350MW超臨界機組干濕態自動轉換研究

周瑞志 李曉宇 李恒 陳軍偉

摘要：在大力發展新能源的背景下，火電機組逐漸由原來的主要任務為發電向發電與調峰變負荷雙重任務轉變，需要其能夠參與深度變負荷調峰過程。超臨界直流鍋爐在低負荷調峰時存在干濕態轉換問題，保證干濕態運行模式切換的穩定性、快速性已然成為機組快速響應調峰要求、順利完成靈活變負荷的關鍵因素。鑒于此，對某2×350 MW機組開展的自動干濕態轉換改造進行試驗研究。

關鍵詞：深度調峰;干濕態轉化;清潔能源

0? ? 引言

為解決日益嚴峻的棄風、光、水問題，提高新能源的消納能力，提高火電機組的運行靈活性已迫在眉睫。目前，已有東北、甘肅等多地出臺燃煤機組深度調峰的補貼政策，極大鼓勵了各電廠開展靈活性改造的積極性。無論是從新能源消納的角度，還是從電廠提升網上競爭力和盈利能力的角度，燃煤機組開展靈活性改造均是必然趨勢。而干濕態轉換作為燃煤機組靈活性改造的關鍵步驟，則決定著改造的成功與否。

本文將結合350 MW機組鍋爐傳統干濕態運行模式轉換方法中存在的問題，對如何更高效地進行干濕態自動切換進行試驗研究。

1? ? 機組概況

研究對象為某2×350 MW機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的一次中間再熱、超臨界直流爐，帶有啟動爐水循環泵;汽輪機為東方汽輪機有限責任公司生產，額定轉速3 000 r/min;采用一臺汽動給水泵加一電動給水泵組合給水方式，穩定運行時單臺汽動給水泵運行，電動給水泵最高可帶30%鍋爐BMCR。

2? ? 干濕態模式自動轉換過程

2.1? ? 干態轉換濕態條件

對于350 MW超臨界機組，轉換條件為：系統要在協調方式下運行，負荷要低于130 MW，原則上只要保證轉換時的負荷比飽和蒸汽壓力下對應的負荷稍大一些就可以。負荷、給水流量的波動在正常范圍值內，保證主要參數沒有較大的波動，防止在轉換過程中，由于鍋爐燃燒的不穩定性和現場情況的多耦合性導致轉換失敗。汽動給水泵的轉速應在正常范圍內，轉入濕態，將不再用給水泵來控制省煤器入口的給水流量，而是用給水旁路調節門對鍋爐給水進行控制。為了保證給水泵的最小出力，在干態轉換濕態方式運行開始前將汽動給水泵再循環門全開，以保證整個過程的穩定進行。順控相關參數無壞質量，由于整個轉換過程是在機組CCS模式下自動進行的，同時為了保證轉換過程準確進行，所有相關參數不得出現壞質量現象。

2.2? ? 干、濕態CCS模式控制方式

濕態運行方式下的CCS協調控制和干態模式下的CCS協調控制有一定的差別。干態運行模式下CCS協調控制方式的側重點在于給水主控對過熱度的一種控制。在濕態運行方式下，不存在過熱度，此時的給水流量并沒有太大的變化，CCS協調控制方式側重點是對貯水箱水位的控制，保證貯水箱液位在穩定范圍內。試驗機組在調峰中不使用爐水循環泵，采用貯水箱溢流閥對貯水箱水位進行控制。

3? ? 干態轉換濕態試驗

轉換試驗為邏輯自動順控完成，無人工干預。

3.1? ? 主參數預調整

順控開始，將主蒸汽溫度、主蒸汽壓力設定值預先向濕態方式下的設定值調整，減少給煤量，降低主蒸汽溫度和鍋爐實際過熱度到合適范圍值，緩慢打開汽泵再循環門至100%開度。汽動給水泵會在此過程中自動調節省煤器入口的給水流量，保證轉換穩定。完成條件為主蒸汽溫度小于550 ℃，實際過熱度低于25 ℃，蒸汽壓力轉換到濕態模式下對應壓力，主給水波動在30 t/h以內，給水泵轉速在3 000～5 000 r/min，汽泵再循環門全開。

3.2? ? 給水主路切旁路

開啟給水旁路調門前、后電動門后，給水調門會緩慢打開，最后保持在全開位置，主給水電動門會緩慢關閉至零位，最后主給水調節門投入自動。汽動給水泵自動調節轉速穩定給水。完成條件為主給水旁路調門在自動且反饋正常，旁路調節門前后電動門全開，主給水電動門全關，給水流量波動在正常范圍內，汽動給水泵轉速正常。

