大型超超臨界機組汽動引風(fēng)機調(diào)試技術(shù)探討

黃偉，俞犇，王敦敦，楊劍鋒

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007)

大型超超臨界機組汽動引風(fēng)機調(diào)試技術(shù)探討

Discussion on commissioning technology of steam-driven induced-draft fan for large-scale ultra supercritical units

黃偉，俞犇，王敦敦，楊劍鋒

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007)

介紹了大型超臨界機組汽動引風(fēng)機在國內(nèi)的應(yīng)用情況，針對調(diào)試過程中存在調(diào)試用油量、引風(fēng)機裕量不足、啟動爐供汽量、冷態(tài)試驗等一系列問題，提出了相應(yīng)的措施，并總結(jié)汽動引風(fēng)機調(diào)試經(jīng)驗和異常分析。

超臨界機組；汽動引風(fēng)機；調(diào)試；冷態(tài)試驗

國內(nèi)大型火電機組的引風(fēng)機主要為電動機驅(qū)動，電動引風(fēng)機的啟動電流大，運行過程中電耗高，在進行引 (風(fēng)機)增 (壓風(fēng)機)合一改造后更為明顯。目前，大型超臨界機組的引風(fēng)機多采用靜葉可調(diào)軸流式，在鍋爐低負荷時，引風(fēng)機節(jié)流大， 效率低〔1〕。

近年來，電動引風(fēng)機改造為蒸汽驅(qū)動引風(fēng)機成為發(fā)電行業(yè)的熱點，各發(fā)電集團均開展汽動引風(fēng)機改造，甚至有的電廠在基建階段直接設(shè)計為汽動引風(fēng)機。采用汽動引風(fēng)機可以徹底解決引風(fēng)機啟動反轉(zhuǎn)、啟動電流大，減少中間能量環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化，提高熱能利用效率。由于汽動風(fēng)機轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，在不同的負荷范圍內(nèi)均能實現(xiàn)高效運行〔2〕。本文對比總結(jié)典型的國內(nèi)改造后的汽動引風(fēng)機應(yīng)用情況，及調(diào)試過程中存在的問題和解決措施，為在建或改造火電廠項目、特別是為新建常德電廠引風(fēng)機調(diào)試提供借鑒。

1 國內(nèi)應(yīng)用概述

1.1 國電浙江北侖電廠

北侖電廠三期工程2×1 000 MW機組6，7號機組進行了引風(fēng)機和增壓風(fēng)機合并改造，將原有脫硫增壓風(fēng)機拆除與系統(tǒng)斷開。原設(shè)計為每臺鍋爐2臺引風(fēng)機電機額定功率7 200 kW，2臺增壓風(fēng)機電機額定功率5 000 kW，共計24 400 kW。改造后引風(fēng)機為某廠生產(chǎn)的AN＋X37e6型靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機，TB工況下風(fēng)機入口全壓－6 287 Pa，全壓升7 567 Pa，風(fēng)機軸功率為 6 781 kW，風(fēng)機轉(zhuǎn)速為740 r/min。由于引風(fēng)機改為小汽輪機驅(qū)動，為了滿足機組啟動需求，每臺機組另外設(shè)置1臺啟動風(fēng)機 (電動驅(qū)動使用改造前的引風(fēng)機)。

小汽輪機由小機本體、變速箱、油站、軸封系統(tǒng)組成。小機型號為HNG40/32/20，為單缸、單流、反動式、背壓式汽輪機，額定功率5 000 kW，額定轉(zhuǎn)速5 145 r/min。小機額定進汽壓力為5.5 MPa，額定進汽溫度為490℃，額定流量為57 t/h，排汽壓力為1.3 MPa，排汽溫度為313.5℃。機組進汽由鍋爐低壓再熱管引出 (負荷50%～100%)，在低負荷 (負荷＜50%)時將冷段再熱蒸汽投入，防止引風(fēng)機小汽輪機排汽溫度超標。做功后的背壓蒸汽從小機的排汽室向下經(jīng)排汽逆止閥及出口電動閥進入對應(yīng)的排汽管系，正常工況通過三期輔助蒸汽系統(tǒng)供熱網(wǎng)用，也可以排到除氧器作為熱源。

1.2 華能廣東海門電廠

海門電廠3號機組為1 036 MW超超臨界燃煤機組，是國內(nèi)首臺采用小汽輪機帶動引風(fēng)機的百萬機組，其綜合廠用電率降低至3.1%，其引風(fēng)機在低負荷區(qū)域仍能保持88%的高效運作，節(jié)電效果明顯。引風(fēng)機用小汽輪機為凝汽式。

