楊旭昊

(華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江 牡丹江　157015)

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國(guó)產(chǎn)300 MW機(jī)組優(yōu)化啟動(dòng)

楊旭昊

(華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江 牡丹江157015)

摘要：由于黑龍江東部網(wǎng)負(fù)荷峰谷差大，華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠300MW機(jī)組被頻繁安排啟、停。為使機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)啟動(dòng)，節(jié)約企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合地區(qū)季節(jié)特點(diǎn)和生產(chǎn)設(shè)備具體情況，總結(jié)出一套節(jié)能優(yōu)化啟動(dòng)方案，即機(jī)組底部蒸汽加熱、全程微油、全程汽泵、單循環(huán)泵低速滑參數(shù)優(yōu)化啟動(dòng)方式，與優(yōu)化前相比，優(yōu)化后的啟動(dòng)過(guò)程安全性和經(jīng)濟(jì)性均得到顯著提高。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化啟動(dòng)；經(jīng)濟(jì)性；底部加熱；微油；汽泵

表1　主要設(shè)備參數(shù)

1機(jī)組概況

華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠(以下簡(jiǎn)稱牡二發(fā)電廠)位于黑龍江省東南部，是黑龍江東部電網(wǎng)的重要支點(diǎn)，同時(shí)也擔(dān)負(fù)著牡丹江市區(qū)約1 000萬(wàn)m2冬季采暖期的供熱任務(wù)。按照國(guó)家和中國(guó)華電集團(tuán)公司節(jié)能減排計(jì)劃，牡二發(fā)電廠“上大壓小”工程的2臺(tái)300 MW機(jī)組分別于2010年10月和2011年1月并網(wǎng)發(fā)電。黑龍江東部電網(wǎng)作為東北地區(qū)最“窩電”的區(qū)域電網(wǎng)之一，負(fù)荷峰谷差極大，重要節(jié)假日期間更為突出，牡二發(fā)電廠的2臺(tái)300 MW機(jī)組被頻繁安排啟、停。因此，做好機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作尤為重要。

2機(jī)組優(yōu)化啟動(dòng)主要設(shè)備參數(shù)

機(jī)組優(yōu)化啟動(dòng)主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1，油槍參數(shù)見(jiàn)表2。

3機(jī)組優(yōu)化啟動(dòng)重點(diǎn)環(huán)節(jié)

牡二發(fā)電廠2臺(tái)300 MW機(jī)組4年啟動(dòng)40余次，結(jié)合地區(qū)季節(jié)特點(diǎn)和生產(chǎn)設(shè)備的具體情況，不斷總結(jié)啟動(dòng)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和不足，優(yōu)化啟動(dòng)過(guò)程。

表2　油槍參數(shù)

3.1滑參數(shù)啟動(dòng)

滑參數(shù)啟動(dòng)是鍋爐、汽輪機(jī)聯(lián)合啟動(dòng)方式，是鍋爐升壓過(guò)程與汽輪機(jī)暖管、暖機(jī)、沖轉(zhuǎn)、升速、并網(wǎng)帶負(fù)荷平行進(jìn)行的啟動(dòng)方式。啟動(dòng)過(guò)程中，隨著鍋爐參數(shù)的逐漸升高，汽輪機(jī)負(fù)荷也隨之增加，待鍋爐出口蒸汽參數(shù)達(dá)到額定值時(shí)，汽輪機(jī)也達(dá)到額定負(fù)荷，鍋爐、汽輪機(jī)完成啟動(dòng)過(guò)程。

滑參數(shù)啟動(dòng)具有2方面優(yōu)點(diǎn)：(1)增加了機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程的安全性，滑參數(shù)啟動(dòng)過(guò)程中，鍋爐、汽輪機(jī)等承壓部件在較低蒸汽參數(shù)下加熱，熱膨脹與熱應(yīng)力較小，使汽輪機(jī)動(dòng)、靜部分脹差減小，鍋爐汽包上、下壁溫控制在規(guī)定范圍內(nèi)。(2)縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，由于在鍋爐升壓過(guò)程中，暖管、汽輪機(jī)暖機(jī)、啟動(dòng)等過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，極大地縮短了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，增加了運(yùn)行調(diào)度的靈活性，使機(jī)組及早并網(wǎng)發(fā)電。

滑參數(shù)啟動(dòng)也存在缺點(diǎn)，如鍋爐需要長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，容易造成燃燒不穩(wěn)定，燃燒調(diào)整難度大，啟、停操作復(fù)雜等，但這些缺點(diǎn)可以通過(guò)提高運(yùn)行人員的專業(yè)技術(shù)水平和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決。

