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600MW超臨界燃煤機組純汽泵啟動中的問題及對策

2019-12-12

近年來,在經濟新常態下,超臨界燃煤機組掀起了一股節能降耗熱潮,深挖機組潛能,以汽動給水泵(以下簡稱汽泵)替代電動給水泵(以下簡稱電泵)啟動的方案為較多燃煤電廠所采用,廣東珠海金灣發電有限公司(以下簡稱金灣發電公司)在這方面也進行了試驗和應用。

金灣發電公司2×600 MW機組采用25.4 MPa/571 ℃/569 ℃超臨界參數,鍋爐最小直流流量為35% 鍋爐最大連續蒸發量(BMCR),電泵額定功率為8 000 kW,按照原設計電泵帶水啟動,機組并網帶初負荷后再切至汽泵供水,所以啟動階段耗電量比較大[1]。從節能角度看,通過定量和定性分析,啟動階段利用純汽泵帶水啟動都是節能的,由于能量轉換環節越少,能量損耗就越少[2]。從安全角度看,利用汽泵啟動上水,一是減少了電泵的啟停,防止啟停對其他6 kV廠用設備的沖擊;二是減少了電泵與汽泵的切換過程,減少了操作員的操作量,規避了一定的操作風險;三是電泵作為備用,由于電泵啟停速度快,給水系統的可靠性大大提高。

機組利用純汽泵啟動具有可觀的節能空間和一定的安全效益,但作為一個新的嘗試,在實際應用中難免會出現各種問題,本文從啟動中的問題出發,分析并提出相關對策,確保純汽泵啟動順利進行。[汽機監督]

1啟動過程中的問題

1.1給水流量的調節

在鍋爐啟動過程中,考慮鍋爐受熱面的安全,給水流量需要嚴格控制在最小流量以上,如何在啟動全階段滿足機組給水需求,是汽泵替代電泵啟動的一個重要議題。 

(1)在鍋爐上水期間,如何滿足變流量沖洗。如圖1(圖中橫坐標為時間,縱坐標為圖上給出的量,下同)所示,單臺前置泵運行時,出水流量僅能達到270 t/h,若小汽輪機(以下簡稱小機)此時沖轉帶水,給水流量太大,如果調整合適給水量時小機進氣量太少,會給調節帶來困難,另外,小機排汽溫度也難以控制。



圖1 主給水流量、小機出口流量與小機轉速的關系

(2)在鍋爐升溫、升壓過程中,如何確保小機沖轉時給水流量的穩定,同時避開小機臨界轉速。[汽機監督]

(3)在機組并網帶負荷后,如何并退汽泵,使得機組給水穩定。

1.2小機汽源的穩定

在啟動過程中,小機的沖轉汽源一般來自于該機組的輔汽系統,金灣發電公司亦是這樣的設計,所以,穩定、可靠的汽源是確保機組給水穩定的重要因素。然而,輔汽用戶眾多(如供熱等)且為臨機供,受其工況變化影響較大,調整至合適的壓力范圍有一定困難。如圖2所示,輔汽壓力波動或偏離設計值時,造成小機調節閥大范圍波動,給水波動也趨于發散,影響機組安全運行[3]。[汽機監督]



圖2 小機汽源與小機、主給水流量的關系

在機組并網后,小機汽源則需要切至本機四段抽汽(以下簡稱四抽)來供,如何平緩地切換汽源是純汽泵啟動必須面對的問題。由于輔助蒸汽壓力為0.70 MPa,切換時的四抽汽源壓力僅有0.30 MPa左右,兩路汽源壓力先天不匹配,如果直接切換勢必會造成給水大幅波動;同時,由于壓力劇烈變化,很容易造成汽源互串,汽泵給水出力不足,機組主燃料跳閘(MFT),金灣發電公司在一次小機汽源切換過程中,曾因汽源互串造成機組停運[1]。

1.3小機排汽溫度的調整

由于單臺前置泵上水流量不能滿足啟動流量要求,需要沖轉汽泵才能達到550 t/h,但小機長時間保持較低轉速,進氣量較低,鼓風作用明顯,小機排汽溫度會持續升高。尤其在轉速低于1 200 r/min,鍋爐烘干的過程中,小機的排汽溫度高達125 ℃。所以,在啟動初期,如何降低小機排汽溫度顯得尤為重要。

2解決策略

針對以上問題,通過實踐和嘗試,采取了以下措施和方法。

(1)通過2臺前置泵與汽泵沖轉相配合,解決啟動過程中給水流量控制問題。在單臺前置泵上水結束后,啟動另外一臺汽泵前置泵并列運行,此時給水流量可以達到500 t/h,然后投入1臺汽泵盤車,由于盤車和前置泵雙向作用,小機轉速會被沖至450 r/min左右,這時給水量可以達到550 t/h,建立啟動流量,通過汽泵再循環閥和出口電動閥配合,完成變流量沖洗和排汽操作,如圖1所示[4]。在鍋爐點火后升溫、升壓階段,在總流量降至500 t/h以下時,及時沖轉一臺汽泵,退出另外一臺前置泵,由于鍋爐起壓,再加上汽泵再循環閥和出口電動閥配合,確保小機轉速在臨界轉速外運行。

(2)維持穩定、合適壓力的輔汽汽源。小機的沖轉汽源來自輔汽,在啟動階段,將輔汽壓力要求較高的用戶退出,與臨機密切溝通,在變負荷時,及時調整輔汽壓力在0.70 MPa左右,如圖2所示。輔汽壓力下降后,小機低壓調門波動消失,給水隨即穩定;同時,隨著冷再壓力的提高,將小機高壓汽源暖管后投入備用,提高給水的可靠性。[汽機監督]

(3)調整輔汽壓力與四抽壓力平衡,保證切換平穩,防止汽源互串。在管道改造前,通過手動調整輔汽供汽電動閥使壓力與四抽汽源平衡,退出該臺汽泵,切換汽源后再并入汽泵。這樣可以解決切換汽源帶來的風險問題,但操作量大,也不利于機組快速帶負荷,所以,金灣發電公司對小機輔汽供汽系統管閥進行改造,在輔汽管路上增加調節閥,在四抽管路上增加逆止閥,如圖3所示[1]。通過改造,在小機切換汽源時,不需要退出汽泵,且小機壓力可以及時與四抽壓力匹配,不影響輔汽用戶,保證無擾動切換。



圖3 輔汽系統新增調壓閥

(4)對于小機排汽溫度的調整,首先,盡量提高汽泵沖轉時的鍋爐壓力,保證給水有一定的壓頭阻力;其次,適當降低啟動時的真空及沖轉汽源壓力,提高小機汽源進汽量;然后,根據升溫升壓曲線,盡量提高鍋爐啟動速度;最后,及時投入小機排汽減溫水。在管路改造后,可以進一步降低小機沖轉壓力,確保了小機排汽溫度在可控范圍內。[汽機監督]

3結論

機組純汽泵啟動,重點是對給

水流量的控制,難點在于如何調節汽泵,使給水流量穩定、可靠,期間還要注意小機振動等。通過本文的方法成功解決了啟動中的常見問題。筆者認為,要根本解決替代電泵啟動問題,應該進行相關設備改造,提高小機在新方法下啟動的適應能力;同時,利用現有設備,創新調節方法;另外,對于新建機組,有外部輔助汽源的,可以考慮取消電泵系統,減少投資成本,提高效益。
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