峰的深度會越來越低。
低負(fù)荷時有幾個難點:對于鍋爐來說,由于負(fù)荷低、給煤量就低、爐膛內(nèi)燃燒的煤粉就少,燃燒的穩(wěn)定就差,嚴(yán)重的話會發(fā)生滅火等事故。脫銷系統(tǒng)處的煙溫也會隨著負(fù)荷的下降而降低,不能滿足設(shè)計要求,使脫銷系統(tǒng)也因為煙溫的下降難以投入運行;對于汽輪機,負(fù)荷低、對應(yīng)的給水泵流量就低,容易產(chǎn)生汽蝕,需要打開一臺給水泵的再循環(huán)門增加給水泵的流量。再者低負(fù)荷抽汽壓力下降、做功能力下降,給水泵小汽輪機的進(jìn)汽量可能不夠,需要參加輔助汽源。
雖然機組通過一些改造已經(jīng)克服了這些困難,能夠滿足電網(wǎng)對深度調(diào)峰的要求,但隨著電網(wǎng)對于深度調(diào)峰的需求越來越高,調(diào)峰的深度會越來越低。在深度調(diào)峰時大量對外供熱,不僅僅可以增加蒸發(fā)量、給水量、凝水量、抽汽量,提高了機組的熱效率,更加好的是增加了鍋爐熱負(fù)荷,提高了燃煤量,使燃燒的穩(wěn)定性大大增強,又可以提高排煙溫度,保證了脫銷系統(tǒng)的投用率。
機組在AGC的狀態(tài)下,由于電網(wǎng)對負(fù)荷的調(diào)整比較的頻繁、機組負(fù)荷時上時下,對于直吹式制粉系統(tǒng)就需要隨時啟停磨煤機來滿足外界的需求,但頻繁的啟停磨煤機不僅對運行人員操作量的增加,而且容易發(fā)生制粉系統(tǒng)爆炸等事故。在一定的負(fù)荷范圍內(nèi),通過調(diào)整供熱量來減少鍋爐蒸發(fā)量的變化幅度,從而減少制粉系統(tǒng)的操作,提高機組的整體安全性。
在冷再供熱投用的情況下,可以通過調(diào)整冷再供熱的流量來調(diào)整再熱汽溫。這是因為冷再供熱的汽源取自再熱器前的管道,增加了冷再供熱流量就相當(dāng)于減少了再熱器的進(jìn)汽量,在再熱器受熱面熱負(fù)荷不變的情況下,單位質(zhì)量的再熱汽吸熱量增加,再熱汽溫度就上升。相反,減少冷再供熱流量,就降低的再熱汽溫。這種情況在機組負(fù)荷低、冷再供熱流量大是尤為明顯,而低負(fù)荷再熱溫就很難維持在一個較高的水平,通過增加冷再供熱流量就可以明顯提高再熱器溫,提高蒸汽的品質(zhì)。
在機組供熱流量較大時,各級抽汽量都有了較大的變化,使整個軸系的軸位移、差脹發(fā)生變化,可能引起各支持軸承的溫度振動、推力軸承溫度、回油溫度的變化,這需要引起足夠的重視。
由于機組在增加供熱系統(tǒng)時沒有專門對鍋爐、汽輪機同通流部分進(jìn)行同步的增容。在供熱流量較大的時候,就會出現(xiàn)機組的負(fù)荷達(dá)不到額定出力的情況,這就需要和電網(wǎng)加強溝通,平衡好供熱和電負(fù)荷的關(guān)系。
供熱量的增加,不僅補水量要增加,化學(xué)的制水能力也要同步的增容。運行中根據(jù)供熱量的增加,及時提高補水量,防止凝汽器、除氧器、汽包水位的下降。由于增加了多路的供熱管道,為防止汽輪機超速。要求定期對供熱管道的快關(guān)閥進(jìn)行活動試驗,一旦發(fā)現(xiàn)有卡澀的現(xiàn)象,就要立即隔離對應(yīng)的供熱系統(tǒng),在沒有消除缺陷前嚴(yán)禁投用。
在機組負(fù)荷低時,特別是在機組進(jìn)行最低出力考核或深度調(diào)峰的時候,對外供熱的能力明顯下降,遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到300t/h的設(shè)計能力。而在有些時候,比如節(jié)假日電網(wǎng)負(fù)荷顯著降低,外界對供熱的要求并沒有下降多少,加之有部分機組調(diào)停,那么對在運機組在低負(fù)荷時也有較高的供熱需求。而這時機組的供熱能力低,兩者產(chǎn)生了很大的矛盾。
為了提高在低負(fù)荷時的供熱能力,將中調(diào)門節(jié)流運行,提高高壓缸排汽和再熱汽壓力,就是一個比較簡單可行的方法。在A修供熱增容的同時進(jìn)行了中壓調(diào)門節(jié)流改造,增加了相關(guān)的操作畫面以及進(jìn)行相對應(yīng)的邏輯修改。經(jīng)過試驗,在40%深度調(diào)峰情況下,將兩側(cè)中壓調(diào)門關(guān)小至20%,在僅投用冷再供熱以及#1高再供熱的情況下,冷再供熱流量由29t/h上升至42t/h、#1高再供熱由50t/h上升至74t/h,供熱能力增加了50%左右,主機軸位移、差脹、各支持軸承溫度振動、推力軸承溫度沒有明顯的變化,一抽和高排壓力分別由2.64MPa和1.36MPa上升到2.92MPa和1.53MPa,高排溫度由305℃上升到315℃,其余的抽汽壓力略有下降,給水溫度上升6℃,達(dá)到了預(yù)期的效果。
