基于低旁全开时采用高中压缸联合启动的尝试.pdf

2023.7 下 EPEM 85发电运维Power Operation基于低旁全开时采用高中压缸联合启动的尝试兴义市上乘发电有限公司 陈朝勇摘要：某电厂大型CFB超临界循环流化床机组，尝试用全开低旁的方法进行高中压缸联合启动，并取得一次性成功，同时印证了在热态启动情况下采用高中压联合启动是可行的。关键词：汽轮机组；高中压缸联合启动；高压旁路；低压旁路；运行操作本文阐述了某电厂大型 CFB 超临界循环流化床机组在低旁不能正常开关的情况下，机组需要进行热态启动，在技术人员共同努力下，通过仿真试验、技术研讨、尝试用全开低旁的方法进行高中压缸联合启动，并取得一次性成功。同时，印证了在热态启动情况下采用高中压联合启动是可行的，运行人员的操作量减少，机组启动安全可控。某电厂汽轮机是东方汽轮机有限公司生产的350MW 超临界、一次中间再热、单轴、高中压合缸、两缸两排汽、湿冷、凝汽式汽轮机，型号：N350-24.2/566/566-3。汽轮机额定出力350MW，最大连续出力为374.8MW，采用复合变压运行方式，额定转速为3000转/分。控制系统采用数字电液调节系统，机组设计寿命30年。汽轮机采用2个高压主汽门、4个高压调门和2个中压联合汽门的形式，采用喷嘴节流调节，8级回热抽汽，两台50%容量的汽动给水泵及一台30%容量的电动给水泵。一套35%BMCR 高压和低压两级串联汽旁路系统，低压旁路系统从汽机中压缸入口前高温再热蒸汽总管接出，经减压、减温后接入凝汽器。减温水取自凝结水精处理装置出口的凝结水系统。高、低压旁路包括蒸汽控制阀、减温水控制阀、关断阀和控制装置。1 汽机旁路的作用及机组的启动方式与优缺点1.1 汽机旁路的作用对于超临界直流锅炉来说，汽机旁路更具有重要作用，概括起来汽机旁路系统大致具有以下作用：一是在机组启动期间可以控制主蒸汽压力稳定在冲转压力附近，维持中压缸进汽压力稳定；二是在机组启动时或者在汽轮机发生故障跳闸时，旁路系统按照预定的逻辑迅速开启，保证一定蒸汽流量进入到再热器，防止锅炉再热器干烧而损坏；三是在机组跳闸时，旁路迅速开启进行泄压，过热器安全阀因达不到起座压力而保持不动，减少主蒸汽的排放，所有的蒸汽通过旁路进入凝汽器冷却成凝结水，使工质完全回收，减少水的浪费，同时也减少大量的噪声对环境的污染。四是当电网发生紧急情况时，需要电厂配合降负荷运行时，电厂可以开启旁路泄压，降低负荷运行，配合电网事故处理，保证电网安全；五是当汽轮机辅机设备发生故障时，可以做到停机不停炉，锅炉处于运行状态，产生的蒸汽通过旁路系统进行循环，当辅机故障处理完毕后，可以迅速进行冲转并网带负荷。1.2 机组的启动方式及优缺点1.2.1中压缸启动优缺点中压缸启动初期高压调门全关，由中压调门控制汽机的转速，在进行启动期间，DEH 投入“正暖”，高压主汽调门微开至21%左右，高压缸进气进行正暖，保证高压缸受热均匀，汽轮机冲转前还需进行倒暖，使高中压缸受热均匀，为机组启动奠定机组。中压缸启动优点主要体现在：一是启机过程中必须进行高压缸倒暖，从辅汽联箱引一路汽源通过86 EPEM 2023.7 下发电运维Power Operation倒暖一次二次阀门进行高压缸，使高压缸缓慢预热，逐步从冷态进入温态，缩短机组启动时间。二是采用中压缸启动时是通过中压缸进气使汽轮机完成摩擦检查、中速暖机、定速3000r 的整个启机过程，进汽量随着节点的不同，蒸汽流量逐渐大，通过旁路系统的调整，便于再热蒸汽参数尽快达到各节点要求，暖机更充分迅速.三是采用中压缸启动时，所有的节点是通过中压缸进气来控制的，蒸汽量大，缸温上升速度快，此时高压缸在倒暖的过程中已经均匀受热，高压缸的胀差等参数已经开始趋于正常，早期就能很好的监视高压缸的相关参数，启机更加安全，不存在启动到中速暖机时，才发现高压缸膨胀系统有问题而停下来处理的问题。