300 MW抽凝機(jī)組切缸改造運(yùn)行調(diào)試試驗(yàn)

顧偉飛

(1.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，浙江 杭州 310052;2.浙江省火力發(fā)電高效節(jié)能與污染物控制技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310052)

0 引言

在雙碳目標(biāo)的背景下，新能源發(fā)電方式得到了大力推廣，考慮到新能源間歇性強(qiáng)的缺點(diǎn)，作為占比最大的火力發(fā)電機(jī)組需要承擔(dān)更多的調(diào)峰任務(wù)[1]。但部分供熱機(jī)組在承擔(dān)發(fā)電任務(wù)的同時(shí)，還需要滿足當(dāng)?shù)毓I(yè)民生的供熱需求，以熱定電的發(fā)電方式限制了機(jī)組參與深度調(diào)峰的能力。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，早期修建的供熱機(jī)組其供熱能力已不能滿足實(shí)際需要，利用供汽改造方法成為許多電廠提升機(jī)組供熱能力的重要手段[2]?，F(xiàn)有熱電聯(lián)產(chǎn)改造方式很多，如中間抽汽、電鍋爐與抽汽聯(lián)合、電熱泵、吸收式熱泵以及切除低壓缸等技術(shù)[3]。文獻(xiàn)[3]對(duì)比了6種熱電聯(lián)產(chǎn)方式特點(diǎn)。其中，低壓缸切除方法因?yàn)槟芴峁┹^大的供熱能力一直受到電廠的廣泛關(guān)注[4]。文獻(xiàn)[5]基于實(shí)際案例指出低壓缸切除技術(shù)能有效提高機(jī)組的深度調(diào)峰能力和供熱能力。文獻(xiàn)[6]則對(duì)350 MW機(jī)組進(jìn)行了同樣的論證。文獻(xiàn)[7]對(duì)某600 MW雙低壓缸機(jī)組的不同切缸方式進(jìn)行可行性分析，結(jié)論指出分別在中壓缸和B低壓缸出口加裝進(jìn)汽蝶閥的方案最優(yōu)，且實(shí)際改造效果證明了方案的可行性。文獻(xiàn)[8]對(duì)切缸前后連通管和旁路蝶閥開(kāi)度進(jìn)行研究，用于指導(dǎo)管道和蝶閥的選型工作，并給出了兩閥的協(xié)同控制測(cè)量。低壓缸切除方法同樣會(huì)帶來(lái)一定的安全問(wèn)題。文獻(xiàn)[9]分析了低壓缸切缸改造對(duì)末級(jí)葉片安全性的影響，指出危險(xiǎn)因素主要包括末級(jí)葉片動(dòng)應(yīng)力超標(biāo)、鼓風(fēng)超溫、水蝕等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，也有許多研究中給出了詳細(xì)的應(yīng)對(duì)策略[10-11]。

由于低壓缸切除技術(shù)會(huì)對(duì)機(jī)組本體和附屬系統(tǒng)進(jìn)行較多的改造，在正式投運(yùn)前需要進(jìn)行大量的調(diào)試工作。文獻(xiàn)[12]分析了汽輪機(jī)在啟動(dòng)調(diào)試過(guò)程中存在的問(wèn)題，并基于發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題指導(dǎo)運(yùn)行參數(shù)調(diào)整和操作流程的完善。文獻(xiàn)[13]指出1 000 MW機(jī)組調(diào)試過(guò)程中的質(zhì)量控制及進(jìn)度控制中的關(guān)鍵問(wèn)題。文獻(xiàn)[14]對(duì)機(jī)組啟動(dòng)調(diào)試過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題、參數(shù)及控制策略進(jìn)行分析、優(yōu)化以及排查，并采取防范措施，有效縮短了暖機(jī)時(shí)間。

本文針對(duì)某300 MW機(jī)組低壓缸切除改造后的調(diào)試方法進(jìn)行分析，詳細(xì)論述了調(diào)試過(guò)程的內(nèi)容及方法，通過(guò)實(shí)際調(diào)試結(jié)果，進(jìn)一步給出了機(jī)組在投入切缸運(yùn)行后需要注意的問(wèn)題，可為同類(lèi)改造的機(jī)組提供參考價(jià)值。

1 切缸改造

1.1 機(jī)組概況

濱海熱電2號(hào)機(jī)組為300 MW亞臨界抽汽冷凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，具體參數(shù)如表1所示。機(jī)組對(duì)外供熱汽源從汽機(jī)四級(jí)抽汽上引出。

