★淮河能源淮南潘集發(fā)電有限責任公司劉為展

關(guān)鍵詞：超超臨界機組；汽動(dòng)給水泵；小汽輪機；汽源切換；暖管方式

隨著(zhù)我國國內經(jīng)濟的快速發(fā)展，節能和環(huán)保壓力日益增加。在“雙碳”目標下，我們對火力發(fā)電廠(chǎng)的節能降耗提出了更高的要求。超超臨界火力發(fā)電機組具有顯著(zhù)的節能和改善環(huán)境的效果，因此超超臨界機組已經(jīng)逐漸發(fā)展成為大趨勢機組。目前超超臨界機組均采用汽動(dòng)給水泵，部分機組甚至只設置單臺汽動(dòng)給水泵。因此汽動(dòng)給水泵的安全運行對機組的安全至關(guān)重要。本文對超超臨界機組汽動(dòng)給水泵小汽輪機汽源切換時(shí)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，對其備用汽源疏水系統進(jìn)行改造，一方面減少了給水泵小汽輪機汽源切換的時(shí)間，另一方面大大提高了汽動(dòng)給水泵小汽輪機汽源切換過(guò)程的安全性，避免了給水泵小汽輪機因汽源切換跳閘導致的機組“非?！?。這樣不但提高了機組運行的可靠性，而且減少了機組“非?！边^(guò)程中電量、燃煤、燃油等能源的消耗，從而達到節能的目的。

1　設備概況

某廠(chǎng)一期為兩臺660MW超超臨界、二次中間再熱、單軸、五缸四排汽、凝汽式汽輪機，直流鍋爐，配套一臺30%容量啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵和一臺100%容量汽動(dòng)給水泵。

汽動(dòng)給水泵小汽輪機配置的是東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的單缸、單流、單軸、沖動(dòng)式、純凝汽型驅動(dòng)給水泵用汽輪機。

小汽輪機設備規范如表1所示。

表1 小汽輪機設備規范

2　汽動(dòng)給水泵小汽輪機汽源配置及疏水配置

2.1　汽動(dòng)給水泵小汽輪機汽源配置方式

某廠(chǎng)一期工程配置的單臺汽動(dòng)給水泵小汽輪機汽源采用具有高、低壓雙路進(jìn)汽的切換進(jìn)汽方式。正常運行時(shí)，由主汽輪機的五段抽汽供給，調試時(shí)由輔助蒸汽系統供給，同時(shí)輔助蒸汽系統也滿(mǎn)足給水泵汽輪機直接啟動(dòng)的要求。二次低溫再熱蒸汽作為備用汽，在五段抽汽不足時(shí)切換為二次低溫再熱供汽。

汽源蒸汽參數如表2所示。

表2 氣源蒸汽參數

2.2　汽源切換方式說(shuō)明

低壓汽源切換點(diǎn)為30%（主機THA負荷，滑壓運行）。當五段抽汽壓力不能滿(mǎn)足小機汽源壓力要求時(shí)，自動(dòng)切換為二次低溫再熱蒸汽供汽。此時(shí)五段抽汽供汽電動(dòng)隔離門(mén)及低壓主汽門(mén)、低壓調節汽門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)。二次低溫再熱蒸汽通過(guò)管道調節門(mén)控制給水泵小汽輪機轉速。

2.3　汽源疏水方式配置

常規給水泵小汽輪機備用汽源疏水采用一次、二次手動(dòng)門(mén)，機組正常運行中保持關(guān)閉，需要投用汽源時(shí)手動(dòng)開(kāi)啟。該系統配置如圖1所示。

圖1 常規系統配置圖

部分給水泵小汽輪機備用汽源疏水采用一次、二次手動(dòng)門(mén)中間帶一個(gè)自動(dòng)疏水器，機組正常運行中手動(dòng)門(mén)保持開(kāi)啟，管道冷卻時(shí)產(chǎn)生疏水通過(guò)疏水器排至疏水擴容器。該系統配置如圖2所示。本廠(chǎng)最初設計為此種疏水模式。