四是中压缸启动对冲转参数要求相对较低，一般主汽温度控制在380，主汽压力6MPa，再热汽温度控制在310，再热器压力控制在1MPa 即可，参数要求不高，锅炉的燃烧调整就比较能达到冲转参数，燃料消耗也相对较少，耗时也少。可以说中压缸的缺点相对不是很多，但是必须增加一些硬件设备才能采用中压缸启动：必须安装VV 阀，在高压缸倒暖时，进入高压缸的蒸汽必须和凝汽器连接起来形成通路，保证汽流通过，才能达到预暖的效果，VV 阀运行过程中经常发生内漏，在线无法处理，给机组运行带来安全隐患；中压缸启动必须安装旁路系统，尤其是低压旁路系统、加上配套倒暖系统，布置倒暖一次二次门，系统较为复杂，操作的阀门较多，对运行人员要求较高，投资也较大。1.2.2高中压缸联合启动优缺点高中压缸联合启动是目前主流机组普遍采用较多的方式，概括起来优点主要有：一是联合启动时高压主汽门和中压调节汽门同时开启至10%左右对机组转速进行控制，高、中压缸联合启动在低负荷时高压缸排汽处于湿蒸汽，高压转予承受较高曲热应力和扭应力，低难缸排汽温度较高，对机组寿命有一定影响；二是采用高中压启动，有阀切换操作步骤，操作过程存在阀门波动的危险，调速系统必须可靠。1.3 选择尝试用全开低旁高中压缸联合启动的特殊启动原因某电厂三大主机均采用东方电气集团的设备，锅炉为 DG-1127/25.4-II1型循环流化床锅炉，汽机 为 N350-24.2/566/566型 汽 轮 机，发 电 机 为QFSN-350-2型发电机，在某年8月8日，2号机组当时负荷343MW，各参数稳定运行中，12点15分，负荷突然下降至178MW，主汽压力由23.5MPa 下降至11.3MPa，再热压力由降4.5MPa 至0.8MPa，给水流量由1070T/H 降至588T/H，主再热汽温均有超温的趋势，监盘人员发现汽机低压旁路调阀显示为坏点，就地检查发现低旁调阀执行机构已脱落，阀门已全开，低旁后温度开始快速上涨，低旁减温水自动开启。维护人员就地全关低旁调阀，用液压千斤顶将阀门顶死，退出高低旁相关逻辑保护，事故处理完毕，机组正常接带负荷，2号汽轮机组进入无旁路系统运行状态。8月9日凌晨两点，2号机组因凝结水泵跳闸引起给水中断，锅炉 BT 动作，机组被迫停运，事故处理完毕后，因电网需迎峰度夏，急需机组承担迎峰度夏的任务，经某电厂技术人员共同讨论后，决定尝试用低旁全开高中压缸联合启动的特殊启动方式。2 高中压缸联合启动实施步骤及效果2.1 DHE 仿真试验的目的汽轮机 DEH 系统与电厂其他控制系统有着重要的区别（例如 FSSS 系统，ETS 保护系统）通常一般控制系统绝大部分功能可以在现场机组启动运行后，逐步进行优化投入，包括 DCS 逻辑的组态以及 DCS 操作画面也可在现场进行修改优化，可根据实际需要和机组的运行需求进行大规模的修改，而DEH 系统由于其作为汽轮发电机启动、试验、并网、带负荷的唯一手段，必须在机组启动前完成所有的调试、试验、仿真工作，并具备绝大多数功能的自动投入条件，实现机组自动启动，确保机组安全启动。因此，在机组启动前，汽轮机无法运行的情况下，必须采用仿真器，使之与 DEH 控制系统构成一个闭环的系统，对 DEH 设备逻辑进行调整、测试和验证。DEH 仿真功能可用于检验和优化 DEH 系统的控制策略、演示控制效果、验证控制逻辑和分析DEH 控制性能。另外，DEH 仿真功能在人员培训、模拟操作、事故分析及快速记录方面也有其独特的作用。DEH 的仿真系统可以进行带油动机混合仿真，也可进行纯仿真。