燃煤机组供热改造以及中压调门节流技术的运用
时间：2023-06-03 21:55:11 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
国家能源集团谏壁公司 韦一乐
随着电力市场改革的不断深入，作为我国发电主力军的燃煤电厂在保证安全的情况下不断提高自己的经济效益是能够在这场改革洪流中不断前进的源源动力，提高经济效益一方面是降低运行成本，比如掺烧低价煤、降低供电煤耗、降低综合厂用电率等手段，经过多年多轮次的改造，采用锅炉采用汽动引风机、加装低温省煤器、汽轮机通流部分改造、采用变频电机等手段，先进的百万机组发电厂用电率已经降低到接近2.0%，供电煤耗降低到260g/kWh左右，300MW级别机组的供电煤耗也降到300g/kWh左右；
锅炉掺烧低价煤也能达到50%甚至更高。但改造后系统更加复杂，对于运行操作的要求越来越高，设备发生故障、人员误操作的情况时有发生。
要提高燃煤电厂经济效益主要还是要增加发电以外的收入。比如煤燃烧产生的煤渣和煤灰通过加工可以作为建筑材料，脱硫产生的副产品石膏也可以用于建材等行业。但最简单、最有效的还是发展热电联产，将汽轮机的抽汽或排汽供给需要的企业或者居民以带来额外的收入。随着国家对火电机组排放要求的不断提高，一些供热的小火电机组也因为污染物排放无法达到国家的环保要求而关停，给大型火电厂带来了更大的商机。
某电厂两台330MW机组分别投产于2003年和2004年，现汽轮机型号N330-17.0/543/565，为上海汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、双缸（高中压合缸）、双排汽、凝汽式汽轮机，刚投产时基本没有对外供热的能力。机组采用八级抽汽回热循环，分别供给三个高压加热器、除氧器、两台给水泵小汽轮机、四台低压加热器。高压缸第15级的抽汽至#7高加，高压缸排汽部分至#6高加，其他抽汽口均布置在中、低压缸。
通过两次改造每台机组分别安装了三套供热系统：一套冷再供热系统以及两套高再供热系统，分别命名为冷再供热、#1高再供热和#2高再供热。冷再供热用的是高压缸排汽（压力3.95MPa、温度326℃），压力1.2~1.6MPa，最大供热流量50t/h。#1高再供热利用再热器出口的蒸汽（压力3.43MPa、温度568℃）作为汽源，利用给水泵中间抽头来水（压力5.1MPa、温度168℃）作为减温水。出口蒸汽压力1.2~1.6MPa、温度250~320℃，最大供热流量100t/h。
#2高再供热也是利用再热器出口的蒸汽，减温水来自新加装的两台减温水升压泵，每台额定流量50t/h，水源取自凝泵出口的主凝结水管道。#2高再供热压力1.2~1.6MPa、温度260~300℃，最大流量150t/h。三套供热系统投用后，每台机组的最大供热量达到到300t/h，大大提高了机组的供热能力。与之配套的是凝汽器增加了三路补水：加装了一台流量为100t/h的凝结水输送泵；
增加了两路由化学除盐水泵直接供给的补水，每路最大补水量都是100t/h，总的补水量增加在300t/h左右。
将抽汽作为汽源对外供热，减少了汽轮机凝汽器处的冷源损失，提高了汽轮机的效率，降低了供电煤耗，提高了机组的经济效益。
由于新能源发电机组的不断投产，而新能源发电机组的发电稳定性不够，对于作为常规的火电机组的调峰能力有了更大的要求，简单的说就是要根据电网的要求能大幅度的改变机组出力。特别是在电网需求较低的时候，要能将机组的负荷长时间稳定在一定较低的水平，而低负荷运行对于燃煤机组而言是一个很大的考验。现阶段电网对燃煤机组要求是40%的深度调峰，以后随着新能源机组更多的投产，调峰的深度会越来越低。
