摘要：介绍了某国产600MW超临界机组使用汽泵实现机组全程启动的方法，能大幅降低机组启动过程的电耗，同时节省机组启动时间，缩短机组启动期间环保参数超标时间，大大降低了机组启动成本，在节能降耗和环保效益方面对同类型的机组具有借鉴意义。
关键词：超临界机组；汽泵；启动；成本
Tang haicong
Guangdong Zhuhai Jinwan Power Company Limited,Zhuhai 519000,China;
Abstract：This paper introduces the method of using the steam pump to realize the whole starting of a domestic 600MW supercritical unit.It Can significantly reduce the power consumption of unit start-up process, save the start-up time of the unit, and shorten the start-up of the unit during the environmental parameters exceed the limit time.Greatly reduce the unit start-up costs, in terms of energy saving and environmental benefits of the same type of unit has reference significance..
Keywords：supercritical unit, Steam Feed Pump,Unit start-up ,Cost
近两年以来，随着国家经济增速的进一步放缓，电力需求增长缓慢，同时面临新能源机组的挑战，火电机组年利用小时数逐年降低，电厂盈利空间越来越小。与此同时，由于机组轮停造成机组启、停次数逐年增多，以2015年为例，某发电公司#3、#4机组两台机组启、停达到11次之多；2016年机组利用小时数将由2015年的4000小时进一步降低至3000小时左右，机组的调停次数将比2015年进一步增加，停机备用时间也将进一步增加。机组频繁启、停导致企业成本大幅增加。如何降低机组启动能耗成为电厂降低成本，提高盈利能力的重要环节，亦是火电厂普遍面临的新课题。
1 机组概述
某发电公司#3、#4机组锅炉采用上海锅炉厂有限公司生产的超临界参数变压运行螺旋管圈直流燃煤锅炉，汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的型号为N600-24.2/566/566的超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机；发电机为上海汽轮发电机有限公司生产的QFSN-600-2型。
给水系统如图1所示，由两台50%BMCR的汽动给水泵和1台30%BMCR的电泵组成。汽动给水泵为14×14×16A-5STGHDB型卧式、离心、多级筒型泵，采用迷宫密封，配套驱动小汽轮机为ND(Z)84/79/07型单缸、冲动、单流、纯凝汽式小机，额定转速5343r/min，一/二阶汽轮机临界转速2154/9324r/min，连续运行调速范围 2800～6000r/min，汽泵设置一台前置泵，前置泵马达额定电流 62.1A。电泵为沈阳水泵股份有限公司生产的8X10X14-6STGHDB型卧式、离心、多级筒体泵，采用机械密封，额定转速6200r/min，配套电机额定功率 8000kW，额定电流858A。
给水系统布置如图1所示，除氧器水箱内的水经过汽泵前置泵的进口电动隔离阀，经过前置泵增压后，冷态压力为1.25MPa，再送到汽动给水泵升压，再经过汽泵出口电动隔离阀到给水母管，经过高加后，再通过省煤器入口电动阀，送往锅炉，整个给水系统未设置调节型阀门。
2 启动方案与实践
