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    外高橋三期1GW超超臨界機組的節能技術

    日期:2017/5/5 11:42:02 瀏覽數: 來源:陽西電廠 作者:超級管理員 【 字體:

     

    外高橋三期1GW超超臨界機組的節能技術

    馮偉忠

    上海外高橋第三發電有限責任公司,上海  200137;

    摘要:外高橋電廠三期2×1000MW超超臨界工程,從設備選型及設計階段起,就著重關注節能減排和綜合性能的提高,在整個工程建設期間,圍繞節能減排為中心,開展了一系列的優化和技術創新,取得了突出的成效。選擇塔式爐并加以優化,爐效平均達94.44%,而其受熱面壓降小等優勢及空預器密封等的改進,零能耗煙氣脫硫技術的研發和實施等,顯著降低了汽輪機及給水泵的熱耗及風機的電耗。而鍋爐的節能啟動系列技術的開發應用,大大降低了機組啟動能耗。而對SIEMENS汽輪機主汽參數,四大管道壓降,汽輪機背壓等的設計優化,以及節能型抽汽調頻技術的開發,全容量單給水泵的配置及系統優化等,進一步降低了汽輪機及給水泵的熱耗。而抗SPE的系列技術的研究和實施,有效地保護了機組的效率水平。

    關鍵詞:超超臨界;節能減排;塔式爐;單給水泵;SPE

    工程概況

    外高橋電廠三期工程,建設兩臺1000MW超超臨界機組。主設備采用上海電氣集團引進德國ALSTOMSIEMENS技術生產的鍋爐和汽輪發電機。工程在2005923日開始第一臺鍋爐的基礎混凝土澆筑,于20071217日第一臺機組并網發電,并于2008326日完成168h試運行并投產,526日完成性能試驗。第二臺機組于427日并網發電,530日完成性能試驗,并于67日完成168h試運行。

    基于外高橋二期引進德國2×900MW超臨界機組工程成功建設的有利條件,三期工程的項目從策劃開始,就確定以二期工程為基礎,在技術和性能上延續并發展,瞄準世界最先進水平,使建成后的機組具有節能高效,潔凈環保,高可靠性,高可調性及高度自動化的先進性能,確保綜合技術和經濟性位于世界前列。

    事實上,還在二期工程的建設過程中,我們就下了大力氣對900MW超臨界機組逐系統逐設備的深入研究和消化,與此同時,認真吸取和借鑒國內外,包括二期工程超(超)臨界技術的發展經驗和教訓,對超超臨界技術存在的特殊問題和對策進行了超前研究,從三期工程的設備選型和設計階段起,就沖破重重阻力,大膽突破一些已不適應超超臨界技術發展的傳統規范和習慣,對于實踐證明存在問題或尚有優化空間的設備和系統,進行了全面的優化和改進。在此基礎上,我們把自主創新作為全面提高機組綜合性能的抓手,分解和瞄準各項世界最先進水平,重點圍繞節能減排這一主題,全面和深入的開展了一系列的創新課題研究(1),并在工程建設的各個階段果斷進行了實施,取得了一批具有自主知識產權的國內和國際領先水平的科技成果,使機組的綜合性能,特別是能耗水平,在剛投產時就達到和超過了建設目標。在200869日的上海節能減排國際博覽會上,外三電廠以領先的綜合優勢一舉摘得了最高獎——博覽會金獎。

    1、鍋爐及相關系統的節能

    鑒于二期900MW超臨界塔式鍋爐呈現出的明顯綜合優勢,三期工程選用了上海電氣集團引進德國ALSTOM技術生產的塔式鍋爐(2)。為一次再熱,分離器內置,螺旋水冷壁,滑壓運行,單爐膛四角切圓燃燒,露天布置,平衡通風,固態排渣煤粉鍋爐。但根據超超臨界的特點和容量的增加,以及二期鍋爐的運行和調試經驗(3),在鍋爐結構和系統設計,參數選擇等多方面進行了改進和優化。