低负荷时有几个难点：对于锅炉来说，由于负荷低、给煤量就低、炉膛内燃烧的煤粉就少，燃烧的稳定就差，严重的话会发生灭火等事故。脱销系统处的烟温也会随着负荷的下降而降低，不能满足设计要求，使脱销系统也因为烟温的下降难以投入运行；
对于汽轮机，负荷低、对应的给水泵流量就低，容易产生汽蚀，需要打开一台给水泵的再循环门增加给水泵的流量。再者低负荷抽汽压力下降、做功能力下降，给水泵小汽轮机的进汽量可能不够，需要参加辅助汽源。
虽然机组通过一些改造已经克服了这些困难，能够满足电网对深度调峰的要求，但随着电网对于深度调峰的需求越来越高，调峰的深度会越来越低。在深度调峰时大量对外供热，不仅仅可以增加蒸发量、给水量、凝水量、抽汽量，提高了机组的热效率，更加好的是增加了锅炉热负荷，提高了燃煤量，使燃烧的稳定性大大增强，又可以提高排烟温度，保证了脱销系统的投用率。
机组在AGC的状态下，由于电网对负荷的调整比较的频繁、机组负荷时上时下，对于直吹式制粉系统就需要随时启停磨煤机来满足外界的需求，但频繁的启停磨煤机不仅对运行人员操作量的增加，而且容易发生制粉系统爆炸等事故。在一定的负荷范围内，通过调整供热量来减少锅炉蒸发量的变化幅度，从而减少制粉系统的操作，提高机组的整体安全性。
在冷再供热投用的情况下，可以通过调整冷再供热的流量来调整再热汽温。这是因为冷再供热的汽源取自再热器前的管道，增加了冷再供热流量就相当于减少了再热器的进汽量，在再热器受热面热负荷不变的情况下，单位质量的再热汽吸热量增加，再热汽温度就上升。相反，减少冷再供热流量，就降低的再热汽温。这种情况在机组负荷低、冷再供热流量大是尤为明显，而低负荷再热温就很难维持在一个较高的水平，通过增加冷再供热流量就可以明显提高再热器温，提高蒸汽的品质。
在机组供热流量较大时，各级抽汽量都有了较大的变化，使整个轴系的轴位移、差胀发生变化，可能引起各支持轴承的温度振动、推力轴承温度、回油温度的变化，这需要引起足够的重视。
由于机组在增加供热系统时没有专门对锅炉、汽轮机同通流部分进行同步的增容。在供热流量较大的时候，就会出现机组的负荷达不到额定出力的情况，这就需要和电网加强沟通，平衡好供热和电负荷的关系。
供热量的增加，不仅补水量要增加，化学的制水能力也要同步的增容。运行中根据供热量的增加，及时提高补水量，防止凝汽器、除氧器、汽包水位的下降。由于增加了多路的供热管道，为防止汽轮机超速。要求定期对供热管道的快关阀进行活动试验，一旦发现有卡涩的现象，就要立即隔离对应的供热系统，在没有消除缺陷前严禁投用。
3.1 机组负荷高低也是决定能供多少蒸汽很大因素
在机组负荷低时，特别是在机组进行最低出力考核或深度调峰的时候，对外供热的能力明显下降，远远达不到300t/h的设计能力。而在有些时候，比如节假日电网负荷显著降低，外界对供热的要求并没有下降多少，加之有部分机组调停，那么对在运机组在低负荷时也有较高的供热需求。而这时机组的供热能力低，两者产生了很大的矛盾。
为了提高在低负荷时的供热能力，将中调门节流运行，提高高压缸排汽和再热汽压力，就是一个比较简单可行的方法。在A修供热增容的同时进行了中压调门节流改造，增加了相关的操作画面以及进行相对应的逻辑修改。经过试验，在40%深度调峰情况下，将两侧中压调门关小至20%，在仅投用冷再供热以及#1高再供热的情况下，冷再供热流量由29t/h上升至42t/h、#1高再供热由50t/h上升至74t/h，供热能力增加了50%左右，主机轴位移、差胀、各支持轴承温度振动、推力轴承温度没有明显的变化，一抽和高排压力分别由2.64MPa和1.36MPa上升到2.92MPa和1.53MPa，高排温度由305℃上升到315℃，其余的抽汽压力略有下降，给水温度上升6℃，达到了预期的效果。
3.2 中压调门节流运行投用、退出方法