3.2鍋爐汽包底部加熱

牡二發(fā)電廠地處我國(guó)高寒地區(qū)，為了應(yīng)對(duì)冬季機(jī)組啟動(dòng)初期汽包溫升慢的問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)就考慮并安裝了鍋爐汽包底部加熱裝置。鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)投入底部加熱，不僅容易建立穩(wěn)定的水循環(huán)，使鍋爐各部件均勻受熱，同時(shí)可以使鍋爐具備一定的溫度，對(duì)鍋爐的點(diǎn)火和燃燒非常有利，點(diǎn)火前在鍋爐汽包底部加熱鍋爐爐水以提高汽包溫度，可以節(jié)省投油(微油)時(shí)間約4 h，節(jié)約燃油2 t。底部蒸汽加熱的提前投入使鍋爐整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程的安全性和經(jīng)濟(jì)性明顯提高。

鍋爐汽包底部加熱使用的汽源是廠用蒸汽(或汽輪機(jī)中壓輔助汽源)，與鍋爐汽包爐水進(jìn)行混合式加熱，加熱過(guò)程應(yīng)注意以下問(wèn)題：

(1)加熱升壓過(guò)程應(yīng)緩慢進(jìn)行，控制爐水升溫率≤1 ℃/min,控制汽包壁溫差不超過(guò)50 ℃。

(2)加熱期間當(dāng)汽包水位超過(guò)100 mm時(shí)，可采用定排放水保持水位平衡。

(3)加熱過(guò)程中注意鍋爐各部位膨脹是否均勻。

(4)加熱汽源壓力保持在0.8 MPa以上。

(5)當(dāng)汽包下壁溫度加熱到100 ℃以上時(shí)，退出底部加熱，進(jìn)行爐水化驗(yàn)，合格后方可進(jìn)行鍋爐點(diǎn)火。

3.3全程微油

HG-1025/17.45-YM28型鍋爐優(yōu)化前的啟動(dòng)流程是在點(diǎn)火初期投入4只OA層鍋爐大油槍，待鍋爐熱風(fēng)溫度滿足制粉系統(tǒng)投入條件時(shí)，投入A制粉系統(tǒng)，同時(shí)投入4只微油油槍，燃燒模式改為微油模式，停2只OA層鍋爐大油槍，鍋爐滑參數(shù)啟動(dòng)至負(fù)荷180 MW以上且鍋爐燃燒穩(wěn)定時(shí)停全部油槍，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程燃用25 t燃油。優(yōu)化后，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程用4只微油油槍(主油槍+輔助油槍)穩(wěn)燃，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程僅用5 t燃油，節(jié)約20 t燃油，節(jié)油率達(dá)到80%。為保證啟動(dòng)全程微油，根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況，重點(diǎn)開(kāi)展了如下工作。

3.3.1安裝A制粉系統(tǒng)暖風(fēng)器

為解決點(diǎn)火初期磨煤機(jī)熱風(fēng)溫度低的難題，在A磨煤機(jī)熱風(fēng)入口安裝暖風(fēng)器，可以在點(diǎn)火初期迅速將制粉熱風(fēng)溫度提高至160～180 ℃，保證鍋爐在點(diǎn)火初期(微油模式)就可以投入A制粉系統(tǒng)運(yùn)行。點(diǎn)火初期投入A制粉系統(tǒng)一方面可以保證微油油槍的投入，在點(diǎn)火初期起到助燃的作用，另一方面可以增加進(jìn)入爐膛的熱負(fù)荷，提高鍋爐升溫、升壓速度。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.3.2使用啟動(dòng)專用煤

為保證鍋爐啟動(dòng)過(guò)程全程微油穩(wěn)燃，牡二發(fā)電廠單獨(dú)采購(gòu)高熱值、高揮發(fā)分、低灰分、可磨性系數(shù)低的優(yōu)質(zhì)煙煤作為啟動(dòng)專用煤，提高點(diǎn)火初期的煤粉燃盡率，隨機(jī)抽取3個(gè)批次的啟動(dòng)專用煤樣，其參數(shù)見(jiàn)表3。

3.3.3調(diào)整煤粉細(xì)度

為保證點(diǎn)火初期的燃燒穩(wěn)定性，每次鍋爐啟動(dòng)前，調(diào)整磨煤機(jī)出口分離器擋板角度，在煤粉經(jīng)濟(jì)細(xì)度基礎(chǔ)上稍略調(diào)整，提高鍋爐啟動(dòng)初期的燃燒效率。煤粉經(jīng)濟(jì)細(xì)度的經(jīng)驗(yàn)公式為

