浅谈铅锌公司国产化透平发电机的成功经验

张庆文

(江西铜业集团公司铅锌金属有限公司，江西 九江 332500)

1 引言

长期以来，我国工业企业余热回收发电几乎全部依赖进口发电机组，铅锌公司起初设计也倾向于采用进口汽轮机，当时设计院推荐了2家国际著名的汽轮机公司，设备概算480万欧元左右(约合人民币4800万元)，价格十分昂贵，并存在后续检修费用高及备件订货周期长等一系列问题。因此，讨论国产化设备是否能满足我们的需求且能否成功运行成了关键中的关键。

为了打破国外蒸汽汽轮发电机在技术和价格上的垄断，铅锌金属公司在进行了充分考察和可行性调研的基础上，决定与国内有实力的设备生产厂家合作，将该设备国产化替代。该项目若成功实施能直接节约设备投资约3700万元人民币，并且还有降低维修费用及缩短维修周期等可观的间接经济效益。

2 CRN10－3.6/0.785 型国产化透平发电机的简单介绍

CRN10－3.6/0.785型透平发电机既为抽汽式、中间再热冷凝型汽轮发电机[1]，装机容量为10MW、入口蒸汽压力为 3.6MPA、抽汽压力为0.785MPA的透平发电机，主要用于利用回收基夫赛特炉余热锅炉、烟化炉余热锅炉、沸腾炉余热锅炉产生的蒸汽来发电，并提供全厂低压用户所用蒸汽的设备。

3 CRN10－3.6/0.785 型国产化透平发电机运行中遇到的主要难点

由于该项目是首次运用，没有相关的借鉴经验，一切要靠摸索来完成。从透平发电机成功投入运行至今，不论是设备方面还是运行方面都遇到了诸多难点(表1)。

表1 具体事项和对策

4 实例分析

铅锌主工艺线产生的蒸汽压力较高，均在4.0 Mpa左右，并且是三大炉一起不间断吹炼产出蒸汽送往透平发电机发电，造成透平发电机的进口压力波动幅度较大(图1)。

图1 透平发电机蒸汽系统图

4.1 透平发电机组进口压力波动过大的危害与造成的效益问题

透平发电机的进口蒸汽量波动过大且透平发电机的运行控制为手动人为加减负荷，这样一来:

(1)很容易造成入口蒸汽压力过低，使得蒸汽带水进入透平发电机:①会造成主、再热汽汽温急剧下降;②使得透平机组振动增大，声音异常，并会造成水冲击现象;③透平机组各类阀门阀杆、法兰汽封等处大量冒汽，损坏设备;④使得负荷突然下降并造成负荷摆动，轴窜、胀差异常变化，推力轴瓦温度、回油温度异常升高等现象;⑤使得叶片产生严重的冲蚀损坏[2－4]。

(2)很容易使得蒸汽压力憋高，超过设计值并使得各个余热锅炉相互憋压，造成安全阀动作，影响整个主工艺的运行和余热锅炉安全。

(3)在管网蒸汽压力憋高时，为不影响主工艺的生产，往往都是把蒸汽排空，大量的蒸汽排空不仅产生噪音污染还造成蒸汽的浪费，直接影响透平发电机的效益。

4.2 分析原因并制定处理方案

经过多方的协同合作，得出造成该结果的原因主要有下面几点:

(1)烟化炉余热锅炉的产汽量波动比较大的(见表2)。

(2)三大余热锅炉的产汽周期不固定，使得蒸汽管网的流量波动比较大。

(3)三大炉子的汽包产汽压力设定都不一样，造成蒸汽管网压力漂浮不定。

(4)透平发电机组的运行模式为手动控制，不能及时的发现管网压力的变化趋势。

表2 为设计院设计各个余热锅炉的蒸汽参数

根据上述情况制定了处理的初案:

(1)要求烟化炉操作人员尽量避免产汽量瞬间大起大落，给动力中心操作人员留出一定的操作时间。

(2)协同合作;要求三大炉的吹炼周期尽量保持协调，以不造成蒸汽管网压力波动过大。

(3)统一三大炉的余热锅炉汽包压力设定。

根据多方协同处理，并经过多次的验证表明，光是处理外部因素还是不能达到我们的要求，透平发电机的入口蒸汽压力波动幅度还是很大。这时，我们把眼光转向了透平发电机组，是不是可以改变透平发电机的控制模式?比如把负荷控制改成功率控制或者压力控制?

4.3 方案的选择与实施

4.3.1 选择方案

根据我们的了解，国产的透平发电机的负荷控制模式都是手动控制，并没有出现过自动负荷控制的先例。但是，国外的大部分机组都能实现负荷的自动控制。为此，我们查找了大量的资料，最后从透平发电机的控制系统505E上面发现(表3)[5]:

表3 为505E上串级编辑说明图

从上表可以看出，其实505E是可以实行串级的自动负荷控制的，控制方式为串级控制。只是现阶段很多的控制功能未能得到发现和改善[6]。

表4 为具体的可修改程序

4.3.2 具体的实施

经过多次与厂家协商，并说明了管网蒸汽波动的问题和505E控制上的自动控制功能，分析了可行性。

当组态为非发电机运用时，转速PID始终以转速控制方式运行。而当组态为发电机运用时，发电机和电网断路器的状态决定了转速PID的运行方式。

当发电机和电网的断路器都闭合时，转速PID以机组负荷控制方式运行。在电网中并列运行时，给定值高于额定转速就能使负荷从0增加到100%。机组的负荷被转换成额定转速的百分比。

不等率% ×发电机负荷×额定转速=给定值变化

这说明:当机组在电网中并列运行时，转速给定值能从3000rpm调整至3150rpm使机组负荷从零增加到100%。

由此我们决定把透平发电机的运行模式修改为串级控制，当透平发电机成功并网后并带上一定负荷，汽机转速显示为3015rpm以上、负荷在967KW时，即可投入串级控制。

当透平发电机处于串级控制状态时，会根据我们所设的透平入口蒸汽压力值来调整负荷，使得入口蒸汽压力一直处于平稳的状态。

4.4 效果检查

跟踪运行了一个月，透平发电机运行十分的平稳，蒸汽管网压力放空次数为零、余热锅炉安全阀动作次数为零、透平发电机各项控制参数都在最佳的范围内;直接经济效益非常的可观(见表5、表6)。

表5 为2013年度透平发电机发电量、作业率、汽耗率的对比图

表6 汽轮机发电量、作业率及汽耗率一览表

5 结语

设备国产化一直是铅锌公司乃至集团公司一直所致力的目标，余热蒸汽发电的透平发电机一直以来都是以国外进口的为主，在有色冶炼行业里一直是半空白状态，这一课题开创了集团公司的先河，并最终取得了空前的成功。随着铅锌公司今后产能规模进一步扩大，发电量一定会随之增加，将为公司带来更加长期、可观的经济效益。

[1]冯慧雯.汽轮机课程设计参考资料[M].北京:水利电力出版社，1992，11:49－53.

[2]康松，杨建明，胥建群.汽轮机原理[M].北京:中国电力出版社，2000，9:7－9.

[3]毛国光.对600MW级汽轮发电机选型的一些看法[J].中国电力，1999(10):12－23.

[4]李冬梅.220MW空冷汽轮发电机转子通风结构CFD分析[J].东方电机，2006(01):31－55.

[5]Fitzgerald.505E Governor Installation and Operation Manual[M].CH8585018V1，1997:33－45.

[6]Fitzgerald.505E Governor Installation and Operation Manual[M].CH8585018V1，1997:21－25.