0引言

9F燃機(jī)作為典型的調(diào)峰機(jī)組,普遍采用晝啟夜停的運(yùn)行模式,啟停操作頻繁[1]。然而,在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)渡階段,當(dāng)采用啟動(dòng)爐供應(yīng)輔助蒸汽時(shí),普遍存在蒸汽溫度偏低的問(wèn)題,難以滿足汽機(jī)軸封的用汽需求。這不僅影響機(jī)組啟動(dòng)效率,還可能因蒸汽參數(shù)不匹配導(dǎo)致設(shè)備熱應(yīng)力增大,威脅運(yùn)行安全。

某電廠9F機(jī)組其輔汽供應(yīng)系統(tǒng)采用雙模式設(shè)計(jì):正常運(yùn)行期間由機(jī)組冷再熱蒸汽供給,啟停階段則依賴相鄰機(jī)組或一期煤機(jī)提供輔助蒸汽。然而,該電廠燃機(jī)一般為調(diào)峰運(yùn)行。燃機(jī)熱態(tài)啟動(dòng)和停機(jī)階段輔汽若采用一期煤機(jī)機(jī)組供應(yīng),輔汽溫度偏低,難以滿足要求。針對(duì)這一現(xiàn)狀,實(shí)現(xiàn)特定情況下高壓汽包余汽自供輔汽,能有效提高機(jī)組啟停的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 系統(tǒng)概述

1.1電廠概況

某電廠分兩期建設(shè),一期為兩臺(tái)330 MW煤機(jī),二期為兩套500 MW燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組。二期每套機(jī)組為“一拖一”F級(jí)改進(jìn)型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組,包括一臺(tái)三菱M701F4改進(jìn)型干式低NOx燃?xì)廨啓C(jī),配氫冷發(fā)電機(jī);一臺(tái)蒸汽輪機(jī),配空冷發(fā)電機(jī);一臺(tái)無(wú)補(bǔ)燃三壓再熱余熱鍋爐及其相關(guān)的輔助設(shè)備。M701F4改進(jìn)型燃機(jī)主要由帶有進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉(IGV)的17級(jí)高效軸流式壓氣機(jī);采用環(huán)形分管式布局,配置20個(gè)干式低NOx燃燒器的燃燒室;4級(jí)反動(dòng)式葉片的透平段組成。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為L(zhǎng)ZCCC159—14.67/ [0.438]/4.7/2.7/1.32/566/566[285]的三壓、再熱、雙缸型、軸向排汽、抽凝式汽輪機(jī)。余熱鍋爐共有高、中、低壓汽包各一個(gè)。

1.2 輔助蒸汽系統(tǒng)

輔助蒸汽系統(tǒng)在火電廠運(yùn)行中發(fā)揮著多重關(guān)鍵作用,主要為汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)提供密封蒸汽以防止空氣滲入和工質(zhì)泄漏;同時(shí),為高壓缸預(yù)暖系統(tǒng)供應(yīng)蒸汽以確保機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)階段金屬部件均勻受熱。該系統(tǒng)還承擔(dān)著低壓汽包除氧器的加熱功能以維持給水溶氧指標(biāo),并通過(guò)高壓蒸發(fā)器加熱系統(tǒng),減少汽包壁上下溫差,保障設(shè)備運(yùn)行需求。

該電廠輔助蒸汽系統(tǒng)采用分級(jí)母管設(shè)計(jì),一期與二期輔汽母管通過(guò)母管隔離閥實(shí)現(xiàn)互聯(lián),二期區(qū)域內(nèi)的三套與四套機(jī)組輔汽母管同樣配置有隔離閥進(jìn)行工況隔離。系統(tǒng)運(yùn)行需滿足二期燃?xì)廨啓C(jī)的嚴(yán)格參數(shù)要求,其輔助蒸汽設(shè)計(jì)壓力不低于0.8Mpa,溫度需維持在200℃以上。在燃機(jī)啟停階段,優(yōu)先采用相鄰運(yùn)行機(jī)組的輔汽供應(yīng),當(dāng)相鄰機(jī)組停運(yùn)時(shí)則切換至一期燃煤機(jī)組輔汽聯(lián)箱供汽。