圖2 最初設計系統配置圖

3　給水泵小汽輪機汽源切換存在的問(wèn)題

給水泵小汽輪機由于正常運行中采用低壓汽源為汽輪機五段抽汽壓力，而五段抽汽壓力隨著(zhù)汽輪機負荷降低而降低。運行中當機組負荷低五段抽汽壓力不能滿(mǎn)足小汽輪機汽源壓力要求時(shí)，就需要自動(dòng)切換為二次低溫再熱蒸汽供汽。此時(shí)五段抽汽供汽電動(dòng)隔離門(mén)及低壓主汽門(mén)、低壓調節汽門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)。二次低溫再熱蒸汽通過(guò)管道調節門(mén)控制給水泵小汽輪機轉速。

目前廠(chǎng)家設計的小汽輪機均可以做到主汽源與備用汽源進(jìn)汽閥門(mén)的自動(dòng)切換。但在機組實(shí)際運行中，在小汽輪機汽源自動(dòng)切換過(guò)程中，由于備用汽源處于備用狀態(tài)時(shí)蒸汽不流通，容易積水，備用汽源管道蒸汽溫度與主汽源五段抽汽供汽溫度不匹配。在機組故障、調峰降負荷等需要快速切換汽源的工況下，短時(shí)間內主汽源與備用汽源兩路汽源突然混合會(huì )造成給水泵小汽輪機進(jìn)汽蒸汽溫度急劇下降，出現小汽輪機振動(dòng)突增現象。給水泵小汽輪機進(jìn)汽蒸汽溫度過(guò)低，嚴重時(shí)甚至會(huì )造成小汽輪機振動(dòng)大跳閘、小汽輪機水沖擊事件。而對于單汽泵機組來(lái)說(shuō)，小汽輪機跳閘就意味著(zhù)機組“非?！?，會(huì )對電廠(chǎng)造成非常嚴重的經(jīng)濟損失。由于我廠(chǎng)為調峰機組，所以正常運行中負荷變化較快、較多，給水泵小汽輪機備用汽源如何安全、快速的無(wú)擾切換尤為重要。

根據給水泵小汽輪機備用汽源疏水配置方式以及給水泵小汽輪機實(shí)際運行中的情況，我們綜合分析得出上述圖1、圖2系統配置存在以下問(wèn)題：

對于圖1所示系統，雖然在降負荷時(shí)，可以提前手動(dòng)開(kāi)啟給水泵小汽輪機高壓備用汽源疏水，提前將備用汽源蒸汽溫度提高，但僅僅局限于負荷緩慢、可控下降的情況。對于不可控甩負荷或深度調峰快速降負荷、主汽源故障時(shí)，給水泵小汽輪機汽源不能快速、安全地切換至備用汽源供汽。

對于圖2所示系統在疏水手動(dòng)門(mén)中間增加一個(gè)自動(dòng)疏水器。機組正常運行中備用汽源蒸汽在溫度下降至冷凝溫度時(shí)，產(chǎn)生的疏水會(huì )克服閥芯自重打開(kāi)疏水器，將疏水自動(dòng)排至疏水擴容器，從而產(chǎn)生蒸汽流動(dòng)，保證備用蒸汽管道蒸汽溫度不至于過(guò)低。但當冷凝水全部疏至輸水擴容器后，自動(dòng)疏水器在閥芯自重作用下會(huì )自動(dòng)關(guān)閉，備用蒸汽管道的蒸汽又重新處于不流通狀態(tài)。這種疏水模式顯然比圖1疏水模式的備用汽源蒸汽溫度要高，但在需要汽源切換前仍然需要手動(dòng)開(kāi)啟自動(dòng)疏水器旁路門(mén)提前暖管。即便這種模式縮短了暖管時(shí)間，但仍然無(wú)法滿(mǎn)足給水泵小汽輪機對汽源切換的快速性、安全性的要求。

4　針對問(wèn)題采取的改造方案及措施

針對上述圖1、圖2給水泵小汽輪機汽源疏水配置方式存在的問(wèn)題進(jìn)行分析后，我廠(chǎng)對給水泵小汽輪機備用蒸汽疏水方式進(jìn)行了改造。具體方案如下（見(jiàn)圖3）：

