關(guān)于對水泥窯5.4MW余熱發(fā)電機組閃蒸補汽系統(tǒng)的技術(shù)改造

于金龍 張磊

摘要：文中筆者詳細介紹了冀東水泥某公司回轉(zhuǎn)窯配套5.4MW余熱發(fā)電機組的閃蒸補汽系統(tǒng)，從開始的問題重重無法使用，一直到最終穩(wěn)定可靠的投入使用期間的技術(shù)改造歷程。對于其它同類型的余熱發(fā)電機組應具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：余熱發(fā)電；中間補汽；閃蒸；汽輪機；雙控電磁閥

0引言

近些年，余熱發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為水泥廠回轉(zhuǎn)窯熟料生產(chǎn)線的必不可少的配套系統(tǒng)，它既減少了熟料生產(chǎn)線的熱量損失及粉塵排放，同時也為水泥廠帶來了可觀的經(jīng)濟效益。目前水泥廠配套的余熱發(fā)電系統(tǒng)形式多種多樣，但還是以90年代由日本川崎公司引進的以窯頭AQC立式鍋爐，窯尾PH臥式鍋爐，配套帶一級閃蒸系統(tǒng)的純余熱低壓汽輪發(fā)電機組的系統(tǒng)形式最為常見。

閃蒸補汽系統(tǒng)就是將窯頭AQC鍋爐省煤器出口的高溫水引出，進入閃蒸器擴容閃蒸，形成具備一定參數(shù)的飽和蒸汽，引入汽輪機汽缸中部做功發(fā)電的系統(tǒng)。該系統(tǒng)在一定程度上緩解了水泥廠余熱熱源品位較低，難以較好利用的問題，進一步降低了鍋爐的排煙溫度，提高了循環(huán)熱效率，增加了機組的發(fā)電量。但由于好多生產(chǎn)現(xiàn)場的技術(shù)人員對該系統(tǒng)接觸較少，擔心較多，又加上設(shè)備問題、設(shè)計不合理等等因素，據(jù)筆者了解目前國內(nèi)該套系統(tǒng)真正投入使用的余熱機組寥寥無幾。

下面筆者就將親身參與的冀東水泥某公司5.4MW余熱發(fā)電機組閃蒸補汽系統(tǒng)的技術(shù)改造的全過程呈現(xiàn)給大家，希望能起到拋磚引玉的作用。

1系統(tǒng)簡介

這套機組的汽輪機是型號為：N5.4-1.15/0.127/340/106的雙壓凝汽式汽輪機，一次進汽壓力為：1.10Mpa.a，溫度為：340℃。閃蒸補汽壓力為：0.13Mpa.a，溫度為：106℃。閃蒸補汽引入汽缸4級后的補汽口。該補汽系統(tǒng)在改造前的系統(tǒng)布置見圖1。

該系統(tǒng)的原設(shè)計理念是通過一臺液壓速斷閥控制閃蒸補汽的投、停，同時該閥參與汽輪機的保護聯(lián)動，當汽輪機主氣門關(guān)閉時能聯(lián)動關(guān)閉該閥，快速切斷閃蒸補汽；一臺手動截止閥用于系統(tǒng)的隔絕，同時也作為并汽時的手動調(diào)節(jié)閥使用；三路疏水用于并汽前排除管道內(nèi)積水，以防蒸汽帶水，造成汽輪機的水沖擊，疏水經(jīng)疏水膨脹箱擴容后回收至凝汽器；該系統(tǒng)在理論上看來似乎沒什么問題，但沒想到在接下來的使用過程中卻問題重重。

2問題分析及解決

2.1發(fā)生的問題

該補汽系統(tǒng)在調(diào)試期間發(fā)生了一系列問題，致使調(diào)試技術(shù)人員一籌莫展。具體如下：

2.1.1并汽前開疏水會發(fā)生撞管現(xiàn)象。

2.1.2補汽速斷閥在開、關(guān)時汽輪機自動主汽門會伴隨小幅的開度波動。

2.1.3補汽速斷閥單獨關(guān)閉時動作迅速有力，但是與汽輪機自動主汽門聯(lián)動時卻感覺動作較慢而且無力。

2.1.4控制速斷閥油路的電磁閥的線圈在系統(tǒng)停用期間連續(xù)燒毀兩次。

上面發(fā)生的種種問題一時間確實讓人感到撲朔迷離，這套閃蒸補汽系統(tǒng)也就只好暫時閑置不用了。當時筆者正好是該余熱發(fā)電項目的一名技術(shù)人員，本著一種技術(shù)人員所共有的喜歡鉆研難題的心理，開始了對這套系統(tǒng)的深入研究。

