汽轮机高压缸暖机优化设计

汽轮机高压缸暖机优化设计

1n-400-20型三元同步交流发电机湖北湖州发电有限公司1号和2号采用美国费尔霍夫公司设计的300mw燃煤锅炉，设计流量为2025吨。h.锅炉的主体为单管柱，具有黄色和内部圈的参数，其次是加热和自然循环锅炉。制粉系统采用双进双出球磨机配正压直吹式制粉系统,24只燃烧器分前后墙布置,每只燃烧器配一只油枪,燃烧器为直流下射双旋风燃烧器,炉内形成W型火焰。1、2号汽轮机是由日本日立公司生产的亚临界压力、一次中间再热、冲动式、单轴、双缸双排汽凝汽式汽轮机,设置高、低压两级旁路系统,采用中压缸冲转启动方式。1、2号发电机为QFSN-300-20型三相同步交流发电机,由东方电机厂生产制造,主变压器为户外ODA强制油循环风冷F双绕组三相变压器,由ABB公司制造。1、2号机组分别于1999年元月和4月完成试运行投入使用。在初始设计中1、2号机组冷态启动过程有如下的特点:(1)机组冲转前设计应对高压缸预暖。高压缸______[作者简介]邵华国(1971-),男,湖北汉川人,工程师,华中科技大学在读硕士生。预暖应确认以下条件:高压缸内壁金属温度<150℃;主蒸汽压力为1.5MPa;主蒸汽温度不小于250℃(同时蒸汽温度应大于金属温度100℃)。当高压缸内壁金属温度达到150℃后,还需要稳定一段时间。根据预暖曲线,在常温20℃下启动时需要稳定3.5h左右。按温升率40～50℃/h计算,加热时间需要3h左右,加起来整个暖机时间约为6.5h。(2)高压缸预暖结束后进行CV(调节汽门)腔室预暖。要求左、右侧主汽门入口汽温高于调节汽门腔室内壁金属温度200℃以上。当CV腔室外壁金属温度高于180℃且内外壁金属温差小于50℃时,CV腔室预暖结束。过程一般约需要1h。(3)采用中压缸冲转。对蒸汽参数的要求为:主蒸汽压力为8.23MPa,温度为380℃;再热蒸汽压力为0.98MPa,温度为300℃,高旁开度大于60%,低旁开度为100%。(4)在1200r/min进行中速暖机。中速暖机的结束条件为:高压缸第一级内壁金属温度和再热汽室内壁金属温度均大于137.8℃;缸体绝对膨胀大于8mm。(5)锅炉点火采用轻柴油,在高压缸预暖阶段一般投入18～20支油枪,在升温升压阶段,油枪投入数量为22～24支,而锅炉制粉系统则需要汽轮机经过转换区(汽轮机调节由中压调门切换至高压调门控制)之后才能投入,以保证炉膛内煤粉的充分燃烧。2锅炉接口设计存在的问题经过几年的运行,该机组体现出自动化程度高,燃烧稳定,调节性能好等特点,试验中最低稳燃负荷达到33%,实际运行中最低稳燃负荷也达到50%,远优于国内同类型机组,并在湖北电网中率先投入AGC系统。但该机组的一些缺点在启动运行过程中逐步显露出来,主要表现在:(1)机炉设计接口不匹配。由于该机组采用三岛分别招标,在接口设计中存在一些问题,特别是机炉设计的启动时间不匹配,炉岛方面设计从点火到满负荷的时间共为12h,而机岛方面设计的时间为14h,实际运行中只能以机岛要求的时间为准,以确保满足汽轮机的暖机要求。(2)机组启动时间长。从锅炉上水开始,整个启动时间一般需要18～20h,远远高于整体设计要求的12h,但实际上从启动各个阶段所需要的时间来看,正常情况下总共所需时间不会低于16h。(3)机组启动成本高。因为机组负荷一般达到160MW后锅炉才能断油,在机组启动时间较长的情况下,燃油耗量太大,一次冷态启动的燃油耗量最少需要240t,有时达到350t以上。(4)机组备用能力差。由于机组冷态启动时间达到18h以上,而机组启动的调度命令一般提前15h下达,所以机组并网时间往往错过第2天的早高峰期,导致机组的冷态备用时调峰能力差。3机组并网之后:启动制粉系统措施由于机组在启动过程存在的主要问题就是启动速度太慢,因此电厂的技术人员致力于研究解决如何缩短机组的启动时间和锅炉的投油时间,主要工作集中在两个方面:(1)启动过程的优化设计。经过几年的试验与研究,先后提出了一系列的优化改进措施,整个思路基本分为2个阶段。第一阶段主要考虑锅炉点火初期的节油措施,结合机组的实际情况总结出了一套节油方案:(a)将除氧器内无盐水的温度加热至100℃以上之后再向锅炉上水;(b)锅炉点火后逐步增投油枪至20支左右,使主蒸汽参数较快地达到汽轮机高压缸预暖要求,当主蒸汽压力达到1.5MPa,温度达到250℃时,将油枪逐步退至10～12支运行,直至高压缸预暖结束,在CV腔室预暖结束之前将油枪增投至20支左右,准备启动制粉系统;(c)当二次风温达到250℃以上时,启动一台磨煤机运行,并退出部分油枪,在汽轮机冲转、升速的整个过程中,维持10～12支油枪运行。这样在机组并网之前由于制粉系统的投入而大量节油。第二阶段主要考虑有效缩短启动时间,具体方案是采用辅汽对高压缸提前进行预暖,只要辅汽系统投入正常后就可以进行暖机操作,通常在锅炉上水期间就同时投入了暖机系统。经过系统改造后的试验运行,整个高压缸预暖在锅炉升压前可以就完成,从而将整个启动时间缩短了近4～5h。(2)系统的优化改造。由于初始设计中高压缸预暖的蒸汽取自主蒸汽系统,利用高旁系统对高压缸进行倒暖。当采用辅汽系统对高压缸进行暖机时,需要对暖机系统进行相应的系统改造,即从辅汽系统专门引一路管道接至暖机系统。由于该机组制粉系统采用的是无中间储仓的正压直吹式系统,每台磨煤机两端出口各三支粉嘴,在磨煤机启动许可条件的初始设计中,粉嘴投入数量必须采用“六选四”或“六选六”方式,并且“六选四”方案中两侧的粉嘴必须对称选择。在这种设计方案下,由于磨煤机出力存在最低流量的限制,因此必须在锅炉负荷达到一定的蒸汽流量后才能投入制粉系统。另外在选用“六选四”方案时,一旦某一个粉嘴发生跳闸,磨煤机跳闸保护动作,对炉膛燃烧的扰动很大,容易导致锅炉灭火。针对这种情况,对磨煤机的启动许可条件进行了逻辑修改,允许磨煤机的粉嘴分别单个投入,并取消了粉嘴跳闸导致磨煤机跳闸的逻辑联锁,这样既可避免磨煤机频繁跳闸,又防止锅炉点火初期制粉系统投入时对炉膛燃烧造成很大的冲击。试验表明:在锅炉升温、升压阶段每投入两只粉嘴就可以减少4～6只油枪运行,并且可加快将蒸汽参数提升到汽