大比例掺烧煤泥300MW循环流化床机组甩负荷试验研究

Sichuan union heavy electrical equipment manufacturing

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1设备简介

贵州盘北低热值煤发电厂选用的锅炉为上海锅炉厂有限公司自主研发制造的亚临界300MW循环流化床,型号为SG-1036/17.5-M4507,型式为单汽包自然循环、单炉膛一次中间再热、全悬吊受热面、平衡通风、水冷式旋风分离器、燃煤固态排渣。锅炉燃料一方面通过8个前墙水冷壁下部的给煤口集中给入原煤,另一方面通过4个炉顶水冷壁上的煤泥口集中供煤泥。本锅炉采用床上点火方式,床上共布置8只点火油枪。机组配置2×50%BMCR的汽动给水泵和1×30%BMCR的电动给水泵。汽轮机选用上海汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、凝汽式汽轮机,型号为N3000-16.7/538/538。机组配置35%B-MCR容量高低压串联汽旁路系统。汽轮机配置了高排通风阀,用于带走高压转子鼓风效应产生的热量,高排通风阀的型号为YT668Y-64,公称压力5.4MPa额定流量32t/h。


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 甩负荷试验的难点

2. 1    防止受热面超温

本机组配置的锅炉,高温屏式过热器及高温再热器布置在上部炉膛内,高温受热面超温风险极大, 防止受热面超温是甩负荷试验的重要内容,这一原则应作为甩负荷试验中仅次于防超速的第二准则。 防止受热面超温的主要手段是保证高温受热面有一定的蒸汽流量,从锅炉的角度,应该开启高低旁,尽可能提高蒸汽流量。

2. 2     控制高排温度按照汽轮机厂家的运行要求,甩负荷后汽轮机将进入旁路模式。本机组配置的高排通风阀额定流量仅为 32  t / h,高压缸冷却蒸汽流量受限。旁路模式下,如果单纯满足锅炉防超温的需要而开大高低旁,导致再热器压力过高,将无法开启高排逆止门。 此时,高排通风阀流量有限的情况下如何控制高排温度,是汽轮机专业要重点考虑的问题。 2. 3     旁路模式下稳定转速甩负荷后,汽轮机进入转速控制。旁路模式下中压缸进汽,再热压力的波动将导致转速波动。如何在高压调门控制转速、保证再热器蒸汽流量、防止高排温度过高之间寻求平衡,是甩负荷后尽早稳定的关键。 2. 4     燃用煤泥下的燃烧调整

本机组燃料组成为洗混煤 + 煤矸石 + 煤泥,实际运行中,煤泥量燃用量达到总燃料量的40% ,最高可以达到 50% ,在国内 300  MW 循环流化床锅炉中最高; 煤矸石占 15% 左右,入炉煤综合发热量仅为 3000kCal / kg 左右。运行过程中,燃用煤量较大, 风量也要偏高; 入炉煤综合水分高、烟气量大,易造成受热面超温。


3甩负荷试验的要点针对本机组的特点,采取了以下控制措施。 3. 1     锅炉控制要点3. 1. 1      加强燃料调整,降低锅炉换热

甩负荷前倒数到“3”时,所有给煤机转速到零, 利用锅炉热惯性维持负荷。当给煤量到零后,观察 负荷,负荷出现下降趋势后立即甩负荷。“甩”指令 发出的同时,停止煤泥系统、停止石灰石系统。在甩 50% 负荷时,可以只切除燃料,保留风机运行,同时 降低二次风量,减弱锅炉床料的循环倍率,将床料由循环态向接近鼓泡态调整,从床料侧降低换热强度, 控制蒸汽温度; 同时减少一次风量,控制床温下降速率。在甩 100% 负荷时,应手动 BT,停止所有燃料及风机,以压火的方式降低锅炉换热,待汽轮机转速稳定后,迅速恢复风机运行,尽快点火,早日并网。


 3. 1. 2    加强高低旁控制,保证再热汽蒸汽流量

甩负荷后高低旁应自动联开,高旁开度应到 30% ( 视锅炉压力,如压力过高,有超压趋势,还应继续开大) ,低旁应全开,保证再热器有蒸汽流量。在调整过程中,应保证低旁全开,应注意高低旁后蒸汽温度,防止高低旁后蒸汽温度高联关高低旁。并加强联系,在保证汽包水位和再热器温度的前提下,通过调整高旁将再热器压力稳定在 0. 2  MPa。这样,既可以保证再热器有 80 t / h ~ 100 t / h 的蒸汽流量,屏再不超温,又有利于汽轮机控制转速,还可以有效控制高排温度,保证在并网后尽早开启高排逆止门。