1.3 常德電廠

引風(fēng)機小汽機形式為單缸、單流、沖動、背壓式。設(shè)計功率為4.5 MW，額定轉(zhuǎn)速為5 195 r/min，調(diào)速范圍為3 000～5 528 r/min。小機額定進汽壓力為5.05 MPa，溫度為 505℃；額定排汽壓力為1.396 MPa，溫度為 351.1℃， 額定流量為49.21 t/h。表1為低溫省煤器不投運時，各工況點對應(yīng)小汽機運行參數(shù)。

表1 主要參數(shù)表 (低溫省煤器不投運)

引風(fēng)機小汽機設(shè)計蒸汽來源為鍋爐低再出口，小汽機排汽去向為除氧器或輔助蒸汽系統(tǒng)。未設(shè)計其他蒸汽來源，也就是啟動鍋爐 (輔汽聯(lián)箱)蒸汽不能作為引風(fēng)機小汽機汽源，鍋爐屏過出口蒸汽也不能作為直接引風(fēng)機小汽機汽源。

每臺鍋爐配備2臺50%容量汽動引風(fēng)機。背壓機最大輸出功率為 5 387 kW，風(fēng)機最大軸功率6 025 kW，在BMCR工況下，背壓機與風(fēng)機功率匹配。

2 調(diào)試常見問題探討

2.1 引風(fēng)機調(diào)試時間

北侖電廠7號機組從2011年3月進行汽動引風(fēng)機改造，4月25日開始調(diào)試，5月23日完成包括汽動引風(fēng)機調(diào)試在內(nèi)的機組整套啟動工作，用時29天。6號機組從2012年1月開始進行汽動引風(fēng)機改造，2月6日開始調(diào)試，2月19日順利完成包括汽動引風(fēng)機調(diào)試在內(nèi)的機組整套啟動工作，用時14天。上述調(diào)試時間是在有老廠供汽情況、且機組經(jīng)過考驗處于穩(wěn)定狀態(tài)下進行的，如是新廠新機的情況，按照經(jīng)驗推算，新廠首臺機組引風(fēng)機調(diào)試時間約為15天，第2臺機組引風(fēng)機調(diào)試時間約為10天。

2.2 調(diào)試用油量

北侖電廠、海門電廠等引風(fēng)機均為投產(chǎn)后由電動風(fēng)機改為汽動風(fēng)機，不存在啟動鍋爐調(diào)試用油和供汽。首批新廠采用汽動引風(fēng)機的鍋爐尚未調(diào)試，無啟動鍋爐調(diào)試用油數(shù)據(jù)和相關(guān)經(jīng)驗。

由于常德電廠大鍋爐本體取消了大油槍，因此調(diào)試期間所有燃油消耗均為啟動鍋爐消耗，啟動鍋爐設(shè)計參數(shù)為:蒸汽壓力1.3 MPa、蒸汽溫度350℃、蒸汽流量35 t/h，油槍出力2.7 t/h，調(diào)試用油分析見表2。從表2中可以看出，按照之前調(diào)試的經(jīng)驗推算，建議常德電廠首臺采用汽動引風(fēng)機的660 MW機組調(diào)試用油量約為1 133 t，火電廠不要片面追求燃油用量的指標，因為一方面會減少調(diào)試時間，從而使調(diào)試安全、機組質(zhì)量得不到保障，另一方面如加快啟動時間，有可能會導(dǎo)致尾部再燃燒、升溫升壓速率過快、受熱面超溫爆管、T91/ P91等材料生成氧化皮等一系列問題，從長遠的角度來說危害更大。在首臺機組運行的前提下，第2臺機組的調(diào)試用油量為600 t。

表2 近年來新廠首臺機組調(diào)試用油統(tǒng)計表 (單臺機組)t

2.3 冷態(tài)通風(fēng)檢查試驗問題

常德電廠啟動鍋爐設(shè)計用戶為軸封、除氧器加熱和空預(yù)器吹灰，設(shè)計上啟動鍋爐并未考慮汽動引風(fēng)機用汽，也未設(shè)計相關(guān)連接管道。因此在機組未帶負荷階段，只能通過電動引風(fēng)機進行調(diào)試。根據(jù)小機設(shè)計蒸汽參數(shù)從 (表1可知)，單臺汽動引風(fēng)機的小機在40%THA工況下，進汽參數(shù)為2 MPa，511℃，用汽量為19.55 t/h。啟動鍋爐蒸汽參數(shù)蒸汽壓力1.3 MPa、蒸汽溫度350℃，35 t/h，啟動鍋爐蒸汽參數(shù)低，無法滿足小機設(shè)計進汽要求，也就是汽動引風(fēng)機的小機進汽不能使用啟動鍋爐蒸汽。即使啟動鍋爐供汽全部用于汽動引風(fēng)機的小機，也無法滿足單臺汽動引風(fēng)機40%THA負荷要求，只能滿足汽動引風(fēng)機的小機空負荷試轉(zhuǎn)。