    三期和二期鍋爐的主要設計差異如下:

    鍋 爐

       

        

    最大連續蒸發量

    2788 T/H

    2955 T/H

    主蒸汽溫度

    542 ℃

    605 ℃

    主蒸汽壓力

    24.955 MPa

    28 MPa

    再熱蒸汽壓力/溫度

    6MPa/568 ℃

    6.4MPa/603 ℃

    給水溫度

    272.6 ℃

    298 ℃

    設計啟動方式

    擴容啟動

    帶爐水循環泵啟動

    爐膛高度

    64m

    69m

    爐頂標高

    118m

    129m

    外高橋三期工程之所以堅持選用塔式爐,節能及運行安全性是最主要的考慮因素。

    1.1 爐效提升空間大

    基于塔式鍋爐多重的技術優勢,若調試及運行得當,其實際效率可遠高于合同保證值。三期的兩臺1000MW鍋爐,經多重優化和調整,如爐膛的設計高度在二期的基礎上提高5m,不但降低了爐膛出口溫度,減少了對流受熱面的結焦風險,顯著增加了煤粉的燃燒滯留時間,提高了燃盡率等。其性能試驗值高達94.36%94.51%。與合同保證值93.6%相比,相當于降低了機組煤耗2.5/千瓦時。即使在400MW的工況下,其實測效率也高于94%,這使得機組不但在額定負荷時有良好的經濟性,而且在低負荷下的運行經濟性也能得到有效保障。

    1.2 有利于提高機組效率和降低廠用電率

    1.2.1再熱器壓降小

    從汽輪機高壓缸排汽端至中壓缸進汽門,包括再熱蒸汽管系及鍋爐再熱器的系統壓降,部分吞噬了中壓缸入口蒸汽的做功能力。其壓降的大小,直接影響汽輪機的熱耗。按目前我國的設計規范,再熱系統壓降設計的控制值為高壓缸排汽壓力的10%,一般為再熱蒸汽管系及鍋爐再熱器的壓降各占一半。按SIEMENS1000MW汽輪機VWO工況的高壓缸排汽壓力6.4MPa為基數,則鍋爐再熱器允許壓降為3.2MPa,但該塔式爐再熱器的設計壓降僅為<2MPa,按SIEMENS提供的修正曲線,由于其再熱器壓降的相對減少,可使汽輪機熱耗下降9.6 kJ/kWh。

    1.2.2高壓汽水系統壓降小

    從省煤器進口至過熱器出口的壓降△PES,消耗的是電廠最大的輔機——鍋爐給水泵的功率。由于塔式爐對流受熱面均勻的煙氣流場提高了傳熱效率,故其省煤器、水冷壁及過熱器的總量僅為同等級П型爐的81.488.2%,這顯著降低了系統壓降△PES,實際的△PES3MPa,比同等級П型爐低1MPa以上。而額定工況下的給水泵的功耗達35MW,相應塔式爐△PES的降低導致給水泵的運行功耗下降約1.2MW 。

    1.2.3 煙氣系統阻力小

    塔式爐的對流受熱面均水平布置與爐膛上方,煙道截面與爐膛相等,煙氣流場均勻,阻力系數小。且由于傳熱效率高,其包括再熱器的對流受熱面的總量約為同等級П型爐的91.594.4%,故煙氣系統總阻力明顯小于П型爐。目前實際運行的鍋爐空預器排煙側(不含脫硝系統)負壓約-2KPa,比同等級П型爐低30%以上,從而降低了引風機電耗約1.6MW。

    需指出的是,通常鍋爐的熱效率考核中并不涵蓋上述這三項,但這些因素對機組運行效率的實際影響確是客觀存在的。

    1.3 設備及排煙系統的改進

    1.3.1空預器密封改進

    回轉式空預器是當今火電大機組鍋爐配置的首選,但漏風率較大一直是該型空預器的主要問題。而較大的漏風首先導致了各大風機(送風機,一次風機,引風機,脫硫增壓風機)電耗的急劇上升,其次是降低了空預器傳熱效率從而使鍋爐效率下降。

