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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(jī)組；汽動(dòng)給水泵；小汽輪機(jī)；汽源切換；暖管方式

隨著我國國內(nèi)經(jīng)濟(jì)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(duì)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(jī)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(jī)組已經(jīng)逐漸發(fā)展成為大趨勢機(jī)組。目前超超臨界機(jī)組均采用汽動(dòng)給水泵，部分機(jī)組甚至只設(shè)置單臺(tái)汽動(dòng)給水泵。因此汽動(dòng)給水泵的安全運(yùn)行對(duì)機(jī)組的安全至關(guān)重要。本文對(duì)超超臨界機(jī)組汽動(dòng)給水泵小汽輪機(jī)汽源切換時(shí)存在的問題進(jìn)行分析，對(duì)其備用汽源疏水系統(tǒng)進(jìn)行改造，一方面減少了給水泵小汽輪機(jī)汽源切換的時(shí)間，另一方面大大提高了汽動(dòng)給水泵小汽輪機(jī)汽源切換過程的安全性，避免了給水泵小汽輪機(jī)因汽源切換跳閘導(dǎo)致的機(jī)組“非停”。這樣不但提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性，而且減少了機(jī)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(tái)660MW超超臨界、二次中間再熱、單軸、五缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)，直流鍋爐，配套一臺(tái)30%容量啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵和一臺(tái)100%容量汽動(dòng)給水泵。

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

小汽輪機(jī)設(shè)備規(guī)范如表1所示。

表1 小汽輪機(jī)設(shè)備規(guī)范

2　汽動(dòng)給水泵小汽輪機(jī)汽源配置及疏水配置

2.1　汽動(dòng)給水泵小汽輪機(jī)汽源配置方式

某廠一期工程配置的單臺(tái)汽動(dòng)給水泵小汽輪機(jī)汽源采用具有高、低壓雙路進(jìn)汽的切換進(jìn)汽方式。正常運(yùn)行時(shí)，由主汽輪機(jī)的五段抽汽供給，調(diào)試時(shí)由輔助蒸汽系統(tǒng)供給，同時(shí)輔助蒸汽系統(tǒng)也滿足給水泵汽輪機(jī)直接啟動(dòng)的要求。二次低溫再熱蒸汽作為備用汽，在五段抽汽不足時(shí)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(diǎn)為30%（主機(jī)THA負(fù)荷，滑壓運(yùn)行）。當(dāng)五段抽汽壓力不能滿足小機(jī)汽源壓力要求時(shí)，自動(dòng)切換為二次低溫再熱蒸汽供汽。此時(shí)五段抽汽供汽電動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)速。

2.3　汽源疏水方式配置

常規(guī)給水泵小汽輪機(jī)備用汽源疏水采用一次、二次手動(dòng)門，機(jī)組正常運(yùn)行中保持關(guān)閉，需要投用汽源時(shí)手動(dòng)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(jī)備用汽源疏水采用一次、二次手動(dòng)門中間帶一個(gè)自動(dòng)疏水器，機(jī)組正常運(yùn)行中手動(dòng)門保持開啟，管道冷卻時(shí)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(jì)為此種疏水模式。

圖2 最初設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置圖

3　給水泵小汽輪機(jī)汽源切換存在的問題

給水泵小汽輪機(jī)由于正常運(yùn)行中采用低壓汽源為汽輪機(jī)五段抽汽壓力，而五段抽汽壓力隨著汽輪機(jī)負(fù)荷降低而降低。運(yùn)行中當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低五段抽汽壓力不能滿足小汽輪機(jī)汽源壓力要求時(shí)，就需要自動(dòng)切換為二次低溫再熱蒸汽供汽。此時(shí)五段抽汽供汽電動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)速。