3. 1. 3      确保锅炉水位

在汽机甩负荷成功后,要快速恢复系统,关键是要保证汽包水位,而保证汽包水位的关键是尽快降低一次系统压力,否则 CFB 锅炉强大的蓄热量会使得给水泵会因系统压力过高而补不上水。一次系统的泄压除了通过高、低旁外,还可以辅助 PCV 阀及过、再热器向空排汽阀( 如有设计) 。系统泄压及水位恢复过程需大量用水,所以甩负荷前,应保持凝汽器及除氧器在较高水位。


在甩 50% 负荷过程中,保留一台汽泵与电泵并列运行,最大补水量达到 537  t / h,水位很快稳定。


对于首台机组甩 100% 负荷,由于蒸汽压力高,依靠启动锅炉已经无法维持汽泵高转速运行,无法实现汽电泵并列运行,只能靠压火的方式努力减小压力波动,依靠电泵上水。对于第二台机组,可以依靠邻机来汽,保证甩负荷后维持一台汽泵与电泵并列运行,水位可以迅速稳定。


3. 1. 4      受热面超温

如系统恢复过程中因设备故障造成机组不能及时并网,应果断减煤并投油。在设备处理过程中,因汽机进气量较小,如纯投煤运行,床温会很高。这时不论是高温受热面壁温还是汽温都会超温,如故障处理时间过长,过小的蒸汽量限制减温水量,超温会无法控制。为保障机组安全,如遇短时无法处理的故障,应果断减煤并投油。


3. 1. 5     带泥煤系统的甩负荷控制特点

泥煤系统带有大量的水分,燃用泥煤会造成床温下降,烟气量增加,尾部低温受热面壁温高等现象。当甩负荷指令下达后,操作员应手动全停泥煤膏体泵。泥煤量较大时,在甩负荷前应将一部分的泥煤量转换为给煤机原煤量来代替( 实际操作中, 将膏体泵转速从 90% 降至 50% 运行,泥煤量可降低 一半) ,以免造成负压波动。


在系统恢复时,必须在机组负荷大于 100  MW 且床温稳定在 850℃ 以上,才能投运泥煤系统。泥煤投运时大量水分的加入会使得烟气量增加较多, 尾部对流换热会加剧,在低负荷时,尾部受热面蒸汽流量小,对流换热强,低温受热面会超温。

3. 2   汽机控制要点3. 2. 1 加强协调,促进转速尽早稳定

甩负荷时 OPC 同时动作,可将 OPC 复位转速设定为 3 000r /min,防止 OPC 过早复位后转速二次 飞升。甩负荷后,机组将进入旁路模式下的转速控制,对于本机组,此时的转速调节由高压调门完成, 中压调门不参与调节。因此,应缓慢调节高旁,防止再热压力大幅波动造成转速波动,应密切注意高调开度及高排温度,保证通风阀开启。


3. 2. 2    尽早并网,尽快恢复

转速稳定在 3 000 r / min 后,应及时宣布甩负荷试验结束。此时,应尽快启动风机,恢复锅炉燃烧,尽快并网。并网以后,根据高压缸排汽压力的增长逐渐关小高低旁,当负荷到 20 MW 时,可以开启高排逆止门,平稳完成高旁与高压缸排汽的切换。在高排逆止门开启之前,应密切监视高排温度,防止通风阀流量不够,造成高排温度达到跳机值。并网后,应密切监视主汽温度,根据锅炉压力温度决定负荷增减。


