670 MW超超臨界機(jī)組汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)耦合回?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化研究

孫銘志，房 偉，王春艷，徐東昌，張建波

（華能山東煙臺(tái)發(fā)電廠，山東 煙臺(tái) 264000）

0 引言

引風(fēng)機(jī)作為電廠的重要輔機(jī)，目前絕大多數(shù)為電力驅(qū)動(dòng)，隨著機(jī)組容量的增大，大容量引風(fēng)機(jī)電機(jī)帶來的啟動(dòng)電流過大，廠用電電壓等級(jí)提高等問題愈來愈嚴(yán)峻，文獻(xiàn)［1-4］對(duì)引風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了大量分析研究，柳桐對(duì)電站引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)可行性進(jìn)行了分析，對(duì)比了電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)、電機(jī)帶變頻器驅(qū)動(dòng)及汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性［5］，馬曉瓏等以某電廠超超臨界1 000 MW 機(jī)組的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)為基礎(chǔ)，計(jì)算了汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的能耗及投資，并與電驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了比較［6］，劉發(fā)燦等提出了引風(fēng)機(jī)采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的多種方案，并對(duì)背壓式汽輪機(jī)和凝汽式汽輪機(jī)兩種系統(tǒng)進(jìn)行了分析比較［7］，以上文獻(xiàn)大多是關(guān)于汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的理論分析，而結(jié)合工業(yè)蒸汽系統(tǒng)的實(shí)際工程應(yīng)用方面的文獻(xiàn)較少。

A 電廠作為國內(nèi)首創(chuàng)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)排汽至工業(yè)抽汽與主機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)熱力耦合的機(jī)組，其熱效率及經(jīng)濟(jì)性達(dá)到國內(nèi)較高水平。

1 機(jī)組概況

1.1 設(shè)備簡介

A 電廠2×670 MW 機(jī)組配置超超臨界、四缸四排汽、雙背壓、一次中間再熱抽汽凝汽式汽輪機(jī)，并首次在超超臨界機(jī)組實(shí)現(xiàn)大面積供熱。

汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)為靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，采用單系列100%容量設(shè)計(jì)方案，配備單缸、變轉(zhuǎn)速、背壓式汽輪機(jī)，部分參數(shù)如表1所示。

表1 背壓式汽輪機(jī)參數(shù)

1.2 引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)系統(tǒng)

引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)正常運(yùn)行的汽源為一級(jí)再熱器出口蒸汽，另設(shè)一路輔汽作為調(diào)試用汽以及暖管汽源。其排汽通往除氧器進(jìn)汽輔汽聯(lián)箱和工業(yè)蒸汽系統(tǒng)，系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)工業(yè)供汽系統(tǒng)

1.3 工業(yè)蒸汽系統(tǒng)介紹

工業(yè)蒸汽系統(tǒng)汽源共有兩路，一路來自引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽，另一路來自汽輪機(jī)第三級(jí)抽汽（備用），經(jīng)過減溫減壓裝置調(diào)整參數(shù)后通往各工業(yè)蒸汽用戶，如圖2所示。

A 電廠單機(jī)設(shè)計(jì)工業(yè)熱負(fù)荷供給量為80 t∕h，供汽參數(shù)為1.2 MPa∕326.6 ℃。廠外北線工業(yè)抽汽管網(wǎng)主要用于工業(yè)伴熱，參數(shù)要求較低，南線用戶主要為化工企業(yè)，蒸汽品質(zhì)要求較高。

為保證工業(yè)抽汽維持1.2 MPa 的供汽壓力，A 電廠采用引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽至工業(yè)抽汽與主機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)耦合的方式。通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)滿足各負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)出力需求的同時(shí)，控制引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽至除氧器進(jìn)汽輔汽聯(lián)箱的流量，保持工業(yè)抽汽壓力的恒定，實(shí)現(xiàn)工業(yè)熱負(fù)荷的穩(wěn)定供給。

2 運(yùn)行存在的主要問題

2.1 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉開度線性差

2019 年4 月4 日，2 號(hào)機(jī)負(fù)荷300 MW，為提高引風(fēng)機(jī)出力，將50%容量的電動(dòng)引風(fēng)機(jī)切換至100%容量的汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行。切換過程中汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉開度激增，爐膛負(fù)壓迅速降至-2 000 Pa，鍋爐MFT動(dòng)作（爐膛壓≤-2 000 Pa），機(jī)組跳機(jī)。