現(xiàn)存的技術(shù)矛盾主要體現(xiàn)在熱力參數(shù)匹配方面:一期煤機(jī)輔汽聯(lián)箱出口溫度僅250℃左右,同時(shí),一期至二期輔汽母管的長(zhǎng)距離輸送導(dǎo)致顯著溫降,這使得二期母管末端溫度在熱態(tài)啟動(dòng)工況下難以達(dá)到軸封蒸汽的溫度要求。系統(tǒng)切換過(guò)程中,因管道預(yù)熱速度受限于蒸汽初始溫度與管道熱容特性,參數(shù)達(dá)標(biāo)的時(shí)間延遲進(jìn)一步加劇,可能影響機(jī)組快速啟動(dòng)的可靠性。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 可行性分析

在采用晝啟夜停調(diào)峰運(yùn)行模式的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組中,余熱鍋爐系統(tǒng)展現(xiàn)出顯著的熱慣性特征。因此,停機(jī)過(guò)程可以采用高壓汽包蒸汽供輔汽。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)解列后,機(jī)組雖進(jìn)入停機(jī)狀態(tài),但余熱鍋爐受熱面仍能維持較高的殘余壓力,其高壓汽包飽和溫度可保持在適宜范圍內(nèi)[2]。這種參數(shù)維持能力主要源于三個(gè)工程特性:余熱鍋爐的模塊化設(shè)計(jì)使其具備優(yōu)異的蓄熱能力,多壓力級(jí)蒸汽系統(tǒng)的熱分層效應(yīng)有效延緩了熱量散失,汽包水容積的熱容特性則為系統(tǒng)提供了溫度緩沖。從燃機(jī)解列到次日凌晨重啟的窗口期內(nèi),汽輪機(jī)高壓缸金屬溫度呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì),而高壓汽包參數(shù)衰減速率較為穩(wěn)定。燃機(jī)停機(jī)過(guò)程輔汽采用高壓汽包蒸汽供應(yīng),解列后的汽輪機(jī)金屬溫度和高壓汽包余汽參數(shù)變化如表1所示。

由表1可知,9F燃機(jī)解列后,其高壓汽包系統(tǒng)在初始解列時(shí)刻即維持著300℃溫度與8.3 Mpa壓力的優(yōu)質(zhì)蒸汽參數(shù),這一狀態(tài)不僅遠(yuǎn)超常規(guī)輔汽系統(tǒng)的工作需求(標(biāo)準(zhǔn)要求≥0.8 Mpa/200℃),更實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部余汽的完全自持供應(yīng)。經(jīng)過(guò)7 h的自然冷卻周期后,系統(tǒng)參數(shù)呈現(xiàn)如下衰減特性:溫度僅下降6.9%(至279.4℃),與高壓排汽內(nèi)壁金屬溫差小于110℃ ;壓力保持初始值的57.8%(4.8 Mpa)。這種特性使得機(jī)組在典型調(diào)峰間隔(6~8 h)內(nèi)無(wú)須外來(lái)輔助蒸汽即可完成熱態(tài)啟動(dòng)流程。

2.2 高壓汽包供輔汽方案

在9F燃?xì)鈾C(jī)組的熱態(tài)啟動(dòng)及停機(jī)階段,輔汽系統(tǒng)如果通過(guò)高壓汽包余汽實(shí)現(xiàn)自持供應(yīng),其工藝流程為:高壓汽包→高壓一、二、三級(jí)過(guò)熱器→高壓過(guò)熱器出口電動(dòng)閥→高壓主蒸汽管道→高壓旁路閥→冷再熱管道→輔汽聯(lián)箱。為確保停機(jī)階段高壓汽包供輔汽安全及穩(wěn)定,避免高壓旁路閥被誤關(guān),對(duì)高壓旁路閥的邏輯進(jìn)行修改,增加高壓旁路閥停機(jī)供汽模式,如圖1所示。熱態(tài)啟機(jī)階段,高壓旁路閥正常處于打開(kāi)狀態(tài),無(wú)須修改邏輯。

當(dāng)以下條件均滿足時(shí),觸發(fā)高壓旁路閥停機(jī)供汽模式:

1)高壓旁路閥閥位反饋小于5%;

2)燃機(jī)熄火;

3)冷再供輔汽調(diào)閥閥位反饋大于5%;

4)燃機(jī)轉(zhuǎn)速小于1 500 r/min;

5)冷再供輔汽電動(dòng)閥開(kāi)到位信號(hào)為1。

當(dāng)滿足以下任一條件時(shí),退出高壓旁路閥停機(jī)供汽模式:

1)高壓旁路閥為升壓模式;

2)高壓旁路閥為定壓模式;

3)高壓旁路閥為壓力跟蹤模式;

