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★淮河能源淮南潘集發(fā)電有限責(zé)任公司劉為展

關(guān)鍵詞：超超臨界機組；汽動給水泵；小汽輪機；汽源切換；暖管方式

隨著我國國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展，節(jié)能和環(huán)保壓力日益增加。在“雙碳”目標(biāo)下，我們對火力發(fā)電廠的節(jié)能降耗提出了更高的要求。超超臨界火力發(fā)電機組具有顯著的節(jié)能和改善環(huán)境的效果，因此超超臨界機組已經(jīng)逐漸發(fā)展成為大趨勢機組。目前超超臨界機組均采用汽動給水泵，部分機組甚至只設(shè)置單臺汽動給水泵。因此汽動給水泵的安全運行對機組的安全至關(guān)重要。本文對超超臨界機組汽動給水泵小汽輪機汽源切換時存在的問題進行分析，對其備用汽源疏水系統(tǒng)進行改造，一方面減少了給水泵小汽輪機汽源切換的時間，另一方面大大提高了汽動給水泵小汽輪機汽源切換過程的安全性，避免了給水泵小汽輪機因汽源切換跳閘導(dǎo)致的機組“非停”。這樣不但提高了機組運行的可靠性，而且減少了機組“非停”過程中電量、燃煤、燃油等能源的消耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

1　設(shè)備概況

某廠一期為兩臺660MW超超臨界、二次中間再熱、單軸、五缸四排汽、凝汽式汽輪機，直流鍋爐，配套一臺30%容量啟動用電動給水泵和一臺100%容量汽動給水泵。

汽動給水泵小汽輪機配置的是東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的單缸、單流、單軸、沖動式、純凝汽型驅(qū)動給水泵用汽輪機。

小汽輪機設(shè)備規(guī)范如表1所示。

表1 小汽輪機設(shè)備規(guī)范

2　汽動給水泵小汽輪機汽源配置及疏水配置

2.1　汽動給水泵小汽輪機汽源配置方式

某廠一期工程配置的單臺汽動給水泵小汽輪機汽源采用具有高、低壓雙路進汽的切換進汽方式。正常運行時，由主汽輪機的五段抽汽供給，調(diào)試時由輔助蒸汽系統(tǒng)供給，同時輔助蒸汽系統(tǒng)也滿足給水泵汽輪機直接啟動的要求。二次低溫再熱蒸汽作為備用汽，在五段抽汽不足時切換為二次低溫再熱供汽。

汽源蒸汽參數(shù)如表2所示。

表2 氣源蒸汽參數(shù)

2.2　汽源切換方式說明

低壓汽源切換點為30%（主機THA負(fù)荷，滑壓運行）。當(dāng)五段抽汽壓力不能滿足小機汽源壓力要求時，自動切換為二次低溫再熱蒸汽供汽。此時五段抽汽供汽電動隔離門及低壓主汽門、低壓調(diào)節(jié)汽門處于開啟狀態(tài)。二次低溫再熱蒸汽通過管道調(diào)節(jié)門控制給水泵小汽輪機轉(zhuǎn)速。

2.3　汽源疏水方式配置

常規(guī)給水泵小汽輪機備用汽源疏水采用一次、二次手動門，機組正常運行中保持關(guān)閉，需要投用汽源時手動開啟。該系統(tǒng)配置如圖1所示。

圖1 常規(guī)系統(tǒng)配置圖

部分給水泵小汽輪機備用汽源疏水采用一次、二次手動門中間帶一個自動疏水器，機組正常運行中手動門保持開啟，管道冷卻時產(chǎn)生疏水通過疏水器排至疏水?dāng)U容器。該系統(tǒng)配置如圖2所示。本廠最初設(shè)計為此種疏水模式。

圖2 最初設(shè)計系統(tǒng)配置圖

3　給水泵小汽輪機汽源切換存在的問題

給水泵小汽輪機由于正常運行中采用低壓汽源為汽輪機五段抽汽壓力，而五段抽汽壓力隨著汽輪機負(fù)荷降低而降低。運行中當(dāng)機組負(fù)荷低五段抽汽壓力不能滿足小汽輪機汽源壓力要求時，就需要自動切換為二次低溫再熱蒸汽供汽。此時五段抽汽供汽電動隔離門及低壓主汽門、低壓調(diào)節(jié)汽門處于開啟狀態(tài)。二次低溫再熱蒸汽通過管道調(diào)節(jié)門控制給水泵小汽輪機轉(zhuǎn)速。

目前廠家設(shè)計的小汽輪機均可以做到主汽源與備用汽源進汽閥門的自動切換。但在機組實際運行中，在小汽輪機汽源自動切換過程中，由于備用汽源處于備用狀態(tài)時蒸汽不流通，容易積水，備用汽源管道蒸汽溫度與主汽源五段抽汽供汽溫度不匹配。在機組故障、調(diào)峰降負(fù)荷等需要快速切換汽源的工況下，短時間內(nèi)主汽源與備用汽源兩路汽源突然混合會造成給水泵小汽輪機進汽蒸汽溫度急劇下降，出現(xiàn)小汽輪機振動突增現(xiàn)象。給水泵小汽輪機進汽蒸汽溫度過低，嚴(yán)重時甚至?xí)斐尚∑啓C振動大跳閘、小汽輪機水沖擊事件。而對于單汽泵機組來說，小汽輪機跳閘就意味著機組“非停”，會對電廠造成非常嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。由于我廠為調(diào)峰機組，所以正常運行中負(fù)荷變化較快、較多，給水泵小汽輪機備用汽源如何安全、快速的無擾切換尤為重要。