需要投用时，在“DEH汽机控制总貌”画面点击“中压调门节流控制投入”按钮，两中压调门同时由原来的100%自动关小至60%，关小时间2分钟。随着机组负荷、供热流量变化，按动中压调门“△”或“▽”按钮，每按动一次两只中压调门对于开度变化1%。当中压调门开度关小到20%或高排压力达到3.8MPa，闭锁关小中压调门。需要退出时，逐步开大两侧中压调门至60%，点击“中压调门节流控制切除”按钮，中压调门自动开足[1]。
3.3 中压调门节流运行相关的报警及逻辑修改
高压缸压比高报警（分段函数）；
高压缸压比低报警（分段函数）并退出“中压调门节流控制”，中压调门自动开足；
高排温度360℃报警并退出“中压调门节流控制”，中压调门自动开足；
高排压力高达3.8MPa报警并退出“中压调门节流控制”，中压调门自动开足；
在“中压调门节流控制”供热运行模式下，当高压缸压比增加大解列值（分段函数）并延时30秒，连锁停用冷再供热和#2高再供热，并退出“中压调门节流控制”，中压调门自动开足。
表1 各主汽压下高压缸压比解列值、高报警值、低报警值统计表
3.4 中压调门节流运行时的注意事项
关小、开大中压调门时操作要缓慢，注意调门开度变化情况，两侧要保持一致，并注意EH油压的变化情况；
中压调门节流运行时要注意主机轴位移、差胀、各支持轴承温度振动、推力轴承温度、高排压力、高排温度、高压缸压比、供热流量、各抽汽压力的变化情况，发现异常及时调整[2]。
供热流量、机组负荷变化时要注意高压缸压比、高排温度、高排压力的变化。如果高压缸压比上升接近高报值，可以减少供热流量或继续关小中压调门；
如果高压缸压比下降接近低报值，可以增加供热流量或开大中压调门。高压缸排汽温度、高压缸排汽压力上升接近报警值，增加供热流量或开大中压调门；
机组负荷165MW以下，负荷变化率要降低到0.5%，供热流量调整幅度要小，操作要更加平缓。
要多注意两侧中压调门的开度。由于中压调门原先设计的时候在冲转至3000r/min后就处于开足状态，不参与调节。在节流运行中可能会出现晃动等情况，甚至有发生门杆断裂的危险；
根据多次操作的经验，中压调门开度在50%以上，节流效果不明显，在20%~40%之间对供热流量影响较大，因此在开度40%以下调整时一定要缓慢并随时注意相关参数的变化情况；
不要频繁操作中压调门开大、关小；
如果经常采用中压调门节流运行，对中压调门会产生一定的磨损，在检修过程中应注意检查。
3.5 中压调门节流运行的优缺点
中压调门节流运行不仅可以在低负荷时投入，在中段负荷时也可以使用。最大的好处就是增加了供热能力；
深度调峰时采用中压调门节流运行，增加了供热流量，提高了锅炉的热负荷，有利于锅炉的稳定性。由于一、二级抽汽压力的上升，给水温度也随之上升，如果配合#0高加使用效果更加明显，从而提高了锅炉脱销系统的温度，增加了脱销系统投用的负荷宽度；
由于中压调门处于节流状态，降低了汽轮机的相对内效率，增加了供电煤耗，经济性下降。但由于可以增加供热流量，而且可以进一步降低深度调峰的深度，带来了额外的收益，对于燃煤电厂来说总的收益还是提高的。
燃煤发电机组、特别是30万级别的小机组，为了能在电力市场生存下去，在保证安全的情况下要想尽方法增加发电以外的收益。在周围有热用户的前提下，增加供热是一条简单可行的途径，在采用中压调门节流技术的前提下，基本可以在低负荷时增加50%的供热量，从而提高了整体的供热能力，为机组长期安全经济运行奠定了良好的基础，提高了在电力市场的竞争能力。对于60万、百万级别的大机组，也可以通过此项技术提高在低负荷下的供热能力，可以在整个火电机组上广泛推广。
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