    外高橋三期工程在建設過程中,為降低空預器的漏風率,研究開發了一種全向柔性密封技術,這種密封裝置是在不改變原有設備結構的前提下,加裝磨損率可控的接觸式柔性密封,能使漏風率顯著降低。該技術首先在第一臺鍋爐空預器的冷端上應用,取得顯著成效,漏風率的性能試驗值為4%,廠用電率(不計脫硫)為3.01%,在對熱端和軸向密封全加裝后,廠用電率進一步下降至2.7%(不計脫硫)。與此同時,鍋爐熱風溫度也明顯上升,相應提高了鍋爐熱效率。該項創新,降低了機組煤耗約2/千瓦時。

    1.3.2 零能耗煙氣脫硫

    外三工程配套同步建設的煙氣脫硫系統,采用了目前技術最為成熟的石灰石-石膏濕法脫硫,由北京博奇公司供貨。一般的這類系統,需耗用約1%以上的廠用電,對于年計劃發電量120多億度,耗原煤400多萬噸的電廠,1%的能耗也是個巨大數字。因此,此類系統實際為耗能減排。為實現真正意義上的節能減排,我們開發了零能耗脫硫技術。

    零能耗脫硫技術主要涵蓋了以下兩個方面:

    一是通過改進工藝和運行方式,盡可能降低系統能耗?;谏虾5拇髾C組必須參與大幅調峰運行(40%100%)的現實,還必須特別關注機組中、低負荷運行的經濟性。通過改進煙道及控制系統設計,根據不同的負荷,實現引風機和增壓風機的聯合調度運行。最少時,可全停增壓風機并只開一臺引風機,加之空預器密封問題的破解顯著降低了煙氣量,從而大大降低了各負荷段的風機,尤其是增壓風機和引風機的用電率。另外,根據煙氣SO2的不同濃度及負荷,停開部分漿液循環泵等,使脫硫系統在額定工況下的耗電率降至0.75%以內。

    二是利用不配置GGH的有利條件,研發并加裝了鍋爐排煙熱能回收裝置,并將這部分熱量送回熱力系統替代汽輪機抽汽加熱凝結水,以提高機組效率。這一技術的關鍵之一是防止熱能回收裝置的煙側低溫腐蝕及積灰堵塞,通過合理的選擇材料及運行壁溫控制,以及優化裝置的設置點及吹灰方式等,這些問題得到了很好的解決。從該系統在20096月中旬投用至今,未出現上述問題。根據性能試驗結果,該系統降低了機組煤耗2.71/千瓦時,脫硫吸收塔的水耗下降45/小時以上。因此,該系統實際的運行成效不光實現了脫硫系統 零能耗,還略有盈余。其收益兩年左右便可收回全部投資。

    1.4 鍋爐的節能啟動系列技術(4)

    大型超(超)臨界機組的啟動,需要消耗大量的水、電、油、煤、蒸汽等資源,時間長,且這一階段的風險遠遠高于機組的正常運行時期。為防止粘性油煙對除塵裝置的污染,純燃油及煤油混燒階段不宜投除塵器,從而又顯著增加了這一階段的污染物排放。

    通過對國內外直流鍋爐不同啟動方式以及相應的優、缺點和存在問題的深入研究,在理論上取得了一系列的重大突破。在此基礎上,我們對傳統的機組啟動方式進行了全面的顛覆和創新,研究并設計出了一整套全新的啟動技術,取得了卓有成效的成果。如:

    1.4.1不啟動給水泵、靜壓狀態下的鍋爐上水及不點火的熱態水沖洗

    這種水沖洗技術不用啟動給水泵,也不用點火加熱,節約了大量的燃料和廠用電,并且操作簡單,可控性好。由于沖洗的水溫高,且整個被沖洗受熱面內的沖洗介質均處于汽水兩相流,極大地改善了沖洗效果。

