超超临界1000MW机组运行调试关键技术分析

2014-12-13程辉

中国科技纵横 2014年4期

关键词：调频超临界锅炉

程辉

(国华徐州发电有限公司,江苏徐州 221166)

超超临界1000MW机组运行调试关键技术分析

程辉

(国华徐州发电有限公司,江苏徐州 221166)

本文结合当前我国超超临界1000MW机组的发展现状,以徐州发电有限公司2×1000MW机组的调试过程为例,从超超临界机组的启动及运行、机组的可靠性和效率、节能技术几个方面对运行调试技术要点进行了详细阐述。

超超临界启动及运行可靠性节能

1 前言

电力行业是我国经济发展的强大后盾，而火力发电厂占我国发电站的很大一部分，是实施我国节能环保政策的关键领域。大力发展超临界、超超临界发电机组利于缓解我国煤炭资源的短缺、提升发电效率、减少环境污染。以能源的高效清洁利用为目标，火电厂发电机组的工作压力不断升高，大容量、高参数的超超临界发电技术是未来火电机组的发展趋势。本文以徐州发电有限公司2×1000MW机组(上大压小)建设工程为研究对象，该工程的锅炉采用SG3091/27.56-M54X，由上海锅炉厂(技术支持方ALSTOM-EVT)制造，采用单炉膛、一次中间再热，带循环泵及扩容式启动系统，平衡通风，露天布置，固态排渣煤粉炉，过热器蒸汽流量为2943t/h，出口压力27.34MPa(g)，出口温度605℃。

2 现代超超临界机组发展现状

近些年来，随着我国电力行业和科学技术的不断发展，超超临界机组的制

造技术逐步成熟。我国的超超临界机组从无到有，取得了引人注目的成绩。相对比亚临界发电机组，超超临界机组在蒸汽压力、工作温度上更进一步，发电效率提升了10%左右。这对于我国逐步实现节能减排、缓解气候压力、调整传统的电力企业结构至关重要。从2006年第一台超超临界机组投入实际运行到如今，我国电力总装机容量不断增长，其中，火电仍然占绝大一部分比例[1]。

3 机组的启动及运行方面

机组启动和试运行中涉及很多技术，调试中遇到的问题也复杂多样。徐州发电有限公司2×1000MW机组调试中发现的问题及处理建议见表1。

3.1 锅炉的吹管问题

实际中1000MW超超临界机组的蒸汽、流量指标高，故设备蒸汽吹管的高效进行对设备的可靠启动试运至关重要。具体的吹管工序应当按照以下流程进行：首先，要根据设备及具体的运行条件，编写高效合理的吹管操作计划。鉴于不同的机组设备的主汽门进行吹管的堵汽模式、堵阀结构的差异，其对不同的温度、压力、蒸汽吹管流量的承受能力各不相同，进行科学的操作前评估是很有必要的。比如，出于操作安全高效的考虑，1000MW超超临界机组更适宜采用不带主汽门、以稳压方式进行吹管操作；其次，为预防吹管过程中发生爆管、膨胀异常、吹管系数不高等问题，应当在操作时对临时吹管设备中的关键部件，如相关的阀门、管道支架、限位器、靶板等进行仔细核查，及时发现并解除隐患；最后，在具体的吹管方案执行过程中，应当对各系统的运行状态、出现的设备故障严格监控，做好整体协调工作，采用相关的传感探测设备代替人员进行相关的危险操作，做好整个吹管过程的管控。

3.2 机组微油点火启动技术

当前我国发电企业采用较多的有等离子点火[2]、微油点火、热空气直接点燃煤粉3种点火方式。徐州发电有限公司2×1000MW机组系统采用微油点火方式，该方式通过压缩空气打碎燃料油，再经过雾化后用于燃烧，并将此过程产生的热量用于加热燃料及扩容等操作，待油滴气化后，用于油枪的燃烧，该方式具有燃料燃烧效率、火焰温度高等特点。其中，微油点火系统包括微油点火煤粉燃烧器、微油点火油枪及管路、油配风系统、雾化压缩空气系统、高能点火系统、一次风测风系统、火检系统、燃烧器壁温检测系统、一次风加热系统等。