4)冷再供輔汽調(diào)閥閥位反饋小于5%。

當(dāng)高壓旁路閥處于停機(jī)供汽模式時(shí),高壓過(guò)熱器出口電動(dòng)閥無(wú)關(guān)允許信號(hào),進(jìn)一步確保了供汽的安全。

2.3提升鍋爐保溫保壓效果

研究表明,鍋爐系統(tǒng)的保溫保壓性能與停爐時(shí)長(zhǎng)直接影響高壓汽包余熱利用率及輔助蒸汽供應(yīng)能力。具體而言,保溫保壓效果越佳、停爐時(shí)間越短,則高壓汽包蓄熱越充分,輔汽供給能力越強(qiáng)?；诖?建議采取以下優(yōu)化措施:

1)運(yùn)行控制方面:(1)嚴(yán)格維持停爐及啟動(dòng)階段高壓汽包水位在工藝允許范圍內(nèi);(2)避免高壓汽包非必要放水操作以最大限度保留系統(tǒng)熱量;(3)提升運(yùn)行人員操作熟練度,確保啟停過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定;(4)規(guī)范操作流程,減少啟停過(guò)程中的無(wú)效等待時(shí)間。

2)設(shè)備維護(hù)方面:(1)加強(qiáng)鍋爐系統(tǒng)日常巡檢與預(yù)防性維護(hù); (2)重點(diǎn)治理鍋爐熱力系統(tǒng)跑、冒、滴、漏缺陷,提升系統(tǒng)密封性;(3)針對(duì)鍋爐疏水電動(dòng)閥內(nèi)漏問(wèn)題,應(yīng)及時(shí)關(guān)閉前段手動(dòng)閥進(jìn)行隔離;(4)通過(guò)精細(xì)化檢修提升設(shè)備整體保溫保壓性能。

3驗(yàn)證方案

2024年10月8日,某電廠在完成四套機(jī)組燃機(jī)燃燒調(diào)整工作后,需停機(jī)進(jìn)行邏輯程序下裝。此時(shí),三套機(jī)組已處于停運(yùn)狀態(tài),且一期輔汽聯(lián)箱出口溫度降至約250℃ ,無(wú)法滿足四套機(jī)組停運(yùn)及熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)軸封蒸汽溫度的技術(shù)要求。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估,決定啟用高壓汽包余汽作為輔助汽源,以確保機(jī)組安全停運(yùn)和順利啟動(dòng)。

3.1停機(jī)過(guò)程

08:00,停機(jī)前狀態(tài):機(jī)組負(fù)荷270 MW,燃機(jī)負(fù)荷171MW,汽機(jī)負(fù)荷99MW,高壓汽包壓力9.92 Mpa,高壓汽包內(nèi)壁金屬溫度309℃ ,高排溫度370℃ ,輔汽壓力0.77 Mpa,輔汽溫度350℃ 。

08:05,確認(rèn)三套機(jī)組與四套機(jī)組輔汽聯(lián)絡(luò)閥、一期輔汽至四套機(jī)組聯(lián)絡(luò)閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

08:11,燃機(jī)降負(fù)荷至130 MW,汽機(jī)跟隨降負(fù)荷。

08:27,汽機(jī)打閘,此時(shí)軸封壓力44 kpa,軸封母管溫度290℃ ,高旁開(kāi)度56%,高旁后溫度326℃ ,冷再供輔汽調(diào)閥開(kāi)度10%,機(jī)組輔汽、軸封由高壓汽包供給。

08:35,燃機(jī)解列,此時(shí)高壓汽包壓力8.3 Mpa,高壓汽包內(nèi)壁金屬溫度300℃ ,高旁開(kāi)度43%,高旁后蒸汽溫度313℃ ,滿足供輔汽要求。

08:40,燃機(jī)轉(zhuǎn)速1 402 r/min,高旁開(kāi)度1.3%,冷再供輔汽調(diào)閥開(kāi)度7%,觸發(fā)高旁閥停機(jī)供汽模式。

