汽輪機高壓缸暖機優(yōu)化設計

汽輪機高壓缸暖機優(yōu)化設計

1n-400-20型三元同步交流發(fā)電機湖北湖州發(fā)電有限公司1號和2號采用美國費爾霍夫公司設計的300mw燃煤鍋爐，設計流量為2025噸。h.鍋爐的主體為單管柱，具有黃色和內(nèi)部圈的參數(shù)，其次是加熱和自然循環(huán)鍋爐。制粉系統(tǒng)采用雙進雙出球磨機配正壓直吹式制粉系統(tǒng),24只燃燒器分前后墻布置,每只燃燒器配一只油槍,燃燒器為直流下射雙旋風燃燒器,爐內(nèi)形成W型火焰。1、2號汽輪機是由日本日立公司生產(chǎn)的亞臨界壓力、一次中間再熱、沖動式、單軸、雙缸雙排汽凝汽式汽輪機,設置高、低壓兩級旁路系統(tǒng),采用中壓缸沖轉(zhuǎn)啟動方式。1、2號發(fā)電機為QFSN-300-20型三相同步交流發(fā)電機,由東方電機廠生產(chǎn)制造,主變壓器為戶外ODA強制油循環(huán)風冷F雙繞組三相變壓器,由ABB公司制造。1、2號機組分別于1999年元月和4月完成試運行投入使用。在初始設計中1、2號機組冷態(tài)啟動過程有如下的特點:(1)機組沖轉(zhuǎn)前設計應對高壓缸預暖。高壓缸______[作者簡介]邵華國(1971-),男,湖北漢川人,工程師,華中科技大學在讀碩士生。預暖應確認以下條件:高壓缸內(nèi)壁金屬溫度<150℃;主蒸汽壓力為1.5MPa;主蒸汽溫度不小于250℃(同時蒸汽溫度應大于金屬溫度100℃)。當高壓缸內(nèi)壁金屬溫度達到150℃后,還需要穩(wěn)定一段時間。根據(jù)預暖曲線,在常溫20℃下啟動時需要穩(wěn)定3.5h左右。按溫升率40～50℃/h計算,加熱時間需要3h左右,加起來整個暖機時間約為6.5h。(2)高壓缸預暖結(jié)束后進行CV(調(diào)節(jié)汽門)腔室預暖。要求左、右側(cè)主汽門入口汽溫高于調(diào)節(jié)汽門腔室內(nèi)壁金屬溫度200℃以上。當CV腔室外壁金屬溫度高于180℃且內(nèi)外壁金屬溫差小于50℃時,CV腔室預暖結(jié)束。過程一般約需要1h。(3)采用中壓缸沖轉(zhuǎn)。對蒸汽參數(shù)的要求為:主蒸汽壓力為8.23MPa,溫度為380℃;再熱蒸汽壓力為0.98MPa,溫度為300℃,高旁開度大于60%,低旁開度為100%。(4)在1200r/min進行中速暖機。中速暖機的結(jié)束條件為:高壓缸第一級內(nèi)壁金屬溫度和再熱汽室內(nèi)壁金屬溫度均大于137.8℃;缸體絕對膨脹大于8mm。(5)鍋爐點火采用輕柴油,在高壓缸預暖階段一般投入18～20支油槍,在升溫升壓階段,油槍投入數(shù)量為22～24支,而鍋爐制粉系統(tǒng)則需要汽輪機經(jīng)過轉(zhuǎn)換區(qū)(汽輪機調(diào)節(jié)由中壓調(diào)門切換至高壓調(diào)門控制)之后才能投入,以保證爐膛內(nèi)煤粉的充分燃燒。2鍋爐接口設計存在的問題經(jīng)過幾年的運行,該機組體現(xiàn)出自動化程度高,燃燒穩(wěn)定,調(diào)節(jié)性能好等特點,試驗中最低穩(wěn)燃負荷達到33%,實際運行中最低穩(wěn)燃負荷也達到50%,遠優(yōu)于國內(nèi)同類型機組,并在湖北電網(wǎng)中率先投入AGC系統(tǒng)。但該機組的一些缺點在啟動運行過程中逐步顯露出來,主要表現(xiàn)在:(1)機爐設計接口不匹配。由于該機組采用三島分別招標,在接口設計中存在一些問題,特別是機爐設計的啟動時間不匹配,爐島方面設計從點火到滿負荷的時間共為12h,而機島方面設計的時間為14h,實際運行中只能以機島要求的時間為準,以確保滿足汽輪機的暖機要求。