通過上述分析，冷態(tài)通風(fēng)檢查試驗過程中只能采用電動引風(fēng)機。電動引風(fēng)機容量為40%負荷，因此試驗過程中，可通過分磨、分層進行一次風(fēng)標定調(diào)平、風(fēng)量標定和風(fēng)門擋板特性試驗，可完成冷態(tài)通風(fēng)檢查試驗，但會增加試驗時間，估計冷態(tài)通風(fēng)檢查試驗時間約為5—7天。

2.4 吹管方式

吹管方式如果采用降壓吹管，則單臺電動啟動引風(fēng)機出力即能滿足要求。如采用穩(wěn)壓、降壓相結(jié)合的吹管方法，則單臺啟動風(fēng)機出力難以達到要求，因此吹管方式應(yīng)選擇穩(wěn)壓和降壓吹管相結(jié)合、以降壓吹管為主的吹管方式。

3 汽動引風(fēng)機改造后存在的主要問題

3.1 汽動引風(fēng)機裕量不足

北侖電廠在進行汽動引風(fēng)機改造后，出現(xiàn)了在機組正常運行工況下，2臺汽動引風(fēng)機難以滿足機組滿負荷的需要，影響機組負荷50～100 MW，夏季工況時尤為明顯。汽動引風(fēng)機設(shè)計額定工況為:背壓機進汽壓力為5.5 MPa，進汽溫度為490℃下能維持機組1 000 MW的負荷的需要。但實際運行表明，機組在900 MW負荷下，2臺汽動引風(fēng)機背壓機的調(diào)門開度已經(jīng)達到80%，進汽量達60 t/h，已經(jīng)超過額定進汽量56.5 t/h，而此時閥門也沒有調(diào)節(jié)的裕量。特別是機組在AGC調(diào)度模式下，機組升負荷幅度達到100 MW時，隨著給煤量、送風(fēng)量的增加，引風(fēng)機自動調(diào)節(jié)也會過調(diào)來維持爐膛負壓。機組從800 MW由AGC升負荷指令至900 MW時，背壓機的調(diào)門開度瞬間達到100%，隨后慢慢減小達到穩(wěn)定狀態(tài)，背壓機出力不足的現(xiàn)象十分明顯。

3.2 單臺風(fēng)機難以維持50%負荷

北侖電廠設(shè)計單臺汽動引風(fēng)機帶機組50%負荷，實際上低負荷階段低再出口的蒸汽參數(shù)降低，且低再出口的蒸汽參數(shù)降低并不是成比例下降，單臺汽動引風(fēng)機不能維持機組50%負荷。在機組50%負荷穩(wěn)定工況下，背壓機進汽壓力2.99 MPa，排氣壓力0.99 MPa。假設(shè)背壓機的汽輪機為節(jié)流元件，流量系數(shù)不變，根據(jù)流量計算公式 (1)，可以計算出50%負荷下汽輪機進汽流量為38.99 t/h。

背壓機在快速變工況中，排汽壓力和進汽壓力變化不同步，導(dǎo)致機組低負荷和快速減負荷階段，背壓機進汽和排汽間的焓降降低，單位質(zhì)量的蒸汽有效做功能力下降，使得背壓機調(diào)節(jié)能力短時間內(nèi)不能滿足機組運行的需要，背壓機設(shè)計裕量不足，調(diào)節(jié)能力欠佳，風(fēng)機調(diào)節(jié)特性滯后。因此，北侖電廠根據(jù)機組安全需要，已重新恢復(fù)安裝增壓風(fēng)機，在第1，2臺汽動引風(fēng)機并風(fēng)機過程中，增壓風(fēng)機運行。常德電廠已完全取消增壓風(fēng)機設(shè)計，在并引風(fēng)機時，不能參考已有經(jīng)驗進行，故應(yīng)關(guān)注引風(fēng)機背壓機裕量問題。

