超超臨界1000MW機組運行調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)分析

程輝

(國華徐州發(fā)電有限公司,江蘇徐州 221166)

超超臨界1000MW機組運行調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)分析

程輝

(國華徐州發(fā)電有限公司,江蘇徐州 221166)

本文結(jié)合當前我國超超臨界1000MW機組的發(fā)展現(xiàn)狀,以徐州發(fā)電有限公司2×1000MW機組的調(diào)試過程為例,從超超臨界機組的啟動及運行、機組的可靠性和效率、節(jié)能技術(shù)幾個方面對運行調(diào)試技術(shù)要點進行了詳細闡述。

超超臨界 啟動及運行 可靠性 節(jié)能

1 前言

電力行業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的強大后盾，而火力發(fā)電廠占我國發(fā)電站的很大一部分，是實施我國節(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)電機組利于緩解我國煤炭資源的短缺、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，火電廠發(fā)電機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)是未來火電機組的發(fā)展趨勢。本文以徐州發(fā)電有限公司2×1000MW機組(上大壓小)建設(shè)工程為研究對象，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)泵及擴容式啟動系統(tǒng)，平衡通風，露天布置，固態(tài)排渣煤粉爐，過熱器蒸汽流量為2943t/h，出口壓力27.34MPa(g)，出口溫度605℃。

2 現(xiàn)代超超臨界機組發(fā)展現(xiàn)狀

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

造技術(shù)逐步成熟。我國的超超臨界機組從無到有，取得了引人注目的成績。相對比亞臨界發(fā)電機組，超超臨界機組在蒸汽壓力、工作溫度上更進一步，發(fā)電效率提升了10%左右。這對于我國逐步實現(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年第一臺超超臨界機組投入實際運行到如今，我國電力總裝機容量不斷增長，其中，火電仍然占絕大一部分比例[1]。

3 機組的啟動及運行方面

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

3.1 鍋爐的吹管問題

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

3.2 機組微油點火啟動技術(shù)

當前我國發(fā)電企業(yè)采用較多的有等離子點火[2]、微油點火、熱空氣直接點燃煤粉3種點火方式。徐州發(fā)電有限公司2×1000MW機組系統(tǒng)采用微油點火方式，該方式通過壓縮空氣打碎燃料油，再經(jīng)過霧化后用于燃燒，并將此過程產(chǎn)生的熱量用于加熱燃料及擴容等操作，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。其中，微油點火系統(tǒng)包括微油點火煤粉燃燒器、微油點火油槍及管路、油配風系統(tǒng)、霧化壓縮空氣系統(tǒng)、高能點火系統(tǒng)、一次風測風系統(tǒng)、火檢系統(tǒng)、燃燒器壁溫檢測系統(tǒng)、一次風加熱系統(tǒng)等。

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

3.3 一次調(diào)頻技術(shù)

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

3.3.1 一次調(diào)頻的原理

對于正常運行中的電網(wǎng)，其頻率隨發(fā)電功率及負荷的變化而變化，當電網(wǎng)系統(tǒng)的功率供不應(yīng)求時，其頻率會出現(xiàn)降低，而當系統(tǒng)功率供大于求時，頻率相應(yīng)的增加。一次調(diào)頻技術(shù)就是指通過自動的增加或者減少機組發(fā)出的有功功率量，從而達到一個動態(tài)的平衡，實現(xiàn)電網(wǎng)頻率的相對穩(wěn)定。

3.3.2 相關(guān)條件

為了一次調(diào)頻自動頻率控制功能的正常實現(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)時間，由于發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)對死區(qū)時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)頻實施過程中，調(diào)頻速度不等率的大小不同會導(dǎo)致調(diào)節(jié)效果不明顯或降低機組運行的穩(wěn)定，推薦設(shè)定為4%-5%；(3)從發(fā)電機組可靠運行的角度，應(yīng)當為一次調(diào)頻中的最大負荷變化值設(shè)定一個合理的區(qū)間范圍。

3.3.3 一次調(diào)頻控制方法的改進

在實際應(yīng)用中，應(yīng)當結(jié)合具體運行情況，對一次調(diào)頻控制進行適當?shù)耐晟坪透倪M。包括降低頻率調(diào)控的不確定因素、有效增強負荷調(diào)節(jié)能力等方面。在實際中，一方面，若調(diào)頻控制不充分考慮實際機組工況的改變、閥門流量曲線的差異，會降低系統(tǒng)調(diào)頻的性能，此時，可以把一次調(diào)頻中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的比例前饋系數(shù)進行修正，而修正過程應(yīng)當充分考慮壓力、溫度、閥門的特性等因素；另一方面，針對機組調(diào)頻過程中出現(xiàn)的負荷調(diào)整能力不足的問題，可以通過使用凝結(jié)水進行節(jié)流，實現(xiàn)機組低壓缸抽汽的急劇減小，從而達到負荷快速變化的目的。

3.4 爐水泵電機腔室溫升監(jiān)控技術(shù)

3.4.1 爐水泵及其故障簡述

應(yīng)用于超超臨界機組中的爐水循環(huán)泵具有揚程小、流量小的特點，其作用在于設(shè)備運行初期促進鍋爐水冷壁的水循環(huán)過程、提升運行效率。在實際的1000MW機組鍋爐運行中，啟動系統(tǒng)的爐水循環(huán)泵會因電機腔室內(nèi)的溫度異常引發(fā)斷電，直接危害了機組安全高效運行。

