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江苏新海发电有限公司:1000MW机组优化冷态冲转参数可行性分析及其应用
点击次数:1829次 更新时间:2023/2/2 【关闭】

朱雅

 

摘要:文章针对优化1000MW机组冲转参数的可行性进行分析,其应用时通过精心操作,节约启动时间约2小时,有效降低汽轮机金属材料热冲击,尤其是降低冲转前机侧再热汽温,明显减小中压主汽联合汽门的热应力,实施后达到了预期效果。

关键词:优化;冲转参数;中压主汽联合汽门螺栓;热应力;节能

 

某公司1000MW机组以往历次冷态启动从点火到并网需在7小时左右。通过论证大胆提出优化冲转参数,冷态启动时间控制在5小时左右,减少机组启动时间约2小时,大大节约了启动消耗的燃料、汽水损耗及厂用电等,节约了成本,同时降低汽轮机金属材料热应力,减缓热冲击,保证主设备安全,延长了机组使用寿命。

一、机组概况

该公司1000MW机组采用“上上上”三大主设备,即汽轮机是上海汽轮机有限公司引进德国西门子技术设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式、八级回热抽汽、反动凝汽式汽轮机,型式:N1030-27/600/600TC4F)。发电机为上海汽轮发电机有限公司引进德国西门子公司技术生产的THDF125/67型三相同步汽轮发电机。锅炉是上海锅炉厂有限公司采用AlstomPower公司BoilerGmbH(简称APBG公司)的技术制造,超超临界参数变压运行螺旋管圈直流锅炉,单炉膛塔式布置、一次中间再热,锅炉型号:SG-3049/28.25-M548,配置炉水循环泵。主体金属材料基本均为国产。

本机组的旁路系统由高、低压二级串联旁路组成。高旁容量为4×25%BMCR,布置于锅炉房内主蒸汽联箱出口,经减温减压后接至再热冷段蒸汽管道;高压旁路的减温水取自高加出口逆止门后的高压给水。低旁容量为2×32.5%BMCR,从汽轮机中压缸入口前热再热蒸汽两根支管分别接出,经减温减压后接至凝汽器;低旁减温水由凝结水系统引来,汽机侧无启动旁路。

二、优化参数及目的

按照汽轮机厂家要求,1000MW机组冷启冲转参数推荐值为主汽压8.5MPa,主汽温390℃,再热汽温390℃。由于1000MW机组中压主汽联合汽门壁厚且无暖阀设置,冲转参数高导致内外壁温差大,中压主汽联合汽门螺栓承受应力将超出正常范围,再加上国产螺栓材质限制,使得中压主汽联合汽门螺栓断裂事件时有发生,该公司在A级检修检查时发现中压主汽门6根螺栓断裂,并发现多根中压调门螺栓硬度超标现象。为了防止上述现象的发生,有必要对冷启参数进行优化。降低冷态冲转参数的益处:

1、冲转参数降低,对汽轮机金属材料热冲击小,减少汽轮机金属材料的疲劳耗损,增加汽轮机整体的使用寿命;

2、冲转时低参数大流量暖机效果更好;

3、低参数冲转,可有效降低中压主汽联合汽门螺栓应力过大造成螺栓断裂及硬度超标等异常风险;

4、汽轮机冲转后,及时投运高加,提升给水温度,减少辅汽消耗,增强锅炉燃烧稳定性以及有效缩短脱硝条件满足时间,减少环保考核压力;

5、低参数冲转,省去汽轮机侧主汽温由320℃升至390℃等待时间,大大降低启动成本。

 

三、降低1000MW机组冷态冲转参数可行性

经过慎重研究,初步调整后的冷态冲转参数为:主汽压4MPa~4.5MPa,主汽温320℃,再热汽温320℃左右。

1.降低冷态启动冲转参数选择的依据

按厂家要求,1000MW机组冷态冲转参数:主汽压8.5MPa,主汽温390℃,再热汽温390℃启动的数据:360r/m时高调门后蒸汽压力为0.9MPa左右,高调门开度为3%左右,中调门开度为2.5%左右。具体见图1

