謝慶　肖承明

摘 要：針對650 MW機(jī)組啟動過程中存在第二臺給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)滯后、負(fù)荷滿足不了電網(wǎng)需求問題進(jìn)行了分析，通過優(yōu)化給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)，提前并入第二臺給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行，使機(jī)組啟動過程滿足電網(wǎng)負(fù)荷需求，同時降低了啟動過程中的能耗，機(jī)組啟動過程更加連貫順暢，運(yùn)行優(yōu)化得到持續(xù)改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：給水泵；小汽輪機(jī)；沖轉(zhuǎn)參數(shù)；優(yōu)化

中圖分類號：TM621? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）13-0066-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.13.017

0? ? 引言

某發(fā)電公司建設(shè)有兩臺650 MW超臨界發(fā)電機(jī)組，分別于2007年3月和7月投產(chǎn)。每臺機(jī)組配備兩臺50%容量的汽動給水泵和一臺35%容量的電動給水泵，機(jī)組正常運(yùn)行中兩臺汽泵運(yùn)行，電泵備用。

為了降低機(jī)組啟動過程的能耗，公司不斷開展機(jī)組啟動過程的優(yōu)化，先后實施鍋爐靜壓上水、汽泵前置泵冷態(tài)沖洗、汽泵上水鍋爐點(diǎn)火等節(jié)能措施，實現(xiàn)了機(jī)組啟停全程無電泵運(yùn)行。機(jī)組啟動過程中第一臺小機(jī)沖轉(zhuǎn)采用臨機(jī)供的輔助蒸汽，開機(jī)時輔汽用戶較多（一臺小機(jī)沖轉(zhuǎn)用汽，主、小機(jī)軸封用汽，除氧器加熱用汽，鍋爐空預(yù)器吹灰蒸汽，鍋爐等離子暖風(fēng)器加熱用汽等），導(dǎo)致開機(jī)時臨機(jī)輔助蒸汽用汽量太大，汽量不足，臨機(jī)小機(jī)調(diào)門開度接近全開，對臨機(jī)安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，已無法滿足本機(jī)第二臺小機(jī)沖轉(zhuǎn)用汽要求。往往是本機(jī)升負(fù)荷至200 MW以上時才能沖轉(zhuǎn)第二臺小機(jī)，無法滿足調(diào)度負(fù)荷曲線的要求。

1? ? 設(shè)備介紹

小汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的ND（Z）84/79/07型13.5 MW驅(qū)動給水泵用變轉(zhuǎn)速凝汽式汽輪機(jī)，是單缸、沖動、單流、純凝汽式汽輪機(jī)。在主機(jī)正常運(yùn)行時，本汽輪機(jī)是利用主機(jī)中壓缸的排汽（即第四段抽汽）作為工作汽源（下稱低壓蒸汽），低壓蒸汽額定壓力0.896 2 MPa，額定溫度362.5 ℃。為了適應(yīng)鍋爐啟動的需要，本汽輪機(jī)還允許在低壓主汽門前通入輔助蒸汽，由電站啟動鍋爐或老廠提供的低壓蒸汽0.31～0.90 MPa（a）/310～350 ℃作為啟動汽源，讓輔助蒸汽通過低壓配汽機(jī)構(gòu)來控制本汽輪機(jī)啟動。

小機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)條件：小機(jī)排汽壓力正常＜12 kPa；EH油壓力＞14 MPa；潤滑油壓力、油溫：0.981～0.147 MPa、35～45 ℃；小機(jī)油箱油位正常；安全油壓力＞0.6 MPa；汽源蒸汽壓力正常，蒸汽過熱度大于50 ℃；汽泵前置泵至少運(yùn)行15 min；低壓主汽門及調(diào)節(jié)汽閥全部處于關(guān)閉位置；無任何汽泵組跳閘、報警信號。

根據(jù)上海汽輪機(jī)廠小機(jī)使用說明書要求，在機(jī)組負(fù)荷200 MW以上采用本機(jī)四抽將第二臺小機(jī)升速至600 r/min，暖機(jī)20 min后繼續(xù)升速至1 800 r/min，中速暖機(jī)25 min，中速暖機(jī)結(jié)束后將第二臺小機(jī)升速至3 050 r/min，投入小機(jī)遙控，提升轉(zhuǎn)速并入第二臺小機(jī)運(yùn)行，停運(yùn)電泵，投電泵備用。從小汽輪機(jī)開始沖轉(zhuǎn)至投入帶負(fù)荷運(yùn)行正常需要1.5 h左右（圖1）。