2.2撞管原因分析

我們通過對（圖一）的仔細觀察不難發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的3道疏水均接到了疏水膨脹箱，然后進入凝汽器回收。這就與我們在汽輪機主汽管道上的疏水設(shè)計理念發(fā)生了出入。汽輪機主氣管道上只有自動主氣門后的導管疏水才和汽缸本體疏水一道回收至凝汽器，而主汽閥前的管道疏水則由單獨的疏水擴容器回收。這樣就使主汽管道疏水系統(tǒng)以自動主氣門為界分為兩部分，避免了系統(tǒng)的干擾，同時也使一起回收的各道疏水參數(shù)更為接近，避免了撞管?；仡^再看這套閃蒸補汽管道的疏水系統(tǒng)，問題就顯而易見了，在補汽暖管過程中，汽輪機已經(jīng)是熱態(tài)了，疏水膨脹箱也有一定的溫度，而第一道疏水管排出的卻是具一定壓力的冷水，與第三道疏水（與氣缸內(nèi)參數(shù)接近）有較大的參數(shù)差異，第二道疏水是靜壓的冷水，水量很少，應無沖擊能力。這就應該是該系統(tǒng)暖管開疏水時發(fā)生撞管的原因了。同時我們還發(fā)現(xiàn)如果按（圖一）3道疏水同時開啟，而疏水總門關(guān)閉，汽輪機極有可能發(fā)生水沖擊。所以這套疏水系統(tǒng)設(shè)計是存在問題的。

2.3解決撞管問題的改造方案

根據(jù)以上分析我們將疏水系統(tǒng)做如下改造，我們以補汽管道手動截止閥作為分界線，將（圖一）第二、三道疏共同引入疏水膨脹箱，回收至凝汽器；將第一道疏水引到廠房外全廠疏水擴容器。并汽時先開速斷閥，然后用手動閥并汽，撞管的問題應可解決。具體見圖2。

2.4對補汽閥開、關(guān)引起自動主氣門開度變化的原因分析

我們通過對補汽速斷閥的油路研究后發(fā)現(xiàn)補汽閥的壓力油從自動主汽門安全油管路引出，而補汽閥在開、關(guān)時是通過電磁閥對壓力油進行換向，開閥時壓力油接入活塞下腔，回油與活塞上腔接通，關(guān)閥時相反；這就造成了壓力油管道油壓的波動，影響了安全油的油壓，從而使自動主汽門發(fā)生開度波動。具體見圖3。

2.5對補汽閥開關(guān)干擾自動主氣門問題的解決方案

根據(jù)上文的分析，我們要解決補氣閥操作時造成自動主氣門開度變化的問題，有兩種可行的辦法，下面我們逐一分析。

一是在補氣閥壓力油管道上增加節(jié)流孔板，以消除補氣閥壓力油管道油壓波動對于安全油油壓的影響。但是，安全油在由主油泵出口母管引出時已經(jīng)安裝了φ5節(jié)流孔板，所以我們?nèi)绻谙乱患壒苈吩侔惭b節(jié)流孔板，那么孔徑就要比φ5更小，所以沒有什么可操作性，此方法排除。

二是將補氣閥的壓力油改為由主油泵出口母管引出，這樣就消除了對自動主氣門的干擾，但是也有一個問題，就是補氣閥壓力油由自動主氣門的安全油管路引出其目的是如果機組打閘自動主汽門關(guān)閉，補氣閥也可以聯(lián)動動關(guān)閉，可是油管改動后這個聯(lián)動功能就沒有了。但我們可以用其他方法來實現(xiàn)這個聯(lián)動功能，因為補氣閥是由電磁閥通過電信號控制開、關(guān)的，那么我們可以通過后臺電腦采集自動主氣門的關(guān)閉信息（實際上我們的后臺電腦已經(jīng)通過行程開關(guān)采集了自動主氣門開、關(guān)的狀態(tài)信息），利用這個信息，我們可以通過中控程序來控制補氣閥聯(lián)動關(guān)閉。

至此，我們就在解決了補氣閥干擾自動主汽門的問題。

2.6對補汽閥聯(lián)動關(guān)閉緩慢無力問題的分析

前面我們已經(jīng)將補氣閥的油路進行了改造，該問題是出現(xiàn)在油路改造之前，但是我們還是要進行一下分析，以解除大家心中的疑惑，在油路改造之前（見圖三），補汽閥的壓力油是由自動主氣門的安全油管路引出，這就實現(xiàn)了當安全油壓降低自動主汽門關(guān)閉，同時補氣閥壓力油油壓也降低，補汽也同時關(guān)閉的功能。但是補氣閥正常關(guān)閉是由電磁閥對油路進行控制，將壓力油接入活塞上腔，活塞下腔與回油管路接通，從而通過彈簧力與壓力油共同實現(xiàn)補氣閥關(guān)閉，這里就出現(xiàn)了問題，補氣閥的正常關(guān)閉是由彈簧力與壓力油共同作用，但是聯(lián)動關(guān)閉時壓力油已經(jīng)由自動主氣門泄放降壓，所以其輔助關(guān)閉補氣閥的功能就沒有了，補汽閥的關(guān)閉只是通過彈簧力的作用來實現(xiàn)，由于電磁閥本身也沒有動作換向，將活塞下腔與回油管路接通，這就形成了關(guān)閉的阻力，這就解釋了補氣閥聯(lián)動關(guān)閉時緩慢無力的原因。隨著前面補氣閥油路及聯(lián)動控制方式的改變，這個問題也就同時解決了。