    1.4.2 直流鍋爐蒸汽加熱啟動和穩燃技術。

    采用這一啟動技術后,耗油量下降了一個數量級以上。該方法不僅將鍋爐由原來的冷態啟動轉為熱態啟動,并且使煙風系統的運行條件更優于熱態啟動,極大地改善了鍋爐的點火和穩燃條件,創造了最低斷油穩燃負荷<20%BMCR的世界紀錄,顯著提高了鍋爐的啟動安全性。

    1.4.3 取消爐水循環泵的低給水流量疏水啟動,

    這一技術大大簡化了啟動系統和運行控制,提高了安全性和可靠性,減少了啟動損失。但仍具有常規帶爐水循環泵鍋爐的極熱態啟動時間短,損失小的特點。

    新啟動技術的成功應用后,整個啟動操作過程明顯簡化,啟動能耗大幅降低,特別是廠用電及點火助燃用油呈數量級下降,而安全性則得到顯著提高。兩臺鍋爐從點火沖管起直到完成全部調試和試驗項目并通過168滿負荷試運行,累計用油僅為1030噸。與外高橋二期2×900MW機組調試期用油21000噸相比下降了20倍。

    2、汽輪機及相關系統的優化和節能

    基于外高橋二期900MW SIEMENS汽輪機所表現出的優異的技術性能和效率優勢(5),以及其超超臨界汽輪機的設計改進,經比選,外高橋三期采用了上海電氣引進SIEMENS技術的1000MW單軸、四缸四排汽、雙背壓汽輪發電機組。

    三期和二期汽輪機的主要設計差異如下:

    汽輪機

       

        

    額定功率

    900MW

    1000MW

    額定蒸汽流量

    2537 T/H

    2738.6 T/H

    調門全開功率

    980 MW2788 T/H

    1059.97 MW2955 T/H

    調頻方式

    調門預節流

    調門及補汽閥節流

    主蒸汽溫度

    538 ℃

    600 ℃

    額定主蒸汽壓力

    23.96 MPa

    25.86 MPa

    再熱蒸汽溫度

    566 ℃

    600 ℃

    回熱抽汽級數

    7

    8

    設計背壓

    單背壓  4.9 kPa

    雙背壓  4.19/5.26 kPa

    設計熱耗

    7602 kJ/kWh

    7320 kJ/kWh

    在對該型汽輪機的設計特點進行了進一步的分析和研究發現,從提高機組的運行效率出發,其設計參數和運行控制方式等仍存在較大的優化和改進的空間(6)。

    2.1 主蒸汽參數及運行調節方式的優化

    SIEMENS的超(超)臨界汽輪機均采用了無調節級設計,基本的運行方式為滑壓運行。為進一步提高調頻運行的經濟性,其為中國市場推介的超超臨界機型采用了所謂補汽閥的調頻和過負荷調節技術。與其他機型相比,增加了一個第五級動葉后的中間進(補)汽口。在主汽閥前與該進汽口之間連有一個補汽調節閥。在額定設計工況(主汽流量)以上為定壓運行,該補汽閥逐步打開直至最高負荷。而在正常負荷范圍內,該機型的主調門及補汽閥均參與調頻。通過開啟補汽閥或關小主調門來響應加(減)負荷。顯然,當補汽閥打開時汽輪機效率會顯著下降。在額定設計參數下的最大功率1060MW(相當于夏季工況的1017MW)時,主汽流量達額定功率時的1.08倍??梢娖溲a汽閥打開后的功率增量效率極低。另外,若在調頻運行過程中頻繁開啟補汽閥并在小開度下運行,極易造成沖蝕和泄漏,導致永久性的效率損失。

    為避免一般情況下開啟補汽閥,針對補汽閥作用的兩種情況,對設計參數和控制方式等作了如下優化和創新:

    2.1.1 過負荷調節方式優化:

      將主蒸汽設計壓力由26.25MPa提高為27MPa,并將此壓力作為補汽閥的開啟點。

      27MPa作為夏季最高冷卻水溫時1000MW的滑壓運行壓力,在>1000MW后補汽閥開啟并轉為27MPa定壓運行方式。

      滑壓與定壓(開補汽閥)的分界采用壓力準則。汽機主汽門前壓力≤27MPa采用純滑壓運行,與負荷及冷卻水溫等無關。按此準則,平均冷卻水溫時的最高滑壓功率達1043MW。且冷卻水溫低于平均值時,最高滑壓運行功率更高。

    事實上,由于機組綜合優化的效果很好,實際汽耗明顯低于設計值,在夏季最高循環水溫(33℃),滿負荷的主蒸汽壓力也只有26.6MPa。因此,在整個高溫季節,均不必再開啟補汽閥。

    2.1.2 開發節能型抽汽調頻技術(7)

    針對正常負荷段的汽輪機調頻運行,研究開發成功節能型抽汽調頻技術。該方法的著眼點是改變汽輪機的調頻原理。通過調節凝結水流量,間接的同步改變各級低壓回熱抽氣量,從而達到汽輪機暫態功率調節的目的(而后由鍋爐燃燒調節系統跟進)。用此方法,可使主調門全開,補汽閥全關,消除汽輪機進汽節流損失。

    采用凝結水調頻法反應速度快,功率調節范圍相對較大。當然,這種調頻方式的技術要求很高,這里包含該調頻方式與鍋爐燃燒控制系統的協調,對原有的凝汽器水位,除氧器水位調節系統以及機組的協調控制系統等都要進行相應的改進等。從外高橋三期兩臺機組的實踐來看,新的調頻方式獲得了成功。目前,機組的加(減)負荷的速率能達到和超過1.5MW/min。

    經測算,上述的這兩種優化和創新措施,約可降低機組實際運行煤耗約1.5/千瓦時。不過在性能考核試驗中,這些效益并不會得到體現。

    2.2 “四大管道系統”設計優化

    2.2.1 再熱系統管道設計優化

    如前所述,再熱系統壓降的減少將提高機組的運行經濟性。因此,外三工程在設計階段,將降低冷再熱再管道系統的壓降,作為設計優化的一項重要內容。這里主要采取了兩項措施,一是基于冷再熱管道(P11)的材料價格遠低于熱再熱管道(P92)的特點,適當增大冷再熱管道的管徑。另外,幾乎所有90°轉彎處均采用≥3D的彎管,以替代傳統設計中習慣采用但價格昂貴的1.5D鑄鋼彎頭,據報價,這兩者的價格差異達5倍以上。

    再熱系統的設計優化獲得了三重效益:彎管的造價遠低于彎頭,明顯降低了四大管道的總造價,同比下降約20%;⑵≥3D的彎管的局部阻力系數大大低于1.5D彎頭,有效的減少了管系的壓降。機組投產后,在額定工況下的再熱系統(包括鍋爐再熱器)壓降實測為6.7%,完全達到了優化要求。根據SIEMENS提供的效率修正曲線,汽輪機的熱耗將因此下降18kJ/kWh;1.5D的管件彎頭相比,>3D的彎管在運行時產生的振動能量將明顯下降,這更有利于管系的安全運行。

    2.2.2 主蒸汽和給水管道設計優化

    與再熱系統管道優化的同時,主蒸汽管和主給水管道系統亦采用了≥3D的彎管設計,有效地降低了管系的壓降,從而使給水泵的耗功亦相應下降,同時也提高了管系的運行安全性。

    2.3 汽輪機背壓優化

    除采用雙背壓外,通過對外高橋區域長江水溫的統計顯示,年平均水溫為18.75℃,考慮增加2×1000MW機組的溫排水后的區域溫升,三期的設計平均循環冷卻水溫定為19℃,經核算,設計背壓可從4.19/5.26 kPa下降為3.86kPa/4.88kPa,熱耗則可下降19 kJ/kwh。