1冷态启动冲转汽压及调门开度关系曲线

按厂家说明书,当高压缸缸温≤150℃时机组启动为冷态启动,通过上述曲线可知,冲转时高调门后汽压0.9MPa左右,而1000MW机组冷态启动参数主汽压8.5MPa,由此可判断其压力偏高具有向下调整空间;结合机组的启动过程需要对部件进行加热需求,进入汽缸的蒸汽温度应高于转子和汽缸的温度50~150℃,冲转主蒸汽温度的可选为320℃(缸温150℃加温差120℃加高调门节流温降50℃)。结合冲转时调门开度以及根据主汽温即260℃(320℃减去60℃的过热度)饱和蒸汽对应的压力4.6MPa,确定主汽压4MPa~4.5MPa。对于再热汽温也应与中压缸金属温度匹配,冲转前再热汽温一般要求与主汽温接近。

按上述原则,确定1000MW机组的冲转参数为主汽压4MPa~4.5MPa,主汽温320℃,再热汽温320℃是可行的。

2.降低主汽温

1000MW机组高压旁路设置在锅炉侧,且汽轮机侧主汽门前未设置启动疏水旁路,使得机侧主汽门前主汽温上升缓慢,冷态启动汽机侧主汽温达320℃时锅炉侧主汽温一般已达到400~460℃。汽机侧主汽温由320℃升至390℃至少需要1小时(见图2),且需启运第3台磨煤机。若汽机侧主汽温达320℃时汽轮机进行冲转,随进入汽轮机的主蒸汽流量增加机侧主汽温将会很快跟上,这样就减少为了机侧主汽温达到390℃需要的漫长等待时间,节省大量燃油。

2优化启动参数前锅炉点火至并网时间曲线

 

3.降低再热汽温

1000MW机组冷态冲转汽机侧主汽温控制在320℃,有利于再热汽温的控制调整。以往机侧主汽温升至390℃,锅炉侧主汽温已达460℃以上,炉膛温度整体上升,再加上低压旁路在汽机侧,机侧再热汽温不可避免的上升较快且较多,历次机组冷态启动,机侧再热汽温基本都在420℃以上,冲转时对中压主汽联合汽门螺栓的热冲击损伤较为明显。见图3

3优化启动参数前汽轮机冲转时机侧再热汽温曲线

 

四、技术措施

1.请热控人员将#1抽、#3抽抽汽电动门、逆止门置位允许开,其它逻辑不变。

2.锅炉点火正常后,按升温升压曲线启动2台磨组(控制总煤量在90t/h左右),升压至8.5MPa,提升机侧主汽温。待汽机测主汽温达320℃左右时,通过高压旁路压力逐渐下调负偏置,将主汽压降至4MPa~4.5MPa。当主汽压降至4MPa~4.5MPa时,微调高压旁路压力偏置,保持当前压力。

3.冷态启动时需要对汽机过临界时调门调节响应速度不及时问题进行了运行操作优化。360r/min暖机阶段,在主汽温过热度大于60℃情况下,将高压旁路压力偏置逐渐升至0,主汽压逐渐升至8.5MPa。升压过程中,随主蒸汽流量变化及时调整给水量、燃料量等,避免主蒸汽流量降幅太大,控制主蒸汽流量应不低于400t/h;主蒸汽流量低于400t/h,应暂停升压,及时启动第3台磨,控制总煤量在130t/h左右。

4.360r/min暖机阶段,投运#1#3高加。

 

五、实践应用

1.优化冲转参数后的启动操作

1.12022108日首次优化冲转参数后的启动

4优化启动参数后首次应用锅炉点火至并网时间曲线

 

冲转参数主汽压4MPa主再热汽温320/370℃,机侧再热汽温345℃(高于预期的320℃)。启动时间得到有效缩短,从点火到并网时间为5小时26分。见图4、图5

5优化启动参数后首次应用汽轮机冲转时机侧再热汽温曲线

 