表1 汽輪機(jī)主要技術(shù)規(guī)范

1.2 改造需求

目前，電廠所在區(qū)域內(nèi)近期用戶熱負(fù)荷達(dá)到了4 550 t/h，考慮同時(shí)供熱余量系數(shù)和熱網(wǎng)損失折算，電廠一期300 MW抽凝機(jī)組、二期50 MW抽汽背壓機(jī)組已經(jīng)不能滿足未來(lái)熱用戶增長(zhǎng)的需求和供熱負(fù)荷上下波動(dòng)變化范圍。因此，本次供熱機(jī)組靈活性研究和切缸改造顯得非常有優(yōu)勢(shì)，十分有必要。

1.3 改造內(nèi)容

改造是在大抽汽量需求的前提下，通過(guò)切除低壓缸保證機(jī)組供汽能力，本機(jī)組改造范圍如下：

(1)汽輪機(jī)本體改造方面，主要包括低壓轉(zhuǎn)子改造、中低壓連通管和蝶閥更換、控制系統(tǒng)優(yōu)化等。

(2)機(jī)組熱力系統(tǒng)方面，低壓缸切除后無(wú)法給5/6號(hào)低加提供穩(wěn)定可靠的汽源，導(dǎo)致低加回?zé)嵯到y(tǒng)凝結(jié)水溫度比較低，降低了回?zé)岷统跣?。為保證回?zé)岷统跣Ч迷蛪汗嵴羝鳛?/6號(hào)低加的汽源加熱凝結(jié)水。

(3)采用煙氣余熱利用技術(shù)，在尾部煙道增設(shè)煙氣換熱器和蒸汽加熱器以回收熱量加熱凝結(jié)水。同時(shí)，在脫硫吸收塔和濕式電除塵之間煙道上新設(shè)煙氣冷凝器，回收煙氣冷凝潛熱加熱除鹽水。

(4)循環(huán)水系統(tǒng)小泵改造，滿足低壓缸切除、排汽量大幅降低后循環(huán)水泵節(jié)能改造的要求。

2 調(diào)試內(nèi)容及方法

2.1 調(diào)試目的

2021年5月完成2號(hào)汽輪機(jī)組切缸改造后，為了驗(yàn)證切缸改造效果和改造后的運(yùn)行安全性，優(yōu)化機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)行方式和操作工藝，通過(guò)實(shí)施調(diào)試試驗(yàn)確認(rèn)機(jī)組改造后各系統(tǒng)投運(yùn)準(zhǔn)確、切缸過(guò)程動(dòng)作可靠。

2.2 調(diào)試條件

汽輪機(jī)側(cè)低壓缸切除相關(guān)輔機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)通過(guò)試運(yùn)驗(yàn)收，相關(guān)信號(hào)確認(rèn)正常，聯(lián)調(diào)完成，保護(hù)正常。涉及切缸改造的設(shè)備及系統(tǒng)著重檢驗(yàn)，主要有：

(1)凝輸泵、凝補(bǔ)泵及熱井補(bǔ)水系統(tǒng)

(2)凝泵及凝結(jié)水系統(tǒng)

(3)循環(huán)水系統(tǒng)

(4)抽汽加熱、除氧、疏水系統(tǒng)

(5)蒸汽管道及汽機(jī)本體疏水系統(tǒng)

(6)低壓缸冷卻系統(tǒng)

(7)供熱系統(tǒng)

(8)尾部煙道凝結(jié)水回?zé)岷脱a(bǔ)水回?zé)嵯到y(tǒng)

(9)切缸控制和保護(hù)邏輯完善

2.3 調(diào)試內(nèi)容及過(guò)程

機(jī)組整套啟動(dòng)調(diào)試分汽輪發(fā)電機(jī)組沖轉(zhuǎn)升速至額定轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、機(jī)組帶部分負(fù)荷試驗(yàn)、機(jī)組帶滿負(fù)荷及抽凝供熱運(yùn)行及機(jī)組切缸運(yùn)行五個(gè)階段進(jìn)行。此處僅描述切缸流程，具體過(guò)程如下：