通过汽泵实现机组启动过程，首先要解决小机启动汽源问题。该公司小机汽源如图2所示，共有三路：低压汽源为四段抽汽，高压汽源为冷再热蒸汽，另还有一路供调试用的辅助蒸汽（与低压汽源管路合并进行小机）。通过邻机供辅助蒸汽到本机用，辅助蒸汽参数为：0.75MPa/275℃，通过加强辅助蒸汽管路上的疏水，温度能提高到更高的程度，辅助蒸汽汽源压力和温度完全能与设计的低压汽源相匹配，满足小机启动和运行的需要。这为由临机提供辅汽驱动汽泵提供了可能。另外要求控制辅助汽源压力和温度相对稳定，可保障汽动给水泵运行和调节稳定性，便于给水流量的控制和调节，提高机组启动的可靠性。
机组整个启动期间给水流量变化较大，从水的100吨/小时到机组300MW负荷时的800吨/小时，由于电泵通勺管的开度和出口调节阀调节，电泵液力调速装置转速控制范围为12%～100%，最小转速可以在800r/min，电泵能实现全流量调节。而汽动给水泵转速控制范围小，根据该公司小机特性及运行数据，当转速低于1800r/min时，排汽缸鼓风严重，排汽温度过高，而该公司汽泵也无出口调节阀，给水母管上也无调节型阀门，同时也需要避开临界转速区，所以要实现汽泵全程启动，必须解决汽泵全流量区间控制的问题。
厂家推荐给水流量调节方法是使用主给水管道上的给水流量调节阀与汽动给水泵转速相结合的方法或者使用汽动给水泵出口阀或出口旁路调节阀与汽动给水泵转速相结合的方法。如果采用此方法，给水调节阀上百万的投资还有后期维护费用，是一笔不菲的投入。该公司在无需对现有设备进行任何改造、无需任何经济投入的前提下，成功实现了汽泵替代电泵启动技术。
针对小机转速低于1800r/min时排汽缸鼓风摩擦严重，排汽温度过高的问题，通过降低启动蒸汽压力，即辅助蒸汽压力，继而提高低转速期间的蒸汽流量，降低鼓风摩擦效果，运行数据显示，启动蒸汽压力降低至0.68MPa时，可能很好的控制小机低转速期间排汽温度不超过100℃，满足小机运行要求。由于辅汽压力一般设定0.75MPa，所以用辅助蒸汽作为小机启动汽源时，通过邻机将辅助蒸汽降压至0.68MPa左右。为避免辅助蒸汽降压对邻机产生影响，该公司计划在辅助蒸汽供小机调试用汽管路上增加一个压力调节阀，通过该压力调节阀灵活调节小机冲转汽源压力，并能实现汽源的在线无扰切换。
通过对汽泵进行了全区间调节试验，除临界转速区间小机振动偏高以外，给水流量调节稳定，小机转速与给水流量线性吻合较好。因此，只需要在小机临界转速以下时通过手动灵活控制转速与最小流量阀的开度，避开临界转速；小机临界转速以上时，可以完全实现给水流量的全自动控制。通过小机转速与最小流量阀的组合控制，能实现给水的全流量调节与控制。
2.1汽泵启动前的准备工作
因锅炉上水时锅炉MFT未复归，机组真空也未建立，小机不具备挂闸启动条件。在启动前置泵上水之前，需要热控解除机组停炉停汽泵保护、汽泵再循环阀全开保护、小机联跳前置泵及小机跳闸联关出口阀保护。
2.2锅炉上水阶段
启动一台汽泵前置泵（如A前置泵），汽泵保持在盘车状态，将这A汽泵出口电动阀的开度至20%左右，全开A汽示最小流量阀，调节给水流量在100吨/小时，给锅炉上水。锅炉上水完成后，全开A汽泵出口电动阀，此时给水流量约300吨/小时。再启动B前置泵，并全开最小流量阀和B汽泵出口电动阀，两台前置泵并列运行，通过最小流量阀调节给水流量600吨/小时，达到启动流量。将辅助蒸汽供小机的汽源（通过邻机将辅助压力降低至0.65MPa）进行暖管，在小机冲转前必须充分暖管，保证蒸汽过热度在50～56℃以上。
2.3升温升压阶段
锅炉按规点火升温升压，由于前置泵出口压力在1.5MPa左右，当锅炉分离器压力达到0.8MPa时，两台前置泵的压头不足以满足给水流量要求，随着压力的上升，给水流量开始下降，此时，将3A小机冲转至600r/min暖机，暖机完成后，继续升速至900r/min，给水流量开始上升，停运3B前置泵，完全通过3A汽动给水泵组带给水。
期间需要加强监视小机排汽温度，及时投入排汽减温水，防止小机排汽缸及排汽管支座变形。实践证明，辅助蒸汽压力设定在0.68MPa，实际运行在0.68~0.7MPa之间，3A小机低压调门开度控制在不小于10%。3A小机排汽温度变化情况如图3所示，3A小机转速达到600r/min时，排汽温度开始明显上升，在3A小机转速达到1412r/min时，排汽温度达到最高值90.74℃之后，3A小机排汽温度开始下降。
