阿联酋某水泥生产线余热发电项目孤网运行研究

2017-06-01李大庆李广敏李治强

水泥技术 2017年3期

关键词：孤网热电站生料

李大庆，李广敏，李治强

Study on the Isolated Network Running of Waste Heat Power Generation Project in a UAE Cement Line

李大庆1，李广敏2，李治强1

1 前言

阿联酋某项目当地有完备的配电网，但在项目建成之后，当地电力部门不允许余热发电站并网运行，因此只能采取措施，使余热电站带水泥生产线的一部分负荷孤网运行。

根据水泥厂的实际情况，计划用余热电站带水泥磨系统孤网运行。改造生料磨配电站，双母线供电，母线间不连接，余热电站和国家电网分别为一段母线供电，配电负荷可以在两段母线间切换，保证供电可靠性和灵活性。运行方式是先运行水泥生产线，然后启动余热电站，余热电站启动后再逐步将生料磨配电站国家电网母线段部分负荷转移到余热电站母线段，由余热电站发电机供电。余热电站孤网运行，发电机停运不影响水泥生产线正常运行。

余热电站发电机装机容量为7.5MW，估算发电量为5.7MW，其中最大电机为生料磨电机，功率2 800kW。

2 孤网运行电站存在的问题

（1）生料磨电机（2 800kW）相对于发电机容量过大，启动电流冲击会造成低频、低压，使得发电机停机，或者无法启动生料磨电机。

（2）水泥生产线大电机突然甩负荷，此种工况对电厂的冲击很大，汽轮机将超速，发电机端电压升高，严重时汽轮机、发电机保护动作停机。

（3）汽轮发电机的电压、频率和转速不稳定，会随负荷的变化而变化，电源品质差，安全系数低。

（4）在大负荷变动情况下，负荷对汽轮机冲击很大，长期运行会造成汽轮机调速器损坏，甚至冲垮汽轮机正常工作状态。

（5）排汽频繁，噪音大，严重浪费热能和水资源。

（6）余热电站孤网运行的项目几乎没有，缺少余热电站孤网运行经验。

3 水泥厂负荷分析

3.1 生料磨电机（2 800kW）启动曲线（图1）

由图1可见，生料磨电机的启动电流约为额定电流的1.25倍，正常运行时电流约为额定电流的0.8倍。

3.2 生料磨负荷清单（表1）

图1 生料磨电机（2 800kW）启动曲线

表1 生料磨车间负荷清单

3.3 生料磨车间负荷曲线（图2）

由图2可知，生料磨配电站正常运行时最大负荷为6 800kW，最小负荷为3 300kW。最大负荷时发电机没有足够能力提供全部电量，需要将部分负荷转为电网供电。最小负荷时功率较低，余热不能完全利用。

图2 生料磨车间负荷曲线

4 孤网运行方案

4.1 余热电站增加旁路系统

4.1.1 旁路系统的配置

增加一设计进气量为60%的大旁路系统，作为该厂生料磨设备的电机储备功率。旁路后剩余气量进入汽轮机进行发电，具备发电能力约1 000kW左右，能够满足汽轮机的最低运行要求，可保证汽轮机组稳定运行。

4.1.2 旁路系统的功能（图3）

孤网运行时，负荷的变化造成锅炉和汽轮机的运行情况不相匹配，当锅炉产生的蒸气量大于汽轮机所需要的蒸气量时，多余部分可以不进入汽轮机而经过旁路减温减压后直接引入凝汽器，避免蒸气对空排放对环境造成噪音污染。旁路系统的这些功能在机组启动、升负荷、降负荷或甩负荷时是十分必要的。

图3 旁路系统

（1）改善机组的启动性能，加快启动速度。机组冷态或热态启动初期，当锅炉给出的蒸气参数尚未达到汽轮机冲转条件时，这部分蒸气就由旁路系统流到凝汽器，以回收工质，适应系统暖管和储能的要求。

（2）在机组启动时，可以控制主蒸气压力；正常运行时，监视锅炉出口压力，防止超压。

（3）机组低负荷运行阶段，锅炉仍维持较高的蒸发量运行，多余的蒸气经过旁路减温减压后直接引入凝汽器，减少了对锅炉的调节。

（4）在生料磨电机启动时，电站DCS接收生料磨电机启动请求并确认后，关闭大旁路系统，发出“允许启动”信号给水泥线DCS，充分利用锅炉的储能功能，启动生料磨电机。

（5）在机组部分甩负荷的情况下，主蒸气压力超过规定值时，大旁路阀迅速开启进行减压泄流，从而对机组实现超压保护。

（6）汽轮机短时故障，可以实现停机不停炉运行。停机时，锅炉产生的新蒸气经旁路系统减温减压后进入凝汽器，回收工质，维持锅炉的稳定运行，以便汽轮机重新快速启动。

总之，旁路系统具有启动、泄流和安全三项功能。

4.2 增加柴油发电机

增加柴油发电机方案（见图4）。

图4 增加柴油发电机后单线图

4.2.1 柴油发电机的配置

柴油发电机的容量按照能够单独启动生料磨电机（2 800kW）来考虑（不再考虑其他负荷的启动情况）。生料磨电机的启动电流为1.25倍的额定电流，为此柴油发电机容量为1.25×2 800=3 500kW，6.6kV。

4.2.2 柴油发电机的作用

（1）作为余热电站的启动电源

余热电站配置了柴油发电机组，电站的柴油发电机组可以充当余热电站的启动电源。

（2）作为生料磨配电站内其他电机的启动电源

生料磨配电站的其他电机启动可以利用柴油发电机组，启动后可以将负荷转移到余热电站发电机组。

（3）启动生料磨电机

生料磨电机（2 800kW）相对于发电机容量过大，可利用柴油发电机与余热发电机并列运行以保证大电机的启动。电机启动后，余热电站的负荷逐渐增加，柴油发电机组缓慢退出运行。

4.2.3 需要注意的问题

（1）增加柴油发电机满足大电机启动需要，要与余热电站并列运行，维持电网稳定性。

（2）鉴于柴油发电机组在孤网运行中的重要作用，需要在运行期间采取措施，确保柴油发电机组的绝对安全。汽轮发电机组与柴油发电机组并网运行后，应逐渐减小柴油发电机组的负荷，使柴油发电机组缓慢退出运行。

4.3 旁路系统和柴油发电机协调运行

4.3.1 启动生料磨电机

生料磨电机通过柴油发电机组启动，同时开启旁路系统，将生料磨负荷的电机逐渐转移到余热电站的发电机上。生料磨电机稳定运行之后解列柴油发电机，由旁路系统继续跟随负荷的变化。

4.3.2 生料磨电机紧急停机

突然甩大负荷，此种工况对电厂的冲击很大，汽轮机将超速，发电机端电压升高，严重时汽轮机、发电机保护动作停机。为此建议：因为孤网运行的电站采用频率控制，为保证电气设备的安全稳定运行，电站的频率波动范围设定为48.5～51.5Hz，水泥生产线的负荷波动在10%的范围内，电站是可以接受并可以安全稳定地调节，当＞10%时电站的调节将非常困难，超频保护动作，启动锅炉的旁路系统上的快速启闭阀。