3.3 3臺引風(fēng)機同時帶負荷可行性

在機組的啟動階段，1臺電動引風(fēng)機、2臺汽動引風(fēng)機同時帶負荷運行，電動引風(fēng)機是定速風(fēng)機，汽動引風(fēng)機是調(diào)速風(fēng)機，一旦兩者的出力偏差過大，調(diào)速風(fēng)機容易因為負載瞬間減小而引起轉(zhuǎn)速飛升，造成調(diào)速風(fēng)機跳閘，影響機組安全性。在熱工控制策略中，僅考慮2臺汽動引風(fēng)機運行而不考慮電動引風(fēng)機運行的自動控制策略；若3臺引風(fēng)機同時運行，負壓自動調(diào)節(jié)特性不理想，易引起鍋爐MFT動作。另一方面，3臺引風(fēng)機同時帶負荷運行，從經(jīng)濟上來說不合算，也違背改造初衷。

3.4 汽動引風(fēng)機失速跳閘問題

北侖電廠7，6號鍋爐汽動引風(fēng)機自2011年4月、2012年2月改造投產(chǎn)以來，多次出現(xiàn)因汽動引風(fēng)機運行異常引起的停機，其主要原因為引風(fēng)機失速。失速主要發(fā)生在第1臺汽動并機過程中背壓機超速和高負荷下第2臺背壓機并入時。并列運行的軸流式風(fēng)機在轉(zhuǎn)速偏差超過一定量后很難維持負載的平衡。在機組的啟動階段，電動引風(fēng)機與背壓機同時運行，電動引風(fēng)機是定速風(fēng)機，背壓機是調(diào)速風(fēng)機，一旦兩者的出力偏差過大，調(diào)速風(fēng)機容易因為負載瞬間減小而引起轉(zhuǎn)速飛升，造成調(diào)速風(fēng)機跳閘而引起鍋爐MFT。北侖電廠采取的應(yīng)對措施是增壓風(fēng)機運行和優(yōu)化背壓機，在并風(fēng)機過程中，將調(diào)速風(fēng)機當作定速風(fēng)機來操作，盡量在負載較小的工況下完成將第2臺背壓機并入系統(tǒng)。

3.5 單臺背壓機在風(fēng)機類RB工況下難以維持爐膛壓力

風(fēng)機類RB觸發(fā)后，傳統(tǒng)做法是機組保留 “1臺送風(fēng)機1臺引風(fēng)機”運行，運行的送風(fēng)機和引風(fēng)機各自保持最大出力，靠送、引風(fēng)機各自的出力上限之間的匹配關(guān)系來維持爐膛壓力平衡。汽動引風(fēng)機RB后，小機進汽壓力下降較快，背壓降低緩慢，單位質(zhì)量蒸汽焓降減小，做功能力減弱，單臺背壓機在風(fēng)機類RB工況下難以維持爐膛壓力平衡。采取的措施是降負荷、或加大引風(fēng)機 (轉(zhuǎn)速)裕量、或優(yōu)化背壓機運行。

4 結(jié)論

1)根據(jù)汽動引風(fēng)機在其他電廠的改造應(yīng)用情況和調(diào)試經(jīng)驗，建議常德電廠1號機調(diào)試用油量至少1000 t、2號機調(diào)試用量至少600 t；1，2機組汽動引風(fēng)機調(diào)試時間分別約為15，10天；調(diào)試過程中采用電動引風(fēng)機可以滿足冷態(tài)通風(fēng)檢查試驗的要求；調(diào)試過程中吹管方式宜采用穩(wěn)壓和降壓吹管相結(jié)合，以降壓吹管為主。

2)汽動引風(fēng)機改造后，部分大型超臨界機組出現(xiàn)了滿負荷下引風(fēng)機裕量不足，單臺風(fēng)機難以維持50%負荷的情況，建議常德電廠在汽動引風(fēng)機設(shè)計選型時應(yīng)充分考慮汽動引風(fēng)機裕量，仔細核算汽動引風(fēng)機參數(shù)，確保汽動引風(fēng)機留有足夠的裕量。同時，應(yīng)排除1臺電動引風(fēng)機、2臺汽動引風(fēng)機方式運行，因該方式既不經(jīng)濟，也不安全。

3)汽動引風(fēng)機容易發(fā)生失速引起機組跳閘，建議汽動引風(fēng)機廠家在設(shè)計時，應(yīng)予注意，工作曲線距失速線應(yīng)留20%以上裕量。為防止發(fā)生汽動引風(fēng)機失速，在調(diào)試過程中應(yīng)做好相應(yīng)的預(yù)防措施和預(yù)案。

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10.3969/j.issn.1008-0198.2015.01.015

TK229.2

B

1008-0198(2015)01-0056-04

黃偉(1964)，男，漢族，本科，高級工程師，主要從事潔凈煤燃燒理論與技術(shù)的試驗研究、鍋爐事故分析、鍋爐調(diào)試技術(shù)研究、節(jié)能技術(shù)改造等工作。

2014-09-17