鉴于微油系统的加入会影响磨煤机的点火能量和跳闸等，在实际的应用中，出于锅炉安全考虑，应当把微油系统控制、“微油模式”投切逻辑用于微油点火系统。

3.3 一次调频技术

该技术是针对电网频率的稳定而提出的，在实际的电网运行过程中，电网的频率会受参与并网的发电机组的事故切除以及大负荷的事故解裂的影响，此时就需要使用一次调频技术。目前应用的分散控制系统，能够对达到该条件的系统中的锅炉侧及汽机侧设备完成协调控制，促进了一次调频技术的发展。

3.3.1 一次调频的原理

对于正常运行中的电网，其频率随发电功率及负荷的变化而变化，当电网系统的功率供不应求时，其频率会出现降低，而当系统功率供大于求时，频率相应的增加。一次调频技术就是指通过自动的增加或者减少机组发出的有功功率量，从而达到一个动态的平衡，实现电网频率的相对稳定。

3.3.2 相关条件

为了一次调频自动频率控制功能的正常实现，需要满足以下技术条件：(1)合理的设置一次调频的死区时间，由于发电侧和电网侧对死区时间的追求的相互矛盾，需要在两者之间做出权衡；(2)在一次调频实施过程中，调频速度不等率的大小不同会导致调节效果不明显或降低机组运行的稳定，推荐设定为4%-5%；(3)从发电机组可靠运行的角度，应当为一次调频中的最大负荷变化值设定一个合理的区间范围。

3.3.3 一次调频控制方法的改进

在实际应用中，应当结合具体运行情况，对一次调频控制进行适当的完善和改进。包括降低频率调控的不确定因素、有效增强负荷调节能力等方面。在实际中，一方面，若调频控制不充分考虑实际机组工况的改变、阀门流量曲线的差异，会降低系统调频的性能，此时，可以把一次调频中转速调节的比例前馈系数进行修正，而修正过程应当充分考虑压力、温度、阀门的特性等因素；另一方面，针对机组调频过程中出现的负荷调整能力不足的问题，可以通过使用凝结水进行节流，实现机组低压缸抽汽的急剧减小，从而达到负荷快速变化的目的。

3.4 炉水泵电机腔室温升监控技术

3.4.1 炉水泵及其故障简述

应用于超超临界机组中的炉水循环泵具有扬程小、流量小的特点，其作用在于设备运行初期促进锅炉水冷壁的水循环过程、提升运行效率。在实际的1000MW机组锅炉运行中，启动系统的炉水循环泵会因电机腔室内的温度异常引发断电，直接危害了机组安全高效运行。

3.4.2 温升异常故障分析

对于此故障，主要原因一般是由于泵的电机腔室内的滤网被杂物堵塞，致使设备内部的冷却水循环受阻，热量散发效率降低，最终引发温度升高。腔室中杂物的存在不仅使得电机的绕组不断的承受机械摩擦，更可能降低电机的绝缘和润滑效果。通过对实际情况的总结，大致的原因包括设备电机腔内水质不达标、冷却水发生泄漏、外部杂物进入电机腔室、设备腔室内部产生的杂物等。针对这个问题，应当采取一定的措施进行改善，例如加大水质监测的力度、加强设备金属部件的防腐工作、附加专业的隔离过滤措施等。