2.7對電磁閥頻繁燒損問題的分析

提到電磁閥我們就要對該補氣閥所使用的電磁閥進行一下介紹，該電磁閥是一臺兩位四通的單線圈電磁閥，使用中的閥芯的兩位是靠線圈的通、斷電來實現(xiàn)的，通過對補汽閥的控制原理分析，我們得出，為了使補汽閥保持開和關(guān)兩種狀態(tài)，電磁閥就必須長期通電或斷電，而無法通過瞬間通電來實現(xiàn)。補汽系統(tǒng)停用期間需要補氣閥保持關(guān)閉狀態(tài)，經(jīng)測試關(guān)閥正好是由電磁閥通電來實現(xiàn)的。這也就解釋了系統(tǒng)停用期間電磁閥線圈頻繁燒毀的現(xiàn)象。

2.8對電磁閥頻繁燒毀問題的解決方案。

若想解決電磁閥頻繁燒毀問題就必須不讓線圈長期帶電，但通過對補汽閥開關(guān)動作控制原理的分析，如果要用單線圈電磁閥實現(xiàn)線圈瞬間帶電控制補氣閥動作，就需要增加中間液壓機構(gòu)來實現(xiàn)油路通、斷狀態(tài)在電磁閥失電以后的保持。這個辦法雖可行但其改造的復雜性可造價顯然有些大。能否通過其他更好的辦法來解決這個問題呢。經(jīng)過分析我們發(fā)現(xiàn)，同樣的兩位四通電磁閥如果能實現(xiàn)線圈斷電后閥芯位置自保持，這個問題就能解決。但如果只是用單線圈控制的兩位四通電磁閥，即便閥芯在線圈得電位置實現(xiàn)了自保持，就沒有辦法讓閥芯回到線圈失電位置了。這讓我想到了以前的老機組中有一種帶復位功能的電磁閥，在電磁閥動作以后需在現(xiàn)場對閥芯進行復位操作使其返回原始位置，但那種電磁閥一般只是控制油路通斷，更復雜的控制在其他液壓機構(gòu)中實現(xiàn)，有沒有這種帶復位機構(gòu)的兩位四通換向閥呢？即便是有的話，如果關(guān)閥是由線圈瞬間帶電來實現(xiàn)，那么每次開閥還得到現(xiàn)場去操作，又太不方便。如果有一種雙線圈帶自保持的兩位四通電磁閥，能實現(xiàn)閥芯兩位分別由單獨的線圈控制，就既能使線圈不長期通電，又能實現(xiàn)閥位開關(guān)都可自動控制。經(jīng)過在網(wǎng)上的查詢和與相關(guān)廠家的咨詢我們找到了一種型號為：4WE10C31B/OFCW220RN9DL的雙線圈帶自保持的兩位四通電磁閥，其控制原理如圖4，至此我們就解決了所有問題。

3改造實現(xiàn)

疏水改造，油路改造、電磁閥更換都無需再詳細介紹，下面重點說一下相關(guān)電氣控制以及自動化方面的改造。

補汽閥原控制理念是由中控控制程序中的一個常開點開、閉向就地控制箱發(fā)令，再由就地控制箱繼電器的一個常開點開、閉來控制現(xiàn)場閥位開、關(guān)。就地控制箱同時具備就地控制功能，以及遠、近控切換功能?，F(xiàn)在將原來的單線圈電磁閥改為雙線圈電磁閥以后，原有的中控程序以及就地控制箱無疑都需要進行相應改造。中控程序的修改較為簡單，只需再增加一個常開點并且兩點都增加延時程序以實現(xiàn)兩個電磁閥線圈的瞬間帶電即可。就地控制箱也需再增加一套對電磁閥線圈的控制系統(tǒng)，下面展示一下改造前的控制箱原理圖（圖5）及改造后的控制箱原理圖（圖6），大家便一目了然。

最后還有一項我們在前文中講到的油路改造后的遺留下的補氣閥與自動主氣門聯(lián)動關(guān)閉的問題。其實很簡單，我的中控程序中已經(jīng)有采集自動主汽門開、閉狀態(tài)的點，只需再補氣閥關(guān)閉條件中增加自動主氣門關(guān)閉的點即可，如果擔心延遲造成可靠性下降，可再加入自動主汽閥打開狀態(tài)點的取反即可。

至此，改造全部結(jié)束，在經(jīng)過了開關(guān)試驗，聯(lián)鎖試驗合格以后，閃蒸補汽系統(tǒng)順利投入運行，機組在額定工況下可增加200kw的負荷，系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性都很好，至今幾年未出現(xiàn)任何問題。

4結(jié)語

本文通過對冀東水泥某公司5.4MW余熱發(fā)電機組閃蒸補汽系統(tǒng)技術(shù)改造的全過程介紹，以及改造后的運行實踐，證明閃蒸補汽系統(tǒng)在低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中是完全可以實現(xiàn)穩(wěn)定投入的，帶來的經(jīng)濟效益也相當可觀。只要系統(tǒng)聯(lián)鎖、保護設(shè)計合理，其可靠性也毫無問題。