    給水泵汽輪機單獨設置凝汽器,排汽不再進入主機凝汽器。即降低了傳熱強度,亦減少了凝汽器汽側的流動壓降,相應又可降低背壓和端差,進一步提高了經濟性。

    3、給水泵及系統的優化和節能

    給水泵是發電廠最大的輔機,1000MW機組額定負荷時的給水泵功耗達35MW,其一個百分點的能耗下降就頗為可觀。而在直流爐的啟動過程中,特別在新機組的啟動和調試階段,由于頻繁的啟停,其累積耗能數量巨大。外三工程通過對二期工程給水系統的配置、調試和運行情況的分析,參考美國、德國的大型超(超)臨界機組的給水系統設計和運行經驗,在給水系統的配置和系統設計方面作了大幅度的優化。

    3.1 給水泵配置優化

    外三在中國首次采用100%汽動給水泵,自配獨立凝汽器,可單獨啟動,取消電動給水泵。其啟動汽源取自相臨機組(或二期)的冷再熱蒸汽。

    傳統的給水泵配置,如二期的2×50%汽動給水泵+1×40%電動給水泵,在機組的啟動階段,采用功率為14.4MW的電動泵進行鍋爐進水、冷態和熱態水沖洗以及鍋爐的啟動等,消耗的是高價值的電力,而在鍋爐點火后所產的蒸汽,卻通過旁路系統直接送入凝汽器而白白浪費。即使在機組并網后加負荷直至旁路全部關閉,相當數量的蒸汽熱能都被白白浪費。

    采用單汽泵配置后,機組啟動階段給水泵所耗能源為臨近汽輪機已作過功的高壓缸排汽而非高價值的電力。而一旦鍋爐產汽后,給水泵汽輪機的汽源即可適時切回本機(冷再熱蒸汽),相當于回收利用了部分原本通過低壓旁路排向凝汽器的蒸汽。這就大大降低了機組啟動階段的能耗。

    3.2 采用高效小汽輪機

    從可靠性和節能的角度出發,外三最終選用了德國ALSTOM的給水泵專用小汽輪機,該小汽輪機的保證效率高達86.7%,比外高橋二期的小汽輪機81%的名義效率還高出5.7%。與常規兩個調門的配置不同,該機還增加了一個汽源為冷再熱蒸汽的調門及對應的調節級。如圖:

    外三機組配有100%高壓旁路,給水泵的設計容量要包括旁路噴水(約增加16%)。這使得若采用常規小汽輪機,當主汽輪發電機運行于額定工況時,給水泵卻反而遠低于設計點,其中一個調門將處于嚴重節流狀態,從而使實際運行效率又大大低于名義值。

    ALSTOM的專用小汽輪機,可設定為在機組額定工況時,對應第5級抽汽的兩個調門全開,第三個調門則在超過額定負荷時補汽,并在機組FCB等工況(汽輪機抽汽消失)時承擔全部的功率。因此,機組在額定工況時的運行效率能達到最大化。

    1 給水泵汽輪機調門及調節級噴嘴配置

    3.3 汽動給水泵組低速啟動及全程調速運行

    常規的給水泵汽輪機,均存在最低運行轉速,若用于機組啟動及低負荷運行,需采用給水泵出口調節閥及最小流量閥聯合調節的方法。調節和控制復雜,能耗高。針對這些問題,外三研究并試驗成功汽動給水泵組低速啟動及全程調速運行技術,這不僅大大降低了鍋爐啟動時的能量損耗,還提高了機組效率,極大地簡化了系統控制策略,也消除了最小流量再循環閥的沖蝕泄漏風險,提高了設備運行安全性。

    從第一臺機組調試起到兩臺機組先后投產直至今日,給水泵及系統顯示出了極高的啟動和運行的靈活性和可靠性,到目前為止,從未發生一起因給水泵引起的機組強停。通過性能試驗證實,汽動給水泵實際的運行熱耗比設計值更低,與其他同類機組相比,該汽動泵相當于使機組煤耗降低約0.8/千瓦時。

    4、超超臨界機組的效率保護(8)