目前廠家設(shè)計(jì)的小汽輪機(jī)均可以做到主汽源與備用汽源進(jìn)汽閥門的自動(dòng)切換。但在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，在小汽輪機(jī)汽源自動(dòng)切換過程中，由于備用汽源處于備用狀態(tài)時(shí)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(jī)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(shí)間內(nèi)主汽源與備用汽源兩路汽源突然混合會(huì)造成給水泵小汽輪機(jī)進(jìn)汽蒸汽溫度急劇下降，出現(xiàn)小汽輪機(jī)振動(dòng)突增現(xiàn)象。給水泵小汽輪機(jī)進(jìn)汽蒸汽溫度過低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐尚∑啓C(jī)振動(dòng)大跳閘、小汽輪機(jī)水沖擊事件。而對(duì)于單汽泵機(jī)組來說，小汽輪機(jī)跳閘就意味著機(jī)組“非停”，會(huì)對(duì)電廠造成非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。由于我廠為調(diào)峰機(jī)組，所以正常運(yùn)行中負(fù)荷變化較快、較多，給水泵小汽輪機(jī)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(jī)備用汽源疏水配置方式以及給水泵小汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)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(duì)于圖1所示系統(tǒng)，雖然在降負(fù)荷時(shí)，可以提前手動(dòng)開啟給水泵小汽輪機(jī)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(duì)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(shí)，給水泵小汽輪機(jī)汽源不能快速、安全地切換至備用汽源供汽。

對(duì)于圖2所示系統(tǒng)在疏水手動(dòng)門中間增加一個(gè)自動(dòng)疏水器。機(jī)組正常運(yùn)行中備用汽源蒸汽在溫度下降至冷凝溫度時(shí)，產(chǎn)生的疏水會(huì)克服閥芯自重打開疏水器，將疏水自動(dòng)排至疏水?dāng)U容器，從而產(chǎn)生蒸汽流動(dòng)，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(dòng)疏水器在閥芯自重作用下會(huì)自動(dòng)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(dòng)開啟自動(dòng)疏水器旁路門提前暖管。即便這種模式縮短了暖管時(shí)間，但仍然無法滿足給水泵小汽輪機(jī)對(duì)汽源切換的快速性、安全性的要求。

4　針對(duì)問題采取的改造方案及措施

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

將自動(dòng)疏水器去除，增加一個(gè)節(jié)流孔板。啟動(dòng)前需要疏水時(shí)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(yùn)行中保持節(jié)流孔板前后手動(dòng)截止門開啟，給水泵小汽輪機(jī)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(jī)備用汽源蒸汽流通，保持給水泵小汽輪機(jī)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(jī)五段蒸汽溫度相匹配。在給水泵小汽輪機(jī)汽源需要自動(dòng)切換時(shí)隨時(shí)可以自動(dòng)切換，無需再提前手動(dòng)暖管。

圖3 改造后系統(tǒng)配置圖

5　改造后運(yùn)行方式及效果比較

5.1　改造后運(yùn)行方式

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

5.2　改造后效果

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

某次機(jī)組運(yùn)行中，汽輪機(jī)五段抽汽供汽電動(dòng)隔離門突然故障關(guān)閉，汽泵小汽輪機(jī)汽源自動(dòng)切換為二次低溫再熱蒸汽。切換后汽泵運(yùn)行穩(wěn)定，沒有因?yàn)槠闷凑羝袛喟l(fā)生給水流量低鍋爐MFT動(dòng)作的事故，避免了一次“非停”。

6　結(jié)論

通過對(duì)給水泵小汽輪機(jī)備用汽源疏水改造，給水泵小汽輪機(jī)備用汽源一直處于暖管備用狀態(tài)。給水泵小汽輪機(jī)可以在機(jī)組調(diào)峰負(fù)荷變動(dòng)、故障甩負(fù)荷、主汽源中斷等工況下快速、靈活、安全地自動(dòng)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(jī)運(yùn)行的安全性，在實(shí)際運(yùn)行中不僅可以加快機(jī)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(yùn)行的安全性，從而提高了整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

因此實(shí)事求是地根據(jù)不同機(jī)組給水泵小汽輪機(jī)的汽源配置方式，開展汽源無擾切換的分析和改造，對(duì)機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jī)運(yùn)行方面的研究。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司. 小汽輪機(jī)運(yùn)行說明書[S].

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年4月刊