6月17日10:00完成切缸前準(zhǔn)備工作，#7、#8低加水側(cè)走旁路，#5、#6低加加熱蒸汽由低壓供熱提供。10:20，負(fù)荷195 MW，煤量110 t/h，中低壓聯(lián)通管蝶閥(LV閥)開(kāi)度20%。抽汽供熱閥EV1/EV2全開(kāi)，2號(hào)機(jī)對(duì)外供熱量350 t/h。10:57，撤出2號(hào)機(jī)/爐自動(dòng)，投入切缸，LV閥開(kāi)度關(guān)至0%。2號(hào)機(jī)電負(fù)荷由195 MW降至150 MW，2號(hào)機(jī)供熱流量500 t/h。低壓缸噴水1路投入，低壓缸末級(jí)蒸汽溫度最高點(diǎn)72 ℃，TSI畫(huà)面軸振、瓦振等參數(shù)平穩(wěn)。14：20，對(duì)2號(hào)機(jī)組熱電負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，增加供熱流量，負(fù)荷180 MW，煤量128 t/h，主蒸汽流量982 t/h，2號(hào)機(jī)低壓供熱590 t/h。

2.4 調(diào)試過(guò)程主要建議

2號(hào)機(jī)組進(jìn)行整組啟動(dòng)后，在調(diào)試試驗(yàn)研究期間共進(jìn)行兩次切缸試驗(yàn)，總體情況良好，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。由于切缸過(guò)程涉及設(shè)備眾多、系統(tǒng)復(fù)雜，需要合理安排操作次序和步驟，以便于切缸過(guò)程的順利平穩(wěn)進(jìn)行，關(guān)鍵點(diǎn)建議如下：

(1)加熱器切換：鍋爐尾部煙道煙氣換熱器、凝結(jié)水加熱器等設(shè)備正常投運(yùn)；完成7/8號(hào)低加水側(cè)切除，5/6號(hào)低加汽源切換工作。切換過(guò)程暖管疏水充分，防止兩路汽源倒汽。

(2)低壓缸冷卻蒸汽系統(tǒng)投入：確認(rèn)機(jī)組背壓滿足切缸運(yùn)行要求，將連通管蝶閥LV關(guān)小至抽凝工況最小流量開(kāi)度20%；低壓缸噴水系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)等設(shè)備工作正常，各閥組開(kāi)關(guān)正常無(wú)卡澀；切缸前各參數(shù)符合要求。

(3)切缸過(guò)程負(fù)荷會(huì)發(fā)生變動(dòng)，為防止機(jī)組負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)，需將協(xié)調(diào)控制方式在手動(dòng)。機(jī)組負(fù)荷維持約200 MW，供熱量維持約300 t/h，機(jī)組處于抽凝工況。切缸后目標(biāo)負(fù)荷160 MW，供熱量約500 t/h。

(4)切缸操作完成后，全面檢查設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行情況，監(jiān)視主機(jī)軸向位移、低壓缸差脹、推力瓦溫、振動(dòng)等參數(shù)。

(5)適當(dāng)降低分汽箱壓力，保證切缸后機(jī)組供熱增加，同時(shí)避免切缸后排汽壓力高對(duì)中排溫度的影響。注意中壓排汽壓力應(yīng)滿足“中壓排汽壓力運(yùn)行曲線”要求，中排溫度1不超過(guò)353 ℃；中排溫度2不超過(guò)370 ℃。

(6)因切缸后供熱量增加，需注意熱井水位變化，凝結(jié)水補(bǔ)水正常，機(jī)組溶氧滿足要求。加強(qiáng)對(duì)熱井/除氧器/加熱器水位/供熱抽汽流量等相關(guān)參數(shù)的監(jiān)視。

若參數(shù)發(fā)生異常變化，停止操作，恢復(fù)原工況，并進(jìn)行分析處理。

3 調(diào)試試驗(yàn)結(jié)果及問(wèn)題分析

根據(jù)調(diào)試期間的切缸試驗(yàn)，進(jìn)行了汽輪機(jī)切缸設(shè)計(jì)工況運(yùn)行供熱能力和主機(jī)安全性評(píng)估。

3.1 機(jī)組切缸設(shè)計(jì)工況運(yùn)行供熱能力

以6月17日切缸運(yùn)行為例，2號(hào)機(jī)組切缸前機(jī)組負(fù)荷195 MW，2號(hào)機(jī)對(duì)外供熱量350 t/h。切缸后機(jī)組負(fù)荷降至150 MW，LV閥關(guān)至0%，2號(hào)機(jī)供熱流量500 t/h。參數(shù)經(jīng)過(guò)調(diào)整，2號(hào)機(jī)組煤量提升至128 t/h，負(fù)荷178 MW，主蒸汽流量982 t/h，2號(hào)機(jī)低壓供熱量590 t/h，達(dá)到機(jī)組設(shè)計(jì)工況供熱要求。詳見(jiàn)表2。