    作為超超臨界機組,隨著蒸汽參數的提高,特別是溫度的提高,新的技術問題和矛盾也伴隨而至。而這其中的一個突出問題——管道的蒸汽側氧化及由此引起的固體顆粒侵蝕(SPE對機組的安全和經濟運行產生了嚴重威脅。該問題較多發生在機組的啟動階段,因鍋爐受熱沖擊引起管子汽側氧化鐵剝離,剝離的氧化物視情況不同,或在管內沉積,或隨蒸汽運動并形成固體顆粒。在爐管內沉積嚴重的會發生爆管。而隨蒸汽運動的固體顆粒會造成汽輪機葉片的侵蝕,使其內效率出現不可逆性永久性下降。另外,啟動過程中的固體顆粒還會侵蝕旁路閥的密封面,使其產生泄漏并將一部分蒸汽直接短路,從而降低了電廠效率。

    如何防治管道的蒸汽側氧化及由此引起的固體顆粒侵蝕問題,阻止效率下降,也是一種具有重要意義的的節能。不過,這牽涉到主設備選型、系統設計、安裝調試、運行方式及控制理念等諸多環節,需要進行全方位和全過程的綜合防治。三期工程一開始,我們就開展了深入且有針對性的研究,取得了一系列的成果,制定出了一整套的綜合防治措施。這些措施在工程建設中得到了嚴格的貫徹。

       

      

    2 氧化物在爐管內的沉積和固體顆粒對汽輪機葉片及旁路閥芯的侵蝕

    例如,合理的選擇主設備型式;對于塔式爐,與布置有U型對流受熱面的П型鍋爐不同,其所有對流受熱面均水平布置,傳熱溫差小,氧化速率低,且啟動階段產生的氧化鐵剝離物等極易被蒸汽沖走。再者,配置大容量旁路系統;使其能在機組的啟動過程中將大部分固體顆粒直接排入凝汽器,緩解汽輪機的固體顆粒侵蝕?;谂月纷陨碓诖诉^程中也會受到侵蝕,并且其泄漏點會在蒸汽及固體顆粒的高速沖刷下不斷惡化的情況,我們研究出了新的旁路系統配置設計和控制方式。有效的解決了旁路的侵蝕問題,同時還能縮短機組的啟動和帶旁路運行過程。在此基礎上,進一步研究開發了機組啟動過程中的高動量沖洗技術,以盡最大可能剝離氧化皮,并將自由狀態的氧化皮及顆粒物,包括低流速區的滯留物徹底清除,并直接送至凝汽器。徹底杜絕機組在高溫及高負荷情況下系統內氧化皮及顆粒物的再次析出,從而確保機組的安全性和經濟性。在機組第一次啟動并采用這一技術過程中,在主蒸汽達到最高動量的維持階段,凝結水含鐵量從108.7μg/L急劇上升至1756.0μg/L并出現混濁,事后停機檢查時,在凝汽器內清理出約20kg含鉻的氧化物。試想這部分硬質氧化物如果在運行中進入汽輪機,將會發生怎樣的嚴重后果。目前,高動量沖洗技術已作為外三典型的啟動方式,據統計,每次啟動約能在凝汽器內收集到約4 kg含鉻的氧化物。

    再如,鍋爐的啟停并因此受到的熱沖擊是產生此類問題的最主要環節,因此,如何避免鍋爐的不必要啟停是防止氧化皮剝落及固體顆粒侵蝕的有效手段。為此,在三期中,我們按照在故障時盡可能不停鍋爐的原則進行設計,這包括停出線不停電(FCB),停電不停機,停機不停爐等。另外,熱控系統的MFT誤動也是產生此類問題的主要禍首,而從外高橋一期工程起,我們已積累了一套降低保護誤動率的方法,收到了很好的成效。在三期中,為進一步降低熱控保護的誤動率,我們研究開發了熱控智能保護系統,目的是能攔截熱控保護的誤動(拒動)信號。在2008年的725日,已成功的攔截了一次保護誤動信號。