將自動(dòng)疏水器去除，增加一個(gè)節流孔板。啟動(dòng)前需要疏水時(shí)開(kāi)啟旁路截止門(mén)一次門(mén)、二次門(mén)，暖管結束后關(guān)閉。正常運行中保持節流孔板前后手動(dòng)截止門(mén)開(kāi)啟，給水泵小汽輪機備用汽源蒸汽通過(guò)節流孔板流通一股很少的蒸汽至疏水擴容器，從而保證給水泵小汽輪機備用汽源蒸汽流通，保持給水泵小汽輪機備用汽源蒸汽溫度在正常的二次低溫再熱蒸汽溫度水平，與汽輪機五段蒸汽溫度相匹配。在給水泵小汽輪機汽源需要自動(dòng)切換時(shí)隨時(shí)可以自動(dòng)切換，無(wú)需再提前手動(dòng)暖管。

圖3 改造后系統配置圖

5　改造后運行方式及效果比較

5.1　改造后運行方式

經(jīng)過(guò)上述對給水泵小汽輪機備用汽源疏水方式進(jìn)行的改造后，在機組正常運行時(shí)，保持節流孔板前后手動(dòng)截止門(mén)開(kāi)啟，當給水泵小汽輪機汽源需要自動(dòng)切換時(shí)隨時(shí)可以無(wú)擾切換為二次低溫再熱蒸汽控制給水泵小汽輪機轉速。

5.2　改造后效果

某次機組接到調令進(jìn)行深度調峰，機組負荷快速下降至260MW，汽泵小汽輪機汽源自動(dòng)切換為二次低溫再熱蒸汽。切換后汽泵運行穩定，保證了機組負荷快速下降時(shí)鍋爐給水的需要，沒(méi)有因為汽泵小汽輪機汽源蒸汽壓力不足造成給水泵轉速低進(jìn)而發(fā)生給水流量低MFT動(dòng)作的事故，避免了一次“非?！?。類(lèi)似的例子在機組調峰和故障甩負荷等工況還有很多。

某次機組運行中，汽輪機五段抽汽供汽電動(dòng)隔離門(mén)突然故障關(guān)閉，汽泵小汽輪機汽源自動(dòng)切換為二次低溫再熱蒸汽。切換后汽泵運行穩定，沒(méi)有因為汽泵汽源蒸汽中斷發(fā)生給水流量低鍋爐MFT動(dòng)作的事故，避免了一次“非?！?。

6　結論

通過(guò)對給水泵小汽輪機備用汽源疏水改造，給水泵小汽輪機備用汽源一直處于暖管備用狀態(tài)。給水泵小汽輪機可以在機組調峰負荷變動(dòng)、故障甩負荷、主汽源中斷等工況下快速、靈活、安全地自動(dòng)切換汽源，真正做到了汽源的無(wú)擾切換。這次改造大大增加了給水泵小汽輪機運行的安全性，在實(shí)際運行中不僅可以加快機組負荷跟蹤AGC調令減少AGC調節精度考核，還大大提高了給水系統運行的安全性，從而提高了整個(gè)機組運行的可靠性。

因此實(shí)事求是地根據不同機組給水泵小汽輪機的汽源配置方式，開(kāi)展汽源無(wú)擾切換的分析和改造，對機組的安全、穩定、經(jīng)濟運行意義重大。

作者簡(jiǎn)介：

劉為展（1983-），男，山東濰坊人，工學(xué)學(xué)士，現就職于淮河能源淮南潘集發(fā)電有限責任公司，主要從事火力發(fā)電廠(chǎng)汽輪機運行方面的研究。

參考文獻：

[1] 淮河能源淮南潘集發(fā)電公司. 660MW集控運行規程[S].

[2] 章德龍. 單元機組集控運行[M]. 北京: 中國電力出版社, 1991.

[3] 東方電氣集團東方汽輪機有限公司. 小汽輪機運行說(shuō)明書(shū)[S].

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年4月刊