3.4.2 溫升異常故障分析

對于此故障，主要原因一般是由于泵的電機腔室內(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的繞組不斷的承受機械摩擦，更可能降低電機的絕緣和潤滑效果。通過對實際情況的總結(jié)，大致的原因包括設(shè)備電機腔內(nèi)水質(zhì)不達標、冷卻水發(fā)生泄漏、外部雜物進入電機腔室、設(shè)備腔室內(nèi)部產(chǎn)生的雜物等。針對這個問題，應(yīng)當采取一定的措施進行改善，例如加大水質(zhì)監(jiān)測的力度、加強設(shè)備金屬部件的防腐工作、附加專業(yè)的隔離過濾措施等。

表1 調(diào)試發(fā)現(xiàn)的問題及處理建議

表2 機組汽輪機常見振動故障的原因及消除措施

3.5 機組運行中汽輪機異常振動故障排除技術(shù)

3.5.1 常見振動故障簡述

在實際的汽輪機組運行過程中，發(fā)生機組的振動不足為奇，但是，這種振動也是有一個合理的范圍，超出該范圍就是發(fā)生了故障，存在很大的安全隱患。

應(yīng)用中常見的振動包括強迫和自激式兩種。機組汽輪機常見振動故障的原因及消除措施見表2。

3.5.2 故障排查技術(shù)

在實際現(xiàn)場的機組維護工作中，對于該類故障的確認及排除方法一般是借助于先進的探測設(shè)備及精密的感應(yīng)儀器，對汽輪機的振動信號進行采集和專業(yè)的分析，提取出反映設(shè)備故障的信號，幫助操作人員及時的發(fā)現(xiàn)問題原因，查找故障點。同時，要求相關(guān)人員對設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。

4 機組可靠性和效率方面

4.1 機組鍋爐基本信息的準備

通過對機組鍋爐的運行情況不斷進行跟蹤監(jiān)測、分析預(yù)警，掌握鍋爐中的高溫設(shè)備、材料的運行狀態(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)化及補償措施來延長機組鍋爐的使用壽命。而要完成這項工作，需要從以下幾個方面進行考慮：首先，應(yīng)當對1000MW超超臨界機組中的關(guān)鍵部分和關(guān)鍵材料，如末級過熱器集箱、主蒸汽管道等，以及機組中廣泛采用的高等級耐熱鋼材等的物理、化學(xué)、機械等方面的參數(shù)進行全面的統(tǒng)計分析，為機組鍋爐壽命的管控提供基本的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；其次，掌握機組鍋爐內(nèi)的溫度分布。機組內(nèi)部的溫度分布情況會隨著機組燃燒模式的不同而改變，因此，必須通過準確、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壁溫之間的關(guān)系[3]。

4.2 基于機組鍋爐基本信息的管控系統(tǒng)的建立

在對機組鍋爐的關(guān)鍵高溫金屬部件進行恒溫恒壓條件下的機械形變實驗、交變載荷條件下的疲勞損傷實驗、部件材料的抗氧化實驗等實際驗證后，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估模型、鍋爐實時內(nèi)壁溫度檢測模型等。通過以上評估模型的建立，結(jié)合現(xiàn)代計算機技術(shù)，開發(fā)1000MW超超臨界機組的狀態(tài)管控系統(tǒng)，實現(xiàn)在線狀態(tài)監(jiān)控、氧化皮脫落風險預(yù)測、機組使用壽命評估、機組數(shù)據(jù)管控等功能，便于機組設(shè)備的正常運行、有效降低爐管泄漏風險，提升設(shè)備運行的效率。

5 節(jié)能技術(shù)方面

盡管1000MW超超臨界機組具備一定的節(jié)能優(yōu)勢，在實際應(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，進一步提高機組整體的節(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)備的選購或日常維護過程中，我們應(yīng)當結(jié)合實際的工程情況，盡可能的采用先進節(jié)能的主輔機及配套設(shè)備。例如：(1)通過把動葉、靜葉可調(diào)軸流風機分別用于送風機及一次風機、引風機，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰，相比于傳統(tǒng)的離心風機，在提高效率的同時降低了電能的消耗；(2)對于輔機的選擇，推薦使用節(jié)能低損的機型，此外，應(yīng)對發(fā)電量、備用機組數(shù)量、容量進行合理規(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，如汽機潤滑冷油器。

5.2 高效科學(xué)的工藝系統(tǒng)

除了選用先進節(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)進行除灰工序時，對灰進行篩選，便于灰渣的重新利用；(3)安裝工業(yè)用電監(jiān)控系統(tǒng)，通過對用電量、用電狀態(tài)、負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行實施。例如，(1)依照生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)對水質(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，對用水情況進行監(jiān)督；(4)設(shè)立專門的用水管理機構(gòu)，制定獎懲機制。

6 結(jié)語

超超臨界機組以其高效的節(jié)能降耗優(yōu)勢，具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＮ磥淼幕鹆Πl(fā)電將圍繞設(shè)計和制造參數(shù)更高的超超臨界發(fā)電機組、提升熱效率、減少運營成本和對環(huán)境的負面影響等方面進行。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。

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

[2]付龍龍,劉超.超超臨界1000MW機組等離子點火系統(tǒng)起動調(diào)試及運行.熱力發(fā)電,2008(4).

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