2? ? 開機(jī)時調(diào)度負(fù)荷曲線現(xiàn)狀

以2020年10月13日電網(wǎng)下達(dá)負(fù)荷曲線計劃為例，機(jī)組并網(wǎng)后負(fù)荷上升較快，1 h左右負(fù)荷達(dá)到100 MW，2 h負(fù)荷達(dá)到200 MW，3 h負(fù)荷達(dá)到450 MW，4 h左右負(fù)荷帶滿（圖2）。

機(jī)組冷態(tài)啟動過程中，一臺汽泵運(yùn)行只能帶300 MW負(fù)荷以內(nèi)，按照以往200 MW負(fù)荷沖轉(zhuǎn)第二臺小機(jī)，則并網(wǎng)3.5 h以后才能并入第二臺汽泵帶負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷升至300 MW以后就需要等待第二臺小機(jī)帶負(fù)荷，為滿足負(fù)荷曲線計劃，只有啟動電泵運(yùn)行才能跟上3 h以內(nèi)的負(fù)荷計劃，3 h以后的負(fù)荷基本上很難跟上計劃，調(diào)度考核不可避免。

鑒于開機(jī)過程的現(xiàn)狀，需設(shè)法提前將第二臺小機(jī)沖轉(zhuǎn)，并入運(yùn)行，才能滿足調(diào)度曲線的要求，減少機(jī)組啟動能耗（不啟電泵）。

3? ? 降低小機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)的可行性分析

機(jī)組的啟動過程是一個升溫升壓升負(fù)荷的動態(tài)過程，給水泵汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)過程是一個較長時間的升溫升壓過程，給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程需要停留暖機(jī)，兩個動態(tài)過程需要互相匹配、互相協(xié)調(diào)，才能實現(xiàn)完美的結(jié)合，降低給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)需要選擇一個合適的時機(jī)[1-4]。

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，機(jī)組負(fù)荷120 MW時四抽蒸汽的壓力在0.14 MPa左右（該壓力下的飽和溫度在110 ℃左右）、蒸汽溫度在170 ℃左右，蒸汽的過熱度在50 ℃以上，從安全性考慮，此時蒸汽溫度已有足夠的過熱度，蒸汽參數(shù)能滿足小機(jī)沖轉(zhuǎn)的安全要求。

歷史數(shù)據(jù)顯示，小機(jī)按正常沖轉(zhuǎn)參數(shù)啟動時，小機(jī)低壓調(diào)門開度10%左右就能沖動小機(jī)轉(zhuǎn)子，小機(jī)轉(zhuǎn)子一旦沖動起來，小機(jī)低壓調(diào)門迅速關(guān)小至1.0%左右就能維持小機(jī)100 r/min左右的動能，低壓調(diào)門逐漸開大至10%左右就能夠維持小機(jī)沖轉(zhuǎn)600 r/min，低壓調(diào)門開大至30%左右就能將小機(jī)沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min。從小機(jī)啟動過程參數(shù)分析：小機(jī)轉(zhuǎn)子沖動起來的瞬間需要的動能較大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來以后所需動能馬上就大幅變小，小機(jī)沖動轉(zhuǎn)子時低壓調(diào)門約10%開度尚有較大裕量可用，降低小機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)后適當(dāng)開大低壓調(diào)門加大蒸汽流量完全可行。

經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析，確定第二臺小機(jī)沖轉(zhuǎn)時選擇機(jī)組120 MW負(fù)荷左右比較合理，采用本機(jī)四抽蒸汽作為沖轉(zhuǎn)汽源，消除對臨機(jī)運(yùn)行的影響。

4? ? 優(yōu)化小機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)實施

試驗前對降低給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)試驗進(jìn)行了風(fēng)險分析并制定了預(yù)控方案，首先是沖轉(zhuǎn)參數(shù)降低后要提前對四抽至小機(jī)蒸汽管路進(jìn)行充分的暖管疏水，防止沖轉(zhuǎn)時蒸汽帶水對小汽輪機(jī)造成水沖擊。其次沖轉(zhuǎn)參數(shù)降低時要保證足夠的蒸汽過熱度，如果蒸汽的過熱度低，在啟動過程中，由于前幾級溫度降低過大，后幾級溫度有可能低到此級壓力下的飽和溫度，變?yōu)闈裾羝瑢竺鎺准壢~片造成損壞，沖轉(zhuǎn)蒸汽過熱度保證50 ℃以上，滿足小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)要求[5-7]。