4甩负荷试验过程 4. 1     甩 50% 负荷试验2013年05月19日21时15分37秒倒计数到0,由电气专业操作跳开主开关,发电机与电网断开;汽轮机甩负荷保护动作,汽轮机进入转速控制,汽轮机高中压调门、高排逆止门及各抽汽逆止门关闭,高低旁开出,高排通风阀开出。
21时15分57秒转速稳定在3000r/min。21:16:31高旁开度30%,高旁后压力1.39MPa,高排温度331℃,低旁开度到达27%后卡涩,安排运行人员就地手动开出。
21时17分00秒再热器压力1.4MPa,汽轮机转速上升到3010r/min,由于低旁就地仍未开完,为防止再热器压力升高造成汽轮机转速无法稳定,将高旁开度收至0%。21时19分37秒高旁后压力0.114MPa,高排压力0.145MPa,高排温度352℃,低旁人工开至57%,为防止高排温度继续升高,将高排逆止门开出,高排逆止门开出后,高排温度持续下降。21时24分42秒机组并网。21时28分17秒机组负荷78MW手动关闭高排通风阀。

以主开关动作为时间零点,0.088秒时OPC电磁阀动作;0.137秒时各高压调门开始关闭;0.217秒时所有高中压调门全部关闭到位;1.502秒时转速上升到最高转速3063r/min;12.474秒时转速在3000r/min,OPC电磁阀释放;转速逐渐回落到3000r/min以下并继续下降,各高中压调门在转速控制方式下逐渐开启,13.907秒转速到达最低值2993r/min,20.353秒转速稳定在3000r/min。

4. 2     甩 100% 负荷试验力从3.053MPa上升到3.24MPa(此时低旁开2014年01月19日13时34分开始进行1号机组甩100%负荷试验。13时34分15时停止煤泥系统运行。13时34分21时分秒停止给煤机运行。13时34分24秒由电气人员在ECS上拉开主开关,汽轮机甩负荷保护动作,高旁自动开到30%,低旁自动开到100%,汽轮机进入旁路模式下的转速控制,锅炉侧手动BT停止所有风机运行。机前主蒸汽压力从14.90MPa上升到17.03MPa,再热蒸汽度到达29%),而后随着低旁开度增加再热蒸汽压力开始下降。13时35分38秒转速首次稳定在3000r/min。甩100%负荷试验成功。

以主开关动作为时间零点,0.088秒时OPC电磁阀动作;0.109秒时各高压调门开始关闭;0.199秒时所有高中压调门全部关闭到位;0.204秒时所有中压调门全部关闭到位;1.878秒时转速上升到最高转速3137r/min;26.232秒时转速在3000r/min,OPC电磁阀释放(试验前将复位转速降为3000r/min);转速逐渐回落到3000r/min以下并继续下降,各高中压调门在转速控制方式下逐渐开启,27.792秒转速到达最低值2990r/min,74.803秒转速稳定在3000r/min。


在甩负荷后的过度过程中,13:35:08由于低旁后温度到达160℃,“低旁后温度高闭锁低旁”保护动作,低旁自动关闭(低旁关闭后,低旁后温度最高到达209℃),造成再热蒸汽压力回升,转速发生波动。通过调整高低旁,再热蒸汽压力稳定在0.23MPa。13:49:16汽轮机转速最终稳定在3000r/min。14:52:20在处理好电气装置故障后,机组重新并网,接带23MW负荷。


5结语( 1) 甩负荷试验,主要考验汽轮机调速系统动态特性。应当以保证机组转速尽快稳定在3000 r / min为第一准则。( 2) 对于循环流化床锅炉,过再热器维持一定的蒸汽流量是防止超温的重要保证,这应当成为燃料调整、旁路控制的主要目标。( 3) 系统恢复速度的快慢,取决于汽包水位恢复正常的时间,迅速降低系统压力,使给水泵持续大流量补水是关键。( 4) 对于上汽机组,甩负荷试验后采用旁路方式恢复并网及升负荷,可以大大缩短机组的恢复时间,但是,应当在保证再热器蒸汽流量的前提下尽早开出高排,防止高排温度升高。( 5) 循环流化床锅炉压火做甩负荷试验,应当在试验成功后尽快恢复风机运行,投入燃料,尽可能减缓主再热汽温下降。( 6) 系统恢复过程,如遇设备问题不能及时并网,造成高温受热面超温,应果断减少煤量并及时投运油系统。

( 7) 泥煤系统在甩负荷前应减出力运行,在系统稳定后才能投入泥煤系统。



文献信息

黄锡兵,钟晶亮,肖建. 大比例掺烧煤泥300 MW循环流化床机组甩负荷试验研究[J]. 贵州电力技术,2015,12:11-14.