引言

2016年國家能源局綜合司下達了《火電靈活性改造試點項目的通知》(國能綜電力[2016]397號),通知要求,挖掘火電機組調峰潛力,提升我國火電機組運行靈活性,提高新能源消納能力。我國計劃在"十三五"期間實施2.2億kw燃煤機組的靈活性改造,使機組具備深度調峰能力,并進一步提高火電機組負荷響應速率。

近兩年,切除低壓缸靈活供熱技術在我國大力倡導火電機組運行靈活性的政策背景下得到了發(fā)展,其主要原理是:在中低壓缸連通管上安裝關斷閥門,在機組供熱運行中關閉連通管上閥門,切除低壓缸(低壓缸零出力)運行,使低壓缸不進汽解列,中壓缸排汽全部抽出供熱。該技術實現(xiàn)了在汽輪機不換轉子或不設置離合器的情況下切除低壓缸,中壓缸排汽基本上全部對外供熱,使機組在同等電負荷條件下供熱能力大大提高。且除低加系統(tǒng)需適當改造外,抽真空系統(tǒng)、凝結水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)等其他系統(tǒng)均無需改造,只需要按低負荷供熱方式運行或適當調整運行參數(shù)即可滿足低壓缸切除工況的運行要求。

1系統(tǒng)設計

1.1系統(tǒng)簡介

某電廠建設為2×600Mw超臨界燃煤純凝機組,汽輪機為東方汽輪機廠生產(chǎn)。于2013年對#1、#2機兩臺機組進行了工業(yè)抽汽改造,抽汽口位于汽輪機中低壓連通管。同時,在中低壓連通管預留采暖抽汽接口,采暖供汽最大能力420t/h。該電廠作為所在城市唯一的大型電站,為了最大限度增大電廠供熱能力,滿足3000萬m2的采暖供熱量,本次深度供熱改造遵循以下原則:低壓缸基本不進汽(僅需通入少量的冷卻蒸汽),中壓缸排汽全部對外供熱,機組處于背壓式運行狀態(tài),低壓缸排汽的乏汽全部被利用,實現(xiàn)機組供熱能力的最大化。

切除低壓缸進汽(低壓缸零出力)供熱系統(tǒng)中,低壓缸處于高真空運行狀態(tài),采用三偏心金屬密封液動蝶閥,閥門關閉能夠達到零泄漏要求,以此切斷低壓缸原進汽管道,低壓缸需要通過一定的冷卻蒸汽流量,同時也能保證低壓缸處于熱備用。因該蝶閥口徑DN1300很大,冷卻蒸汽流量要控制在額定流量的5%以內(nèi),若要將流量控制在如此小的范圍內(nèi),閥門前后壓差會很大,目前市場上找不到能滿足供貨要求的液控蝶閥,因此設計旁路蒸汽管路,在旁路蒸汽管路上設置調節(jié)閥和流量孔板,冷卻流量可以進行調試試驗,以機組振動和脹差在允許范圍、低壓缸末級葉片處溫度低作為評判準則,確定合理的冷卻流量。冷卻蒸汽汽源取自中壓缸排汽的供熱抽汽管道,接入點為中低壓缸連通管低壓缸入口垂直管段。切除低壓缸供熱改造后,除上述少量蒸汽用于低壓缸的冷卻外,其余中壓缸排汽均對外供熱。供熱母道上依次設置氣動逆止閥、液動快關閥、供熱關斷閥(圖1)。

1.2中低壓連通管供汽液動蝶閥

2017年,該電廠的600Mw機組由純凝機組改為供熱采暖機組,在連通管上增設供熱蝶閥對外供熱,該供熱蝶閥為電動蝶閥,采用常規(guī)的單偏心中心密封,閥門具有機械限位,閥門關死對應15%的閥門開度,以保證任何工況低壓缸進汽量大于300t/h的最小流量要求。若對該蝶閥進行改造,受單偏心的中心密封、電動執(zhí)行機構等的限制,難以滿足低壓缸切除工況零泄漏、快開快關等要求,需更換蝶閥。同時為達到單獨切一個低壓缸的要求,在低壓缸B入口的垂直短管上增設蝶閥B,在蝶閥A打開、蝶閥B關閉的狀態(tài),達到單獨切低壓缸B的目的。該兩個中低壓連通管液控快關調節(jié)閥自帶PLC控制系統(tǒng),通過內(nèi)置伺服閥實現(xiàn)閥門流量的連續(xù)調節(jié)。

東方汽輪機在供熱機組設計中,通常抽汽液控蝶閥用油為汽機EH油(高壓抗燃油),由于供熱投入時,該液控蝶閥調節(jié)頻繁,且閥體安裝環(huán)境溫度較高,導致油管路頻繁振動,易造成EH油酸值升高,給機組的安全穩(wěn)定運行和供熱帶來很大隱患。因此,本次改造對于中低壓連通管供汽液控蝶閥A/B不使用EH油,均設置獨立油站。

1.3供熱抽汽母管液控快關閥

汽輪機是發(fā)電廠的主要設備,為防止緊急情況發(fā)生時,抽汽管道中的水和蒸汽瞬間倒流,影響汽輪機的運行安全,需在靠近汽輪機側的抽汽管道上設置逆止閥。為滿足機組運行要求,通常在供熱抽汽管道上還需要設置抽汽截止閥(電動蝶閥或電動閘閥)。但不管是電動蝶閥或電動閘閥,還是抽汽逆止閥,其閥門的關閉時間都大于1S,無法滿足緊急情況下快速關閉的要求。因此,在供熱抽汽母管上除設置常規(guī)的氣動抽汽逆止閥、電動蝶閥外,另設置一臺液動快速關閉閥,通過其中的快關電磁閥使主閥體油缸內(nèi)回油進至有桿腔,使油缸活塞快速退回,閥門快速關閉(圖2)。表1所示為各工況下電磁線圈的動作情況。

2控制系統(tǒng)設計

2.1抽汽液動蝶閥的控制

中低壓連通管供汽液動蝶閥A/B在機組DEH(汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng))中控制。

閥門聯(lián)鎖開條件:供熱切除:低壓缸排汽溫度高。

閥門聯(lián)鎖關條件:液壓油壓低于PS3設定值:汽輪機超速:汽輪機主汽門全關:發(fā)電機跳閘。

2.2抽汽母管液動快關閥的控制

抽汽母管液動快關閥納入機組DCS(分散控制系統(tǒng))中控制,在集控室DCS操作員站對該閥進行監(jiān)視和控制?？蓪崿F(xiàn)慢開、快關、中停等功能,并對閥門全開、全關、關閥15o、關閥75o等狀態(tài)進行反饋。

閥門聯(lián)鎖關(快關)條件:供熱切除:ETS(汽輪機緊急跳閘系統(tǒng))打閘:發(fā)電機跳閘。

3結語

基于電液伺服閥控制的低壓缸零出力改造系統(tǒng),滿足低壓缸切除工況的運行要求。改造完成后,機組的綜合經(jīng)濟性提高,為后續(xù)大容量高參數(shù)機組制訂切除低壓缸進汽控制方案及運行指導提供了依據(jù)。