1.2  20221114日第2次优化冲转参数后的启动

6优化启动参数后第2次应用锅炉点火至并网时间曲线

 

冲转参数主汽压4.5MPa主再热汽温320/350℃,机侧再热汽温332℃(预期的320℃较为接近)。启动时间进一步缩短,从点火到并网时间为5小时10分。见图6、图7

7优化启动参数后第2次应用汽轮机冲转时机侧再热汽温曲线

 

2.启动实践过程分析总结

2.1 首次采用优化冲转参数启动试验,存在的不足问题,主要是:①主蒸汽流量在升压过程中调整上稍有不足,波动幅度较大;主蒸汽压力在升降过程中,燃料量、高加出口处给水流量应及时跟随主蒸汽流量变化调整配合不及时;②炉侧再热汽温超过400℃调整不好。

2.2 2次优化冲转参数启动,主蒸汽流量在升压过程中调整总体较好,波动幅度小较为平稳;主蒸汽压力在升降过程中,燃料量、给水流量跟随主蒸汽流量变化调整配合总体良好,但仍有完善改进空间;炉侧再热汽温控制较好。

2.3热控逻辑完善

(1)#1抽、#3抽抽汽电动门、逆止门置位允许开逻辑限制。

(2)“主蒸汽流量大于350t/h”,修改为“主蒸汽流量大于50t/h”。

(3)20ok条件中,“主汽温甲大于360℃、主汽温乙大于360℃”条件,修改为“主汽温甲大于320℃、主汽温乙大于320℃”。

3.后续运行操作完善内容

3.1锅炉点火正常后50分钟左右投运首台B磨,按升压速率0.1MPa/min(不大于0.12MPa/min)升温速率3~4/min(不大于4.5/min)左右进行,逐渐增加煤量但控制煤量不超65t/h,根据升温升压情况,启动第2台磨组(与首台磨间隔不超60分钟,一般50分钟左右),逐渐增加煤量至90t/h左右,尽快提升机侧主汽温。机侧主汽温达320℃左右时,通过高压旁路压力偏置逐渐下调,将主汽压降至4MPa~4.5MPa,并微调高压旁路压力偏置保持当前压力。各参数调整稳定,满足冲转条件,进行走步冲转。特别注意:降主汽压过程中,需及时调增高加出口处给水量(保持高加出口处给水量大于主蒸汽流量100t/h左右)。给水过冷度控制在-30℃左右。若给水过冷度偏高可适当降低炉水循环泵流量。调整炉侧主汽温不超过430℃、再热汽温不超过350℃。

3.2360r/min暖机阶段,开始通过高压旁路压力偏置,逐渐将主汽压升至8.5MPa,同时对第3台磨进行暖磨操作。升压过程中:①控制机侧主汽温过热度不低于60℃;②升压速率0.1MPa/min左右,控制高加出口处给水量大于主蒸汽流量80t/h左右,避免主蒸汽流量下降太大,控制主蒸汽流量应不低于400t/h;主蒸汽流量低于400t/h,应暂停升压,360r/min暖机40min左右启动第3台磨,逐渐增加煤量至130t/h左右,为并网后带负荷做好能量准备。

3.3360r/min暖机阶段,投运#1#3高加,提升给水温度,从而提高锅炉排烟温度,为及时投运脱硫脱硝做准备。

六、结束语

1000MW机组优化冲转参数启动,未投入任何资金,仅优化运行操作方式,便有效缩短启动时间,对中压主汽联合汽门的热冲击有了明显的改善,带来可观的收益,为同类型机组的节能减排工作拓宽了思路。

 

 

参考文献:

11000MW机组集控运行规程,江苏新海发电有限公司Q/XHD 1001-2020 2020-9-20发布

220万千瓦汽轮机的运行,朝阳发电厂西安热工研究所水利电力出版社出版、发行19909月第一版  ISBN  7-120-01188-3/TK.179