此后一直到机组并网前，均通过3A汽泵转速和最小流量阀组合调节给水流量，但需要留意以下三点：一是不要在小机临界转速停留，避免小机振动高；二是尽量保持最小流量阀在较大的开度运行，防止给水流量有振动时，能通过关小最小流量阀快速提高给水流量，达到跟电泵一样的快速调节效果，提高机组安全性。三是在留意3A小机低压调门的开度，因小机目前只有一路汽源可用，当3A小机低压调门开度达到60%以上时，适当提高辅助供小机的压力，以保持一定的可用余度。
当主蒸汽汽压升至4.5MPa左右时，3A小机转速在2300r/min以上，已经完全避开了临界转速共振区，此时可以将3A汽泵转速投自动，给水流量转入自动控制，如果3A小机转速下降靠近临界转速，可以通过开大最小流量阀提高小机转速，以避开共振区。分离器出口压力与小机转速对应关系如图5所示，图中分离器出口压力单位为kPa。
2.4并网后的操作
机组并网后，初负荷暖机期间，将3B小机的两路正常汽源暖和。机组升负荷至120MW时，就可以通过四段抽汽汽源将3B小机冲转至600r/min。经验数据显示，3A小机依靠0.7MPa压力的辅助蒸汽，能达到3900r/min转速，而小机低压调门开度为53%，对应给水流量880吨/小时，完全能满足机组50%负荷的需求。所以，在机组300MW之前，可以不需要并入3B汽泵，只需将3B汽泵冲转至备用状态即可。这即意味着，从机组并网至机组250MW期间，相对于通过电泵启动，无需给水泵的切换操作，给水流量调节区间广，极大的保证了锅炉过干态的安全性，加上高加随机投入，操作量大大减少，机组初负荷暖机完成后，只需要切换厂用电系统，就能将机组快速带至250MW以上，能快速满足脱硝SCR的投入条件，减少NOx排放，环保效益显著。相比通过电泵启动，至少能减少4小时以上NOx超标排放时间。
机组负荷250MW时，将3B汽泵并入给水控制。当#4段抽汽压力与辅助蒸汽压力接近时，将3A小机的汽源由辅助蒸汽切至#4段抽汽及冷再热蒸汽供，到此，完成通过汽泵启动机组的全过程。
3总结
采用传统的电泵启动，启动电耗将是一笔很大的成本开支。电泵在机组启动时运行时间长，若是冷态启动运行时间在15h以上，电泵额定电流858A，带启动流量时约700A左右，而汽泵前置泵额定电流仅63A，启动期间维45A左右。
以一次机组启动电泵运行15小时，电压为6.3kV，电流减少655A，按启备变外购电价0.69元/kWh计。故采用单台汽泵运行、电泵备用方式启动较电泵运行常规方式启动一次可节省外购电量100000kWh以上，减少支出近7万元/台次。
同时，由于有得机组快速启动，能显著缩短机组启动时间4小时以上，减少机组启动期间的投油助燃时间，减少环保参数超标时间和排放总量。每次启动降低燃油消耗15吨/台次，相当于节燃油成本近6万元/台次。此外还能节省不少排污费用。
该公司完全以原有设备为基础，无需对现有设备进行任何改造、无需任何经济投入的前提下，主要通过对设备、系统、参数优化组合、配置，由汽动给水泵实现全程启动。
大幅降低机组启动过程中的电耗，从而大幅减少电厂外购电量，减少燃油费用和排污费用。应用该启动方法，机组启动成本至少可降低15万元/台次，按一年两台机组启动10次计算，一年可累计节省支出150万元。降低启动成本的同时，还能减少电泵维护费用。汽泵上水减少了电泵、汽泵切换过程，减轻了运行人员操作量和操作风险，有利于加快机组启动速度。同时电泵启停速度快，作为备用可提高给水可靠性。经济效益和环保效益显著，有较好的推广应用价值。
参考文献
[1]肖大雏,国产600MW超临界火力发电机组技术丛书：控制设备及系统[M]，中国电力出版社.
[2]李建春等,汽动给水泵实现大型机组汽轮机启停的安全性分析[J],浙江电力，2006(05).
[3]顾伟飞等,600MW汽轮发电机组无电动给水泵启动[J],发电设备,2006(05).
[4]广东珠海金湾发电有限公司《集控运行规程》，2015第一版.
作者简介
汤海聪(1984-4-29)，男，助理工程师，2005年参加工作，从事火力发电厂集控运行工作。
论文作者:汤海聪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/19
标签：机组论文; 转速论文; 流量论文; 蒸汽论文; 压力论文; 电泵论文; 临界论文; 《电力设备》2017年第17期论文;