式中：?jiǎn)?dòng)專用煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分Vdaf=35.0%，則煤粉經(jīng)濟(jì)細(xì)度R90=21.5%，通過(guò)調(diào)整磨煤機(jī)出口分離器擋板角度，將煤粉細(xì)度R90調(diào)整到19%±1%。機(jī)組參數(shù)額定后，將鍋爐煤粉細(xì)度R90按照正常燃用煤質(zhì)調(diào)整到鍋爐煤粉經(jīng)濟(jì)細(xì)度。

3.4全程汽泵

優(yōu)化前的機(jī)組啟動(dòng)上水方式為鍋爐點(diǎn)火后約2 h，啟動(dòng)電動(dòng)給水泵向鍋爐汽包保持連續(xù)補(bǔ)水，由于電動(dòng)給水泵的額定出力僅為30%鍋爐額定負(fù)荷下的給水量，所以機(jī)組并列后負(fù)荷至80 MW時(shí)倒換為汽動(dòng)給水泵上水，電動(dòng)給水泵投入連鎖備用。優(yōu)化前上水方式有2方面不足：一方面是機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程從汽包連續(xù)上水到汽動(dòng)給水泵上水的時(shí)間約為8～10 h，而電動(dòng)給水泵耗電量是300 MW機(jī)組中所有輔機(jī)中最大的(3 500 kW)，使機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程的廠用電率較高；另一方面是電動(dòng)給水泵上水可靠性差，上水過(guò)程中沒(méi)有備用設(shè)備，汽泵從暖機(jī)到機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速需要40～60 min，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，必然會(huì)導(dǎo)致鍋爐汽包減水，鍋爐熄火，延遲機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電時(shí)間。

全程汽泵上水優(yōu)化后，鍋爐汽包靜態(tài)上水時(shí)，啟動(dòng)汽泵前置泵上水。汽泵前置泵揚(yáng)程為86 m，汽包標(biāo)高為60 m，汽泵的揚(yáng)程足以克服汽包的標(biāo)高將水上至汽包。鍋爐汽包壓力升至0.2 MPa以后，沖動(dòng)1臺(tái)汽泵向鍋爐上水，并在整個(gè)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中全程應(yīng)用汽泵向鍋爐汽包上水。全程汽泵啟動(dòng)過(guò)程中要注意2點(diǎn)：一是要注意保持輔汽壓力，一般保持中壓輔助壓力(0.65±0.05) MPa，保證汽泵汽源穩(wěn)定；二是由于機(jī)組啟動(dòng)初期給水流量較小，禁止汽包水位自動(dòng)調(diào)整，需手動(dòng)控制汽泵轉(zhuǎn)速，汽泵再循環(huán)保持開(kāi)位，避免流量過(guò)小造成汽泵損壞。

圖1　安裝暖風(fēng)器后的A制粉系統(tǒng)

啟動(dòng)煤批次收到基低位發(fā)熱量/(MJ·kg-1)收到基低位發(fā)熱量/(MJ·kg-1)空氣干燥基水分/%全水分/%灰分/%收到基揮發(fā)分/%分析基灰分/%09191P16820.49920.520.536.0035.4621.6435.0810191P16920.88720.910.587.9036.1122.4532.5111191P00221.82920.850.587.5034.0121.9530.23平均21.07221.090.567.1335.1922.0132.61收到基灰分/%分析基硫分/%干燥基硫分/%收到基硫分/%分析基固定碳/%收到基高位發(fā)熱量/(MJ·kg-1)干燥基灰分/%干燥基揮發(fā)分/%32.970.270.270.2641.6822.6334.8922.9029.940.280.280.2642.8723.5432.3224.2327.960.290.290.2745.7824.4430.0523.5930.290.280.280.2643.4423.5432.4223.57

3.5單循環(huán)泵低速啟動(dòng)

機(jī)組啟動(dòng)初期，真空度保持在60～80 kPa較為適合。若真空度過(guò)低，轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)時(shí)需要的蒸汽較多，排入低壓缸蒸汽量較多，使低壓缸壓力、溫度升高，容易造成低壓缸排氣門動(dòng)作，同時(shí)會(huì)對(duì)低壓缸和低壓轉(zhuǎn)子造成較大的熱沖擊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成低壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)；若真空度過(guò)高，不僅需要較長(zhǎng)時(shí)間建立真空度，且由于進(jìn)汽量少，使汽輪機(jī)金屬加熱緩慢，主汽系統(tǒng)和再熱系統(tǒng)的暖管加熱也較難控制，延長(zhǎng)了啟動(dòng)時(shí)間。