    5、結語

    5.1 蒸汽氧化和固體顆粒綜合防治的成效

    外高橋三期的1000MW機組,從200710月第一次點火沖管到20086月兩臺機組全部投產,直至運行至今又一年多時間,鍋爐的對流受熱面從未發生異物(氧化皮等)囤積堵塞造成的超溫過熱以及爆管。汽輪機高、中壓缸也都未發現有效率下降的跡象。

    5.2 汽輪機的性能試驗熱耗

    上述鍋爐汽水系統壓降的減少,主蒸汽、再熱蒸汽和給水系統管道壓降的優化,以及汽輪機背壓的優化等,都會貢獻于減少給水泵汽輪機和主汽輪機的熱耗,而給水泵汽輪機的工作蒸汽取自主汽輪機的抽汽,其降低消耗和提高效率,最終也反映在主汽輪機的熱耗上。經性能試驗,兩臺主汽輪機的熱耗分別為7239kJ/kWh7241kJ/kWh。比合同保證值7320kJ/kWh平均降低80kJ/kWh,相當于降低機組煤耗3.2/千瓦時。

    5.3 機組實際運行煤耗情況

    兩臺機組分別于2008326日及630日投入商業運行至年底,平均負荷率75%,累計供電煤耗為287.44/千瓦時。而2009年的上半年,平均負荷率69%。累計供電煤耗僅為282.57/千瓦時。而基于第一臺機組的脫硫煙氣熱能回收系統剛于今年的6月中旬投運,第二臺還將于今年11月建成并投用的情況,預計明年同期的運行煤耗會更低。

     

     

         

    [1] 馮偉忠.1000MW超超臨界機組的綜合優化和技術創新[J]. 上海電力,2007,5441-446。

        FENG Wei-zhong,Comprehensive optimization and technology innovation for 1000MW Super-supercritical power generation units. SHANGHAI ELECTRIC POWER. 2007.5, P441-446。

    [2] 馮偉忠.900MW超臨界塔式鍋爐技術特點及分析[J].動力工程,2006,261):15-21。

        FENG Wei-zhong. A 900MW supercritical tower boiler’s technical characteristics[J] Journal of Power Engineering,2006,261):15-21。

    [3] 馮偉忠.900MW超臨界塔式鍋爐調試特點及運行情況分析[J]動力工程,2006,261):15-21。

       FENG Wei-zhong. Commission Adjustment and Opration of a 900 MW Tower Type Super-critical Boiler. 2006, 26(2), P180-184,195。

    [4] 馮偉忠.外高橋三期工程調試期的節能與技術創新[J]. 華東電力. 2008, 6:P1-5。

      FENG Wei-zhong. Technical innovation of energy-saving and emission-reducing during debugging of 1000 MW ultra-supercritical units of Waigaoqiao III-stage engineering project[J]. East China Electric Power. 2008, 6:P1-5。

    [5] FENG Wei-zhong. Performance Characteristics and Their Analyses of 900MW Supercritical Steam Turbine.

    VGB PowerTech, Germany. Jul,2007, P3236。

    [6] 馮偉忠.1000MW超超臨界汽輪機蒸汽參數的優化及討論[J]。動力工程,2007,273),P305309,331。

       Feng Weizhong. Discussion and Optimization of Steam Parameters of 1000 MW Ultra-supercritical Steam Turbine[J]. Journal of Power Engineering,2007, 273),P305309,331。

    [7] 馮偉忠.1000MW超超臨界汽輪機綜合優化及成效[J]. 電力建設. 2009.5. P4246。

       FENG Wei-zhong. Comprehensive Optimization of 1000 MW USC Steam Turbine and Its Effects. ELECTRIC

     POWER CONSTRUCTION. 2009.5. P4246。

    [8] Feng Weizhong. Comprehensive Prevention of Steam-side Scaling & Solid Particle Erosion (SPE). Supercritical Coal: Operation Experience & Technology Developments. Institution of Mechanical Engineers, 2007.1 London。



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