DEH 系统发出的控制指令同时送到仿真器和就地的液压执行机构，若液压执行机构已具备开启条件，则所有阀门会根据阀位指令开启到相应的开度。仿真器通过接收的阀门控制指令生成2023.7 下 EPEM 87发电运维Power Operation锅炉、汽轮机、发电机等主要热力设备的数学模型，产生转速、功率、汽压等过程变量，这些变量通过 I/O 接口信号返回到 DEH 控制系统形成闭环控制。2.2 高中压缸联合启动 DEH 仿真试验因该机组投运以来一直采用中压缸启动方式，为了进一步论证高中压联合启动的可行性，结合厂家提供的设计说明书，该单位自行组织了一次 DEH高中压缸联合启动仿真试验，仿真试验从挂闸、冲转、中速暖机、升速、阀切换、定速3000r、并网等各个环节进行仿真。在试验中，仿真参数汽机转速上升平稳，高压主汽门、高压调门、中压联合汽门开关线性良好，各电动门，气动门开关指令正确，为采用高中压缸联合启动提供了数据支撑，满足机组启动要求（如图1所示）。图1 deH 高中压缸联合启动仿真曲线2.3 汽轮机组热态启动汽机冲转前冲转参数的建立通过锅炉燃烧调整，将冲转前参数控制如下：主汽温度532，再热汽温508，主蒸汽压力12.6MPa，再热蒸汽压力0.8MPa，高压缸温度380，中压缸温度427，保持参数稳定运行，其他冲转参数与正常启机参数相同。2.4 汽轮机组汽机 DEH 热态高中压缸联合启动操作步骤进行 DEH 画面检查：确认控制方式按钮在“操作员自动控制”方式；检查挂闸允许条件满足：汽轮机已跳闸，所有进汽阀全关；在“DEH”画面上按“汽机挂闸”按钮，弹出操作窗口，在窗口中再按“挂闸”按钮，汽机挂闸；在“DEH”画面上按“启动方式”选择“高中压缸启动”，确认启动方式为“高中压启动”；确认“单/顺阀切换”处于“单阀”状态；按“运行/保持”按钮，点击“运行”，开启高、中压主汽阀；确认机组挂闸后，目标转速3000r/min，升速率200r/min，检查盘车脱扣正常。转速1550r/min，检查顶轴油泵联停。转速升至3000r/min，停运主机交流润滑油泵。2.5 汽轮机组升速、暖机、并网带负荷全面检查机组各参数运行平稳，机组具备并网条件，机组并网成功带初始负荷34MW 运行；当主汽压力11MPa、再热汽压力0.3MPa、机组负荷37MW 时，就地手动关闭低旁，DCS 打开高排逆止门，关闭高排通风阀，关闭高旁正常，主汽压力降至9.4MPa，再热蒸汽压力涨至1.77MPa，负荷涨至123MW。就地检查高低旁全关正常，机组稳定运行，标志着此次全开低旁热态高中压缸联合启动成功。2.6 汽轮机组全开低旁热态高中压缸联合启动机组参数控制要点汽轮机冲转参数控制：主汽压力12.6MPa，高于正常启机8.73MPa，再热汽压0.8MPa，目的是为低旁全开提供蒸汽余量，通过高旁控制，既能满足主汽压力稳定，又能有效控制再热汽压力，保证中压缸进汽量充足（如图2所示）。图2 高中压缸联合启动机组参数控制曲线热态启动汽轮机冲转过程中轴向位移最大值为-0.175mm，过 临 界 转 速 振 动 最 大 值 为6Y：61.3um，高压缸最小胀差：1.177mm，低压缸胀差：0.9969mm，冲转耗时23min，暖机时间短，参数控制平稳（如图3所示）。图3 汽轮机冲转参数曲线3 结语该电厂在低旁无法正常开关的情况下，改变以往一直采用的中压缸启动方式，转变思路，通过高中压缸联合启动方式进行机组启动，为确保启动安全，热控人员利用仿真试验对采用高中压缸联合启动提供了数据支撑，机组启动过程中，根据缸温情况，通过锅炉燃烧调整，严格控制主再热汽温度及升温升负荷率，有效控制汽机本体胀差、轴向位移超限等不利因素的发生各项参数正常，机组成功启动并网发电，成功完成了无旁路启动机组的尝试。