檢查熱工指令和反饋信號(hào)無異常后，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布置和各部件安裝情況進(jìn)行校核，發(fā)現(xiàn)伺服機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)高度偏低，且連桿與水平面不垂直，存在偏移現(xiàn)象。判斷是由角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝及布置問題引起汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉開度線性差。

切換風(fēng)機(jī)期間，運(yùn)行人員曾發(fā)現(xiàn)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)傳出異響，分析葉片受高溫膨脹因素影響，部分間隙偏小的部位可能發(fā)生碰磨、卡澀。

圖2 廠內(nèi)工業(yè)蒸汽系統(tǒng)

2.2 引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)出力不足

1 號(hào)機(jī)組500 MW 負(fù)荷工況下，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力3.43 MPa，排汽壓力1.11 MPa，進(jìn)汽流量37 t∕h，轉(zhuǎn)速4 100 r∕min，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉開度85.2%，轉(zhuǎn)速560 r∕min，爐膛負(fù)壓-112 Pa。此時(shí)引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)主汽門、調(diào)速汽門已達(dá)到全開狀態(tài)，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉接近最大流量開度，無法繼續(xù)提高汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

對(duì)比實(shí)際工況參數(shù)、主機(jī)廠及引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)廠提供的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行原因分析，相關(guān)數(shù)據(jù)如表2—表4所示（表中THA為熱耗率驗(yàn)收工況）。

將500 MW 負(fù)荷實(shí)際工況相關(guān)參數(shù)與75%THA工況設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比（75% THA 工況近似于500 MW負(fù)荷實(shí)際工況［8］），發(fā)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)實(shí)際入口壓力3.43 MPa 低于設(shè)計(jì)值3.71 MPa。對(duì)比機(jī)組性能考核試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)和各工況相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)值，發(fā)現(xiàn)在各工況下，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值，高壓缸排汽壓力、引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)入口壓力均低于設(shè)計(jì)值。在引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓低于額定值的情況下，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)進(jìn)汽量依然達(dá)不到設(shè)計(jì)值。對(duì)比一級(jí)再熱器出口壓力及引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)入口壓力的設(shè)計(jì)值，沿程壓損最高為0.09 MPa。實(shí)際工況下，僅引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)入口流量孔板即可造成0.2 MPa壓損。

表2 主機(jī)廠相關(guān)參數(shù) 單位：MPa

表3 引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)技術(shù)協(xié)議相關(guān)參數(shù)

表4 機(jī)組性能考核試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)

經(jīng)過上述分析，可以得出：

1）機(jī)組性能試驗(yàn)中高壓缸排汽壓力在各負(fù)荷工況下均低于設(shè)計(jì)值。作為具備高熱電比的670 MW 超超臨界汽輪機(jī)，可能在汽輪機(jī)本體制造過程中，過分強(qiáng)調(diào)出力，部分汽輪機(jī)通流面積偏大，由此導(dǎo)致設(shè)計(jì)熱平衡圖與實(shí)際缸體進(jìn)汽、排汽參數(shù)偏差大，由此導(dǎo)致對(duì)應(yīng)負(fù)荷點(diǎn)引風(fēng)機(jī)進(jìn)汽參數(shù)偏低。

2）設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)單位按照廠家提供的額定參數(shù)進(jìn)行選取管道，未充分考慮參數(shù)變化以及變工況特性，在部分運(yùn)行工況中，管道壓損偏大，進(jìn)汽量受限，一定程度上限值了引風(fēng)機(jī)出力。

3）引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)廠家在汽輪機(jī)排汽參數(shù)設(shè)計(jì)方面沒有充分考慮調(diào)節(jié)裕量。在引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓維持1.2 MPa 不變情況下，沒有預(yù)留背壓調(diào)節(jié)裕量，容易導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)出力不足。

2.3 工業(yè)蒸汽參數(shù)較低

實(shí)際工況下，為滿足汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)出力需要，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓始終維持在較低狀態(tài)，其排汽量和排汽壓力均無法達(dá)到工業(yè)蒸汽參數(shù)要求，各負(fù)荷工況下引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽壓力和排汽量如圖3所示。

由于引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)低，并且引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)選型偏小，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽參數(shù)無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽改造后，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽壓力進(jìn)一步降低，與工業(yè)蒸汽參數(shù)要求差距更大。

圖3 引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽參數(shù)趨勢

3 解決方案

3.1 優(yōu)化汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)線性

重新校對(duì)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉開度行程，調(diào)整執(zhí)行器水平位置及基礎(chǔ)高度，最后對(duì)執(zhí)行器基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，防止執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中發(fā)生偏移并保證連桿垂直于水平面。