表1 调试发现的问题及处理建议

表2 机组汽轮机常见振动故障的原因及消除措施

3.5 机组运行中汽轮机异常振动故障排除技术

3.5.1 常见振动故障简述

在实际的汽轮机组运行过程中，发生机组的振动不足为奇，但是，这种振动也是有一个合理的范围，超出该范围就是发生了故障，存在很大的安全隐患。

应用中常见的振动包括强迫和自激式两种。机组汽轮机常见振动故障的原因及消除措施见表2。

3.5.2 故障排查技术

在实际现场的机组维护工作中，对于该类故障的确认及排除方法一般是借助于先进的探测设备及精密的感应仪器，对汽轮机的振动信号进行采集和专业的分析，提取出反映设备故障的信号，帮助操作人员及时的发现问题原因，查找故障点。同时，要求相关人员对设备的运行状态进行实时监测。

4 机组可靠性和效率方面

4.1 机组锅炉基本信息的准备

通过对机组锅炉的运行情况不断进行跟踪监测、分析预警，掌握锅炉中的高温设备、材料的运行状态等方面的参数特性，能够便于管理人员采取一定的优化及补偿措施来延长机组锅炉的使用寿命。而要完成这项工作，需要从以下几个方面进行考虑：首先，应当对1000MW超超临界机组中的关键部分和关键材料，如末级过热器集箱、主蒸汽管道等，以及机组中广泛采用的高等级耐热钢材等的物理、化学、机械等方面的参数进行全面的统计分析，为机组锅炉寿命的管控提供基本的数据基础；其次，掌握机组锅炉内的温度分布。机组内部的温度分布情况会随着机组燃烧模式的不同而改变，因此，必须通过准确、可靠的传感器设置，掌握锅炉内部、外部受热面管的真实壁温之间的关系[3]。

4.2 基于机组锅炉基本信息的管控系统的建立

在对机组锅炉的关键高温金属部件进行恒温恒压条件下的机械形变实验、交变载荷条件下的疲劳损伤实验、部件材料的抗氧化实验等实际验证后，掌握相关材料在不同工况下的特性参数，建立锅炉的在线寿命评估模型、锅炉实时内壁温度检测模型等。通过以上评估模型的建立，结合现代计算机技术，开发1000MW超超临界机组的状态管控系统，实现在线状态监控、氧化皮脱落风险预测、机组使用寿命评估、机组数据管控等功能，便于机组设备的正常运行、有效降低炉管泄漏风险，提升设备运行的效率。

5 节能技术方面

尽管1000MW超超临界机组具备一定的节能优势，在实际应用中，仍然可以从节能设备的选择、高效科学的工艺系统、合理用水等措施，进一步提高机组整体的节能效果。

5.1 节能设备的选择

随着技术的不断发展，在新设备的选购或日常维护过程中，我们应当结合实际的工程情况，尽可能的采用先进节能的主辅机及配套设备。例如：(1)通过把动叶、静叶可调轴流风机分别用于送风机及一次风机、引风机，能够实现电网调峰，相比于传统的离心风机，在提高效率的同时降低了电能的消耗；(2)对于辅机的选择，推荐使用节能低损的机型，此外，应对发电量、备用机组数量、容量进行合理规划配置，减少不必要的电能消耗；(3)在条件允许的情况下，不使用管式冷油器，而选择更高效的，如汽机润滑冷油器。

5.2 高效科学的工艺系统

除了选用先进节能的设备，采用高效科学的工艺也是必不可少。例如：(1)采用等离子点火装置，而放弃传统的油枪，不仅利于降低燃油的消耗，更因此节省了助燃系统的容量、体积，节约了材料和空间；(2)进行除灰工序时，对灰进行筛选，便于灰渣的重新利用；(3)安装工业用电监控系统，通过对用电量、用电状态、负荷变化等情况的掌握，合理的分配电能，减少不必要的电力设施建设。

5.3 合理用水

合理用水可以从生产工艺、用水管控制度等方面进行实施。例如，(1)依照生产各个环节对水质要求的不同，依次安排用水，如将生产废水处理后用于清洗等过程，做好水的循环利用工作；(2)条件具备的情况下，采用海水作为冷却的工具；(3)在厂区各用水处安装水表，对用水情况进行监督；(4)设立专门的用水管理机构，制定奖惩机制。