3.3? ? 轉換運行方式

為穩定主蒸汽壓力，防止波動，將機組干態CCS模式轉換成TF模式，汽機主控調節蒸汽壓力。將貯水箱沖洗管路電動閥打開，為貯水箱建立液位做準備。此時主蒸汽過熱度應在正常范圍內。完成條件為機組轉換為TF控制方式，實際過熱度正常，貯水箱沖洗管路電動門開啟。

3.4? ? 等待水位建立，進入濕態模式

干預煤水調節，給水維持最小流量不變，減少給煤量，中間點溫度和焓值會降低。中間點過熱度持續降低，貯水箱中的水位增加，當水位開始建立并大于0.5 m時，將貯水箱溢流閥投入自動，此時貯水箱水位設定在10 m（為了保證濕態運行的穩定性和安全性，基本在貯水箱高度中間位置），貯水箱溢流閥自動控制保證水位及波動正常。完成條件為貯水箱液位大于0.5 m。

3.5? ? 投入濕態CCS模式

機組運行方式由TF模式轉換為濕態CCS模式，整個干態轉濕態過程結束。

4? ? 濕態轉換干態試驗

4.1? ? 轉換運行方式

將機組濕態協調控制方式轉換為汽機跟隨方式運行，增加穩定性。同時，現場運行穩定，貯水箱液位在正常范圍內，貯水箱溢流閥在自動狀態。完成條件為機組轉換為TF控制方式，貯水箱液位在正常范圍，貯水箱溢流閥在自動。

4.2? ? 開始等待過熱度建立

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

4.3? ? 關閉貯水箱調門及調門后電動門

當過熱度開始建立時，工質已成為飽和干蒸汽，貯水箱將不再產生液態水，順控發脈沖指令及時關閉貯水箱調門及調門后電動門，防止工質浪費，造成熱損失。完成條件為貯水箱調門切手動且開度小于2%，貯水箱沖洗管路及調門后電動門關閉，實際過熱度大于5 ℃。

4.4? ? 給水旁路切主路

緩慢將主給水旁路調門全開，隨后打開主給水電動門至全開位，再將主給水旁路調門緩慢關閉，主給水旁路調門前后電動門關閉。完成條件為主給水旁路調門在手動且開度小于2%，旁路調節門前后電動門關閉，主給水電動門全開。

4.5? ? 關閉給水泵再循環門，進入干態運行

緩慢關閉給水泵再循環調門至合適位置，此時給水泵出口流量指令降低，給水泵轉速自動調節在合適范圍內，保證給水流量的穩定。完成條件為鍋爐已完全轉入干態運行方式，負荷大于30% BMCR，負荷波動變化穩定，過熱度正常，給水波動小于50 t/h。

4.6? ? 投入干態CCS模式

機組運行方式轉換為干態CCS模式，整個濕態轉干態過程就結束了。

5? ? 試驗結果

對目標鍋爐進行了干濕態自動轉換試驗，結果如下：干濕態整體轉換時間在9分30秒左右，轉換過程全程無運行人員手動干預，實際負荷由128 MW到99 MW，負荷波動正常，過熱度變化平穩，給水流量波動最大在25.2 t/h，給水調門及主給水電動門動作正常，濕態運行方式下，貯水箱液位穩定。整個轉換過程未發生自動跳出。

6? ? 結語

火電機組調峰任務的增加對低負荷下機組安全穩定運行提出了更高的要求。風、光等新能源發電機組數量與日俱增，此時火電機組不僅要作為主要電力供給機組，還要擔負起電網調峰調頻的艱巨任務，為電網穩定做好保障，這就對機組負荷響應的快速性、靈活性、穩定性提出了新的要求。由于350 MW超臨界直流爐的特性，在低負荷運行的過程中必然存在干濕態兩種運行模式，傳統的操作過度依賴于運行人員經驗，在轉換過程中，主參數的調整、流程的缺少和操作的失誤，將會導致干濕態轉換過程過長或反復轉換，造成經濟損失，無法達到電網調峰要求，更嚴重的還會導致機組非停，嚴重影響了安全生產的穩定性。在某2×350 MW機組上的試驗表明，干濕態自動轉換技術能夠使整個轉換過程平穩、快速進行，且安全、可靠。

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收稿日期：2020-05-19

作者簡介：周瑞志（1993—），男，內蒙古呼倫貝爾人，檢修技術員，研究方向：自動化。