(2)機組啟動時間長。從鍋爐上水開始,整個啟動時間一般需要18～20h,遠遠高于整體設計要求的12h,但實際上從啟動各個階段所需要的時間來看,正常情況下總共所需時間不會低于16h。(3)機組啟動成本高。因為機組負荷一般達到160MW后鍋爐才能斷油,在機組啟動時間較長的情況下,燃油耗量太大,一次冷態(tài)啟動的燃油耗量最少需要240t,有時達到350t以上。(4)機組備用能力差。由于機組冷態(tài)啟動時間達到18h以上,而機組啟動的調(diào)度命令一般提前15h下達,所以機組并網(wǎng)時間往往錯過第2天的早高峰期,導致機組的冷態(tài)備用時調(diào)峰能力差。3機組并網(wǎng)之后:啟動制粉系統(tǒng)措施由于機組在啟動過程存在的主要問題就是啟動速度太慢,因此電廠的技術人員致力于研究解決如何縮短機組的啟動時間和鍋爐的投油時間,主要工作集中在兩個方面:(1)啟動過程的優(yōu)化設計。經(jīng)過幾年的試驗與研究,先后提出了一系列的優(yōu)化改進措施,整個思路基本分為2個階段。第一階段主要考慮鍋爐點火初期的節(jié)油措施,結(jié)合機組的實際情況總結(jié)出了一套節(jié)油方案:(a)將除氧器內(nèi)無鹽水的溫度加熱至100℃以上之后再向鍋爐上水;(b)鍋爐點火后逐步增投油槍至20支左右,使主蒸汽參數(shù)較快地達到汽輪機高壓缸預暖要求,當主蒸汽壓力達到1.5MPa,溫度達到250℃時,將油槍逐步退至10～12支運行,直至高壓缸預暖結(jié)束,在CV腔室預暖結(jié)束之前將油槍增投至20支左右,準備啟動制粉系統(tǒng);(c)當二次風溫達到250℃以上時,啟動一臺磨煤機運行,并退出部分油槍,在汽輪機沖轉(zhuǎn)、升速的整個過程中,維持10～12支油槍運行。這樣在機組并網(wǎng)之前由于制粉系統(tǒng)的投入而大量節(jié)油。第二階段主要考慮有效縮短啟動時間,具體方案是采用輔汽對高壓缸提前進行預暖,只要輔汽系統(tǒng)投入正常后就可以進行暖機操作,通常在鍋爐上水期間就同時投入了暖機系統(tǒng)。經(jīng)過系統(tǒng)改造后的試驗運行,整個高壓缸預暖在鍋爐升壓前可以就完成,從而將整個啟動時間縮短了近4～5h。(2)系統(tǒng)的優(yōu)化改造。由于初始設計中高壓缸預暖的蒸汽取自主蒸汽系統(tǒng),利用高旁系統(tǒng)對高壓缸進行倒暖。當采用輔汽系統(tǒng)對高壓缸進行暖機時,需要對暖機系統(tǒng)進行相應的系統(tǒng)改造,即從輔汽系統(tǒng)專門引一路管道接至暖機系統(tǒng)。由于該機組制粉系統(tǒng)采用的是無中間儲倉的正壓直吹式系統(tǒng),每臺磨煤機兩端出口各三支粉嘴,在磨煤機啟動許可條件的初始設計中,粉嘴投入數(shù)量必須采用“六選四”或“六選六”方式,并且“六選四”方案中兩側(cè)的粉嘴必須對稱選擇。在這種設計方案下,由于磨煤機出力存在最低流量的限制,因此必須在鍋爐負荷達到一定的蒸汽流量后才能投入制粉系統(tǒng)。另外在選用“六選四”方案時,一旦某一個粉嘴發(fā)生跳閘,磨煤機跳閘保護動作,對爐膛燃燒的擾動很大,容易導致鍋爐滅火。針對這種情況,對磨煤機的啟動許可條件進行了邏輯修改,允許磨煤機的粉嘴分別單個投入,并取消了粉嘴跳閘導致磨煤機跳閘的邏輯聯(lián)鎖,這樣既可避免磨煤機頻繁跳閘,又防止鍋爐點火初期制粉系統(tǒng)投入時對爐膛燃燒造成很大的沖擊。試驗表明:在鍋爐升溫、升壓階段每投入兩只粉嘴就可以減少4～6只油槍運行,并且可加快將蒸汽參數(shù)提升到汽