08:57,汽機(jī)轉(zhuǎn)速到0,盤車投入正常。

08:58,停運(yùn)真空泵,打開(kāi)真空破壞閥,破壞真空。

09:02,燃機(jī)盤車投入正常,燃機(jī)惰走時(shí)間27min。

09:14,真空到101 kpa,關(guān)閉高壓過(guò)熱器出口閥、高壓旁路閥、冷再至輔汽調(diào)閥,停運(yùn)輔汽、軸封系統(tǒng)。

在機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中(歷時(shí)約1 h),系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)保持穩(wěn)定:輔助蒸汽溫度始終維持在300℃以上,軸封母管溫度穩(wěn)定在280℃以上,系統(tǒng)壓力波動(dòng)范圍控制在允許范圍內(nèi)。這一運(yùn)行狀態(tài)充分證明了高壓汽包余汽供給系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,有效保障了機(jī)組安全停運(yùn)的各項(xiàng)技術(shù)要求。

3.2 熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程

16:10,四套機(jī)組準(zhǔn)備啟動(dòng),此時(shí)距燃機(jī)解列約7.5 h,高壓汽包壓力4.53 Mpa,高壓汽包內(nèi)壁金屬溫度277℃ ,中壓進(jìn)汽室內(nèi)壁金屬溫度491℃ ,高壓缸進(jìn)汽室內(nèi)壁金屬溫度489℃ ,高壓排汽內(nèi)壁金屬溫度345℃。

16:11,打開(kāi)高壓過(guò)熱器出口閥、高壓旁路閥(高旁后蒸汽溫度317℃)、冷再至輔汽調(diào)閥,輔汽母管暖管至230℃ ,打開(kāi)軸封調(diào)節(jié)閥,軸封母管暖管。

16:38,軸封母管壓力11 kpa,溫度183℃ ,軸封電加熱入口溫度180℃ ,啟動(dòng)軸封電加熱器。

16:40,提高軸封母管壓力至額定值,溫度194 ℃ ,軸封電加熱入口溫度181℃ ,軸封電加熱出口溫度269℃,啟動(dòng)真空泵抽真空。此時(shí)高壓汽包壓力3.62MPa,高壓汽包內(nèi)壁金屬溫度274℃。

17:01,燃機(jī)發(fā)啟動(dòng)令。

17:15,燃機(jī)轉(zhuǎn)速1150 r/min,此時(shí)高壓汽包壓力降至最低2.83 MPa,此后壓力開(kāi)始上漲,但高壓汽包內(nèi)壁金屬溫度仍繼續(xù)下降,此時(shí)輔汽母管溫度205 ℃ 。

17:36,燃機(jī)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。

17:41,燃機(jī)負(fù)荷100 MW,高壓汽包內(nèi)壁金屬溫度開(kāi)始回升,輔汽母管溫度最低降至202℃。

18:50,汽機(jī)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。

在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中,高壓汽包余汽作為輔助汽源可穩(wěn)定維持輔汽母管溫度在200℃水平,該參數(shù)完全滿足機(jī)組啟動(dòng)階段的工藝要求。值得注意的是,當(dāng)燃機(jī)負(fù)荷提升至100 MW臨界點(diǎn)時(shí),高壓汽包溫度將出現(xiàn)明顯回升。

這就要求運(yùn)行人員必須確保操作流程的連續(xù)性和時(shí)效性,嚴(yán)格按照既定計(jì)劃完成并網(wǎng)及帶負(fù)荷操作,以防止因高壓汽包溫度回升速度慢導(dǎo)致余汽供給不足的情況發(fā)生。整個(gè)操作過(guò)程中,運(yùn)行人員需重點(diǎn)關(guān)注高壓汽包溫度、壓力變化趨勢(shì)和機(jī)組啟動(dòng)升負(fù)荷是否順利。

4結(jié)束語(yǔ)

本研究針對(duì)某電廠9F燃?xì)鈾C(jī)組熱態(tài)啟停工況,設(shè)計(jì)了高壓汽包余汽供給方案。通過(guò)實(shí)際機(jī)組啟停操作驗(yàn)證,該方案不僅具備良好的技術(shù)可行性,更展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用效果。具體而言,該方案實(shí)現(xiàn)了三大技術(shù)突破:1)顯著提升輔汽系統(tǒng)氣源選擇的靈活性;

2)有效降低對(duì)一期輔汽系統(tǒng)的依賴程度;3)穩(wěn)定提高輔汽蒸汽參數(shù),確保機(jī)組熱態(tài)啟停過(guò)程的安全可靠性。從應(yīng)用前景來(lái)看,該方案具有突出的推廣價(jià)值,特別適用于配置余熱鍋爐的9F級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組,為同類型機(jī)組的運(yùn)行優(yōu)化提供了重要參考。

[參考文獻(xiàn)]

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《機(jī)電信息》2025年第22期第12篇