檢查汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)部分靜葉葉頂間隙偏小、軸端不同心。通過放大靜葉葉頂間隙、調(diào)整軸端同心度，避免熱態(tài)情況下可能發(fā)生的碰磨或卡澀。

經(jīng)上述處理后，進(jìn)行汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉開度線性冷態(tài)及熱態(tài)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果良好且在熱態(tài)情況下就地?zé)o異響。在由電動(dòng)引風(fēng)機(jī)切換至汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)過程中，運(yùn)行人員操作更加平穩(wěn)安全。

3.2 降低引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓

由于引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)進(jìn)汽管道改造成本較高，工期較長；并且50%容量電動(dòng)引風(fēng)機(jī)很難與100%容量汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，最終采用降低引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓的方式來提高出力。

因工業(yè)蒸汽系統(tǒng)未投用，在試運(yùn)階段引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽僅通往除氧器進(jìn)汽輔汽聯(lián)箱，為降低引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓，逐漸關(guān)閉四抽至除氧器進(jìn)汽輔汽聯(lián)箱電動(dòng)門，直至除氧器進(jìn)汽輔汽聯(lián)箱壓力降至0.89 MPa，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)仍無法達(dá)到額定出力。

臨時(shí)在引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽排大氣電動(dòng)門加入中停功能，通過提高排大氣電動(dòng)門的開度來進(jìn)一步降低引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓，最終引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)成功達(dá)到額定出力，順利完成1號(hào)機(jī)168 h滿負(fù)荷試運(yùn)。

試運(yùn)后期，對(duì)2 號(hào)機(jī)引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽管道進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更：在引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽管道上增設(shè)一路管道接至比除氧器壓力低一級(jí)的回?zé)嵴羝到y(tǒng)，即五號(hào)低加殼側(cè)入口處，并通過調(diào)節(jié)閥控制流量。

2019年4月21日，該系統(tǒng)改造后首次投入使用。投運(yùn)后，2 號(hào)機(jī)組整體穩(wěn)定無異常，成功實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓的有效控制，達(dá)到提高引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)出力的目的，保證了機(jī)組的安全性。

由于該系統(tǒng)僅在高負(fù)荷段使用，并且引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽管道離5 號(hào)低壓加熱器較近，管線較短，壓力較低，對(duì)管道材質(zhì)的要求不高，是一種低成本、微影響、耗時(shí)短的解決方案。改造后會(huì)排擠部分五級(jí)抽汽，造成抽汽量減少，機(jī)組冷源損失增大，但在未投用工業(yè)抽汽的情況下，改造后的運(yùn)行方式相比常規(guī)電驅(qū)方案仍可降低標(biāo)煤耗0.4 g∕kWh，全年增收可達(dá)200萬元。

3.3 提高工業(yè)蒸汽參數(shù)

由于工業(yè)蒸汽系統(tǒng)尚未投用，后期改造建議取消流量孔板、進(jìn)汽管道閥門組等降低管道壓損的方式來提高引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)。也可引用三抽蒸汽接至引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽管道，利用射汽抽氣器維持引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓，同時(shí)提高工業(yè)抽汽的參數(shù)。

投用工業(yè)抽汽后，A電廠年供汽量約30萬t，年均全廠熱效率可達(dá)59.40%，年增收可達(dá)4 000萬元。

4 結(jié)語

通過對(duì)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和靜葉間隙的調(diào)整，解決了汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)開度突變的問題，提高了機(jī)組的穩(wěn)定性和安全性；在未投用工業(yè)蒸汽系統(tǒng)的情況下，通過對(duì)引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽管道的改造降低引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓，提高汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)出力，使機(jī)組順利達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)；改造后，增加了調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓的手段，提高了整體系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性；利用射汽抽氣器技術(shù)，可在提高工業(yè)蒸汽參數(shù)的同時(shí)保證引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)出力，工業(yè)蒸汽投用后，年增收可達(dá)4 000萬元。

建議主機(jī)廠家對(duì)670 MW 超超臨界機(jī)組高熱電比采暖抽汽的設(shè)計(jì)做進(jìn)一步的優(yōu)化；設(shè)計(jì)單位優(yōu)化單系列引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)排汽供工業(yè)抽汽方案，提高引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)背壓調(diào)節(jié)裕量，避免引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)出力不足；引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)廠家設(shè)計(jì)排汽至工業(yè)抽汽與其他熱力系統(tǒng)耦合的相關(guān)機(jī)型時(shí)，預(yù)留背壓調(diào)節(jié)裕量，以滿足工業(yè)蒸汽參數(shù)要求。