結(jié)合機(jī)組啟動(dòng)初期的暖管、沖轉(zhuǎn)及低負(fù)荷運(yùn)行各項(xiàng)需要，采用單循環(huán)泵低速運(yùn)行建立、維持較適合的真空度，直至機(jī)組并列負(fù)荷穩(wěn)定工況，時(shí)間約10 h。機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程單循環(huán)泵低速運(yùn)行的方式比雙循環(huán)泵高速運(yùn)行的方式節(jié)約廠用電量約2萬(wàn)kW·h。

4機(jī)組優(yōu)化啟動(dòng)效益分析

300MW機(jī)組的優(yōu)化啟動(dòng)主要有鍋爐汽包底部加熱、鍋爐啟動(dòng)全程微油、單循環(huán)泵低速啟動(dòng)、汽機(jī)全程汽泵4個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從節(jié)約能源的分類上看，分為節(jié)約啟動(dòng)鍋爐燃油和節(jié)約啟動(dòng)廠用電2方面。

4.1節(jié)油量分析

鍋爐汽包底部加熱節(jié)油約2 t，按照燃油成本10 000元/t計(jì)算，節(jié)約燃油成本約2萬(wàn)元，全程微油節(jié)約燃油成本約20萬(wàn)元。鍋爐底部加熱與鍋爐啟動(dòng)全程微油2個(gè)環(huán)節(jié)合計(jì)節(jié)約成本約22萬(wàn)元。

4.2節(jié)電量分析

(1)單循環(huán)泵低速啟動(dòng)8～10 h，節(jié)約廠用電量約2萬(wàn)kW·h，按照廠用電量單位燃料成本0.2元/(kW·h)計(jì)算，節(jié)約廠用電成本約4 000 元。

(2)全程汽泵節(jié)約電泵運(yùn)行8～10 h，節(jié)約廠用電量約2萬(wàn)kW·h，按照廠用電量單位燃料成本0.2 元/(kW·h)計(jì)算，節(jié)約廠用電成本約4 000 元。

從汽泵連續(xù)運(yùn)行到機(jī)組負(fù)荷90 MW(傳統(tǒng)方式電泵切汽泵工況)，汽泵耗用蒸汽量平均為6～8 t/h，蒸汽品質(zhì)壓力為0.4 MPa，溫度為250 ℃，汽泵進(jìn)汽比焓hj=2 964 kJ/kg，汽泵排汽比焓hp=2 550 kJ/kg，按8 h，共6 t蒸汽計(jì)算，汽泵耗用蒸汽熱量Q=8×6×1 000×(hj-hp)÷1 000=19.8×103(MJ)。

汽泵耗用蒸汽折合標(biāo)準(zhǔn)煤質(zhì)量為(19.8×103÷29.27)÷1 000=0.68 (t)，按照標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)500元/t計(jì)算，全程汽泵多耗用蒸汽費(fèi)用約為0.68×500=340 (元)，即每次機(jī)組啟動(dòng)全程汽泵方式節(jié)約成本約3 660 元。

單循環(huán)泵低速啟動(dòng)與全程汽泵2個(gè)環(huán)節(jié)合計(jì)節(jié)約成本0.76萬(wàn)元。

綜上所述，啟動(dòng)優(yōu)化后每次可以節(jié)約成本約23萬(wàn)元，按照全年300 MW機(jī)組啟動(dòng)10次計(jì)算，每年可以節(jié)約230萬(wàn)元。

5結(jié)束語(yǔ)

300 MW機(jī)組的啟動(dòng)優(yōu)化工作，重點(diǎn)在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)節(jié)油和節(jié)電方面的控制。根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐和對(duì)比分析，每年可以節(jié)約企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本約230萬(wàn)元，同時(shí)還減少了大量的煙塵和污染物的排放。企業(yè)在收到顯著社會(huì)效益的同時(shí)也收到了較好的環(huán)保和社會(huì)效益。

(本文責(zé)編：弋洋)

收稿日期:2015-12-22；修回日期:2016-01-31

中圖分類號(hào)：TK 227

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1951(2016)03-0041-03

作者簡(jiǎn)介：

楊旭昊(1978—)，男，黑龍江牡丹江人，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠熱能動(dòng)力、集控運(yùn)行方面工作(E-mail:yangxuhao2008@163.com)。