表2 機(jī)組切缸設(shè)計(jì)工況運(yùn)行

3.2 機(jī)組切缸設(shè)計(jì)工況運(yùn)行主機(jī)安全性

在2號(hào)機(jī)組負(fù)荷178 MW，主蒸汽流量982 t/h，低壓供熱590 t/h情況下，主機(jī)軸向位移從0.25 mm升高至0.37 mm，正向推力軸承溫度從53.3 ℃升高至58.1 ℃。主機(jī)軸向位移、低壓差脹、推力瓦溫均在正常范圍內(nèi)。3號(hào)軸振從84.7/74.2 um至82.6/93.5 um，有所升高。主機(jī)監(jiān)視參數(shù)詳見(jiàn)表3。

表3 機(jī)組切缸設(shè)計(jì)工況運(yùn)行主機(jī)監(jiān)測(cè)參數(shù)

2號(hào)機(jī)組中排壓力為0.81 MPa，低于中排壓力高報(bào)警值1.1 MPa，中壓缸排汽溫度345 ℃，略低于中壓缸排汽溫度353 ℃，如工況變化需注意溫度超限。低壓缸噴水1路投入，低壓缸末級(jí)蒸汽溫度最高點(diǎn)72 ℃，未超過(guò)報(bào)警值90 ℃。

3.3 調(diào)試主要問(wèn)題及后續(xù)處理

(1)汽輪機(jī)低壓缸軸承振動(dòng)緩慢爬升，3號(hào)軸振從82.6/93.5 um升高至89.3/103.5 um，4號(hào)軸振從20.4/54.3 um升高至98.4/183.2 um，分析原因?yàn)樾碌蛪恨D(zhuǎn)子熱應(yīng)力釋放所致，通過(guò)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡解決。

(2)凝汽器真空嚴(yán)密性差，真空嚴(yán)密性試驗(yàn)值為0.43 kPa/min，通過(guò)真空查漏，發(fā)現(xiàn)低壓缸新增后缸噴水接口、加裝#5、#6低加疏水管路和閥門(mén)泄漏，經(jīng)處理后真空嚴(yán)密性試驗(yàn)合格。

(3)機(jī)組補(bǔ)水量增大后，凝結(jié)水溶氧超標(biāo)。凝汽器真空查漏后溶氧有所好轉(zhuǎn)，需投用熱井鼓泡除氧、凝結(jié)水過(guò)冷段調(diào)整等手段作深度分析處理。

4 結(jié)論及展望

根據(jù)2號(hào)機(jī)組整組啟動(dòng)及切缸試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果，有以下結(jié)論：

(1) 2號(hào)機(jī)組完成切缸技術(shù)改造后，整組啟動(dòng)過(guò)程完整，試驗(yàn)結(jié)果正常，能夠滿足機(jī)組正常啟動(dòng)、機(jī)組帶滿負(fù)荷及供熱運(yùn)行。

(2)2號(hào)機(jī)組在負(fù)荷180 MW左右，主蒸汽流量982 t/h，機(jī)組低壓供熱量590 t/h，達(dá)到設(shè)計(jì)工況供熱要求；主機(jī)軸向位移、振動(dòng)等主要監(jiān)測(cè)參數(shù)正常，滿足安全運(yùn)行要求。

通過(guò)2號(hào)機(jī)組在整組啟動(dòng)和切缸試驗(yàn)的實(shí)踐，完善機(jī)組供熱運(yùn)行要求，有以下建議：

(1)合理安排操作次序和步驟，投運(yùn)低壓缸末級(jí)葉片振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，保障切缸過(guò)程安全。

(2)深入開(kāi)展供熱靈活性試驗(yàn)，探索切缸運(yùn)行深度調(diào)峰運(yùn)行，適應(yīng)工業(yè)園區(qū)供熱負(fù)荷需求。

(3)低壓缸切除后排汽量大幅下降，建議進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化，降低機(jī)組常用電率；同時(shí)調(diào)整凝結(jié)水過(guò)冷段，降低切缸后溶氧高的問(wèn)題。