根據(jù)給水泵小汽輪機備用汽源疏水配置方式以及給水泵小汽輪機實際運行中的情況，我們綜合分析得出上述圖1、圖2系統(tǒng)配置存在以下問題：

對于圖1所示系統(tǒng)，雖然在降負(fù)荷時，可以提前手動開啟給水泵小汽輪機高壓備用汽源疏水，提前將備用汽源蒸汽溫度提高，但僅僅局限于負(fù)荷緩慢、可控下降的情況。對于不可控甩負(fù)荷或深度調(diào)峰快速降負(fù)荷、主汽源故障時，給水泵小汽輪機汽源不能快速、安全地切換至備用汽源供汽。

對于圖2所示系統(tǒng)在疏水手動門中間增加一個自動疏水器。機組正常運行中備用汽源蒸汽在溫度下降至冷凝溫度時，產(chǎn)生的疏水會克服閥芯自重打開疏水器，將疏水自動排至疏水?dāng)U容器，從而產(chǎn)生蒸汽流動，保證備用蒸汽管道蒸汽溫度不至于過低。但當(dāng)冷凝水全部疏至輸水?dāng)U容器后，自動疏水器在閥芯自重作用下會自動關(guān)閉，備用蒸汽管道的蒸汽又重新處于不流通狀態(tài)。這種疏水模式顯然比圖1疏水模式的備用汽源蒸汽溫度要高，但在需要汽源切換前仍然需要手動開啟自動疏水器旁路門提前暖管。即便這種模式縮短了暖管時間，但仍然無法滿足給水泵小汽輪機對汽源切換的快速性、安全性的要求。

4　針對問題采取的改造方案及措施

針對上述圖1、圖2給水泵小汽輪機汽源疏水配置方式存在的問題進行分析后，我廠對給水泵小汽輪機備用蒸汽疏水方式進行了改造。具體方案如下（見圖3）：

將自動疏水器去除，增加一個節(jié)流孔板。啟動前需要疏水時開啟旁路截止門一次門、二次門，暖管結(jié)束后關(guān)閉。正常運行中保持節(jié)流孔板前后手動截止門開啟，給水泵小汽輪機備用汽源蒸汽通過節(jié)流孔板流通一股很少的蒸汽至疏水?dāng)U容器，從而保證給水泵小汽輪機備用汽源蒸汽流通，保持給水泵小汽輪機備用汽源蒸汽溫度在正常的二次低溫再熱蒸汽溫度水平，與汽輪機五段蒸汽溫度相匹配。在給水泵小汽輪機汽源需要自動切換時隨時可以自動切換，無需再提前手動暖管。

圖3 改造后系統(tǒng)配置圖

5　改造后運行方式及效果比較

5.1　改造后運行方式

經(jīng)過上述對給水泵小汽輪機備用汽源疏水方式進行的改造后，在機組正常運行時，保持節(jié)流孔板前后手動截止門開啟，當(dāng)給水泵小汽輪機汽源需要自動切換時隨時可以無擾切換為二次低溫再熱蒸汽控制給水泵小汽輪機轉(zhuǎn)速。

5.2　改造后效果

某次機組接到調(diào)令進行深度調(diào)峰，機組負(fù)荷快速下降至260MW，汽泵小汽輪機汽源自動切換為二次低溫再熱蒸汽。切換后汽泵運行穩(wěn)定，保證了機組負(fù)荷快速下降時鍋爐給水的需要，沒有因為汽泵小汽輪機汽源蒸汽壓力不足造成給水泵轉(zhuǎn)速低進而發(fā)生給水流量低MFT動作的事故，避免了一次“非停”。類似的例子在機組調(diào)峰和故障甩負(fù)荷等工況還有很多。

某次機組運行中，汽輪機五段抽汽供汽電動隔離門突然故障關(guān)閉，汽泵小汽輪機汽源自動切換為二次低溫再熱蒸汽。切換后汽泵運行穩(wěn)定，沒有因為汽泵汽源蒸汽中斷發(fā)生給水流量低鍋爐MFT動作的事故，避免了一次“非停”。

6　結(jié)論

通過對給水泵小汽輪機備用汽源疏水改造，給水泵小汽輪機備用汽源一直處于暖管備用狀態(tài)。給水泵小汽輪機可以在機組調(diào)峰負(fù)荷變動、故障甩負(fù)荷、主汽源中斷等工況下快速、靈活、安全地自動切換汽源，真正做到了汽源的無擾切換。這次改造大大增加了給水泵小汽輪機運行的安全性，在實際運行中不僅可以加快機組負(fù)荷跟蹤AGC調(diào)令減少AGC調(diào)節(jié)精度考核，還大大提高了給水系統(tǒng)運行的安全性，從而提高了整個機組運行的可靠性。

因此實事求是地根據(jù)不同機組給水泵小汽輪機的汽源配置方式，開展汽源無擾切換的分析和改造，對機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行意義重大。

作者簡介：

劉為展（1983-），男，山東濰坊人，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)就職于淮河能源淮南潘集發(fā)電有限責(zé)任公司，主要從事火力發(fā)電廠汽輪機運行方面的研究。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 章德龍. 單元機組集控運行[M]. 北京: 中國電力出版社, 1991.

[3] 東方電氣集團東方汽輪機有限公司. 小汽輪機運行說明書[S].

摘自《自動化博覽》2024年4月刊