需要投用時,在“DEH汽機控制總貌”畫面點擊“中壓調(diào)門節(jié)流控制投入”按鈕,兩中壓調(diào)門同時由原來的100%自動關(guān)小至60%,關(guān)小時間2分鐘。隨著機組負(fù)荷、供熱流量變化,按動中壓調(diào)門“△”或“▽”按鈕,每按動一次兩只中壓調(diào)門對于開度變化1%。當(dāng)中壓調(diào)門開度關(guān)小到20%或高排壓力達(dá)到3.8MPa,閉鎖關(guān)小中壓調(diào)門。需要退出時,逐步開大兩側(cè)中壓調(diào)門至60%,點擊“中壓調(diào)門節(jié)流控制切除”按鈕,中壓調(diào)門自動開足[1]。
高壓缸壓比高報警(分段函數(shù));高壓缸壓比低報警(分段函數(shù))并退出“中壓調(diào)門節(jié)流控制”,中壓調(diào)門自動開足;高排溫度360℃報警并退出“中壓調(diào)門節(jié)流控制”,中壓調(diào)門自動開足;高排壓力高達(dá)3.8MPa報警并退出“中壓調(diào)門節(jié)流控制”,中壓調(diào)門自動開足;在“中壓調(diào)門節(jié)流控制”供熱運行模式下,當(dāng)高壓缸壓比增加大解列值(分段函數(shù))并延時30秒,連鎖停用冷再供熱和#2高再供熱,并退出“中壓調(diào)門節(jié)流控制”,中壓調(diào)門自動開足。
表1 各主汽壓下高壓缸壓比解列值、高報警值、低報警值統(tǒng)計表
關(guān)小、開大中壓調(diào)門時操作要緩慢,注意調(diào)門開度變化情況,兩側(cè)要保持一致,并注意EH油壓的變化情況;中壓調(diào)門節(jié)流運行時要注意主機軸位移、差脹、各支持軸承溫度振動、推力軸承溫度、高排壓力、高排溫度、高壓缸壓比、供熱流量、各抽汽壓力的變化情況,發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整[2]。
供熱流量、機組負(fù)荷變化時要注意高壓缸壓比、高排溫度、高排壓力的變化。如果高壓缸壓比上升接近高報值,可以減少供熱流量或繼續(xù)關(guān)小中壓調(diào)門;如果高壓缸壓比下降接近低報值,可以增加供熱流量或開大中壓調(diào)門。高壓缸排汽溫度、高壓缸排汽壓力上升接近報警值,增加供熱流量或開大中壓調(diào)門;機組負(fù)荷165MW以下,負(fù)荷變化率要降低到0.5%,供熱流量調(diào)整幅度要小,操作要更加平緩。
要多注意兩側(cè)中壓調(diào)門的開度。由于中壓調(diào)門原先設(shè)計的時候在沖轉(zhuǎn)至3000r/min后就處于開足狀態(tài),不參與調(diào)節(jié)。在節(jié)流運行中可能會出現(xiàn)晃動等情況,甚至有發(fā)生門桿斷裂的危險;根據(jù)多次操作的經(jīng)驗,中壓調(diào)門開度在50%以上,節(jié)流效果不明顯,在20%~40%之間對供熱流量影響較大,因此在開度40%以下調(diào)整時一定要緩慢并隨時注意相關(guān)參數(shù)的變化情況;不要頻繁操作中壓調(diào)門開大、關(guān)??;如果經(jīng)常采用中壓調(diào)門節(jié)流運行,對中壓調(diào)門會產(chǎn)生一定的磨損,在檢修過程中應(yīng)注意檢查。
中壓調(diào)門節(jié)流運行不僅可以在低負(fù)荷時投入,在中段負(fù)荷時也可以使用。最大的好處就是增加了供熱能力;深度調(diào)峰時采用中壓調(diào)門節(jié)流運行,增加了供熱流量,提高了鍋爐的熱負(fù)荷,有利于鍋爐的穩(wěn)定性。由于一、二級抽汽壓力的上升,給水溫度也隨之上升,如果配合#0高加使用效果更加明顯,從而提高了鍋爐脫銷系統(tǒng)的溫度,增加了脫銷系統(tǒng)投用的負(fù)荷寬度;由于中壓調(diào)門處于節(jié)流狀態(tài),降低了汽輪機的相對內(nèi)效率,增加了供電煤耗,經(jīng)濟性下降。但由于可以增加供熱流量,而且可以進(jìn)一步降低深度調(diào)峰的深度,帶來了額外的收益,對于燃煤電廠來說總的收益還是提高的。
燃煤發(fā)電機組、特別是30萬級別的小機組,為了能在電力市場生存下去,在保證安全的情況下要想盡方法增加發(fā)電以外的收益。在周圍有熱用戶的前提下,增加供熱是一條簡單可行的途徑,在采用中壓調(diào)門節(jié)流技術(shù)的前提下,基本可以在低負(fù)荷時增加50%的供熱量,從而提高了整體的供熱能力,為機組長期安全經(jīng)濟運行奠定了良好的基礎(chǔ),提高了在電力市場的競爭能力。對于60萬、百萬級別的大機組,也可以通過此項技術(shù)提高在低負(fù)荷下的供熱能力,可以在整個火電機組上廣泛推廣。