2020年10月13日，在公司#1機(jī)組開機(jī)過程中首次開展降低小機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)沖轉(zhuǎn)試驗，機(jī)組升負(fù)荷至120 MW時用本機(jī)四抽做汽源沖轉(zhuǎn)第二臺（A）小機(jī)。

#1機(jī)負(fù)荷120 MW之前四抽至A小機(jī)及A小機(jī)相關(guān)疏水門全開，充分疏水。#1機(jī)負(fù)荷120 MW時檢查四抽壓力0.15 MPa（飽和溫度111 ℃）、溫度173 ℃，過熱度62 ℃，四抽蒸汽已具備A小機(jī)沖轉(zhuǎn)條件，檢查小機(jī)所有沖轉(zhuǎn)條件都已具備，開始試驗。試驗過程參數(shù)變化如表1和圖3所示。

從試驗過程來看，120 MW負(fù)荷本機(jī)四抽汽源沖第二臺（A）小機(jī)時，小機(jī)轉(zhuǎn)子沖動時的低壓調(diào)門開度16%，較正常參數(shù)沖動轉(zhuǎn)子的開度增加了6%，與預(yù)定的開度基本相符，小機(jī)600 r/min暖機(jī)時低壓調(diào)門開度10%，與正常參數(shù)沖轉(zhuǎn)的開度一致，小機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中機(jī)組的負(fù)荷按冷態(tài)開機(jī)曲線逐漸升高，四抽壓力隨著升高，至小機(jī)3 000 r/min時低壓調(diào)門開度與正常參數(shù)沖轉(zhuǎn)完全一致，試驗取得成功。

5? ? 小機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)優(yōu)化實施效果

降低沖轉(zhuǎn)參數(shù)后第二臺小機(jī)沖轉(zhuǎn)時的負(fù)荷由200 MW提前到了120 MW，提前并入第二臺汽泵的時間約1.0 h，在負(fù)荷300 MW并入第二臺汽泵運(yùn)行，已滿足調(diào)度負(fù)荷曲線升負(fù)荷要求，避免了以往開機(jī)升負(fù)荷跟不上負(fù)荷曲線造成的調(diào)度負(fù)荷考核。

機(jī)組并網(wǎng)后升負(fù)荷過程由于第二臺汽泵的提前并入實現(xiàn)了完美結(jié)合，升負(fù)荷過程全部由汽泵提供給水，沒有啟動電泵運(yùn)行，降低了啟動過程的能耗，實現(xiàn)了全程無電泵啟動。

降低小機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)后，減小了沖轉(zhuǎn)時對小機(jī)的熱沖擊，沖轉(zhuǎn)時蒸汽流量的增大改善了暖機(jī)效果，減少了對小機(jī)的壽命損傷。

2021年2月21日，#2機(jī)組的開機(jī)過程再次實施了120 MW負(fù)荷啟動第二臺小機(jī)的實踐并取得成功，成果得到進(jìn)一步驗證。

6? ? 結(jié)論

1）給水泵汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)參數(shù)應(yīng)根據(jù)機(jī)組啟動過程實際選定，在滿足沖轉(zhuǎn)蒸汽過熱度要求的前提下，可以適當(dāng)降低沖轉(zhuǎn)參數(shù)。

2）降低給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)是機(jī)組啟動過程優(yōu)化的一種有益嘗試，解決了機(jī)組啟動升負(fù)荷過程中第二臺汽泵啟動滯后與快速升負(fù)荷需求的矛盾，使機(jī)組啟動整個過程更加連貫暢通。

3）運(yùn)行優(yōu)化工作貫穿于發(fā)電廠整個生產(chǎn)過程的各個方面，具有無須投資、操作靈活、可持續(xù)改進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，是發(fā)電廠實現(xiàn)降低碳排放、節(jié)能降耗的有效手段，運(yùn)行人員要大膽創(chuàng)新、開拓思維、勇于實踐，不斷開展創(chuàng)新運(yùn)行優(yōu)化工作。

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收稿日期：2023-03-14

作者簡介：謝慶（1978—），男，江西分宜人，工程師，研究方向：火電廠優(yōu)化運(yùn)行。