百万级上海汽轮发电组——东方锅炉配置机组小旁路甩负荷工艺技术研究与应用

陆 杰

(上海电力建设启动调整试验所，上海 200031)

中国能源的资源总量和构成、建设小康社会对能源的需求以及当前我国的能源利用效率水平都决定了我国必须要大力推进经济增长方式的转型。当前，节约一次能源，减少有害废气排放，降低地球温室效应是各级政府和各类企业十分关注和高度重视的问题。通过提高火电机组的蒸汽参数，从而提高其热效率并减少废气排放是实现节能减排的有效途径之一[1-3]。为了提高发电效率，根据国家规划，不断降低生产总值能源消耗，并提出高效、节能和环保的要求，因此我国发电机组逐步进入大容量、高参数的发展阶段，1 000 MW等级超临界发电机组正逐渐成为主导我国电源建设和发展的主力机组，并且正在加快淘汰落后的小火电机组[4-5]。

在超超临界机组快速发展的背景下，大容量机组出现负荷较大的变动时势必会对电网造成较大的影响，因此其主机设备的安全可靠性也就越来越重要。而汽轮发电机组正是超超临界机组的核心主机，其动态调节的稳定性对机组的安全生产起到至关重要的作用，甩负荷试验正是考验汽轮机调节系统对转速的控制能力，检查汽轮机调节系统的品质，预防机组超速飞车的重要手段。自《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程》颁布以后，甩负荷试验就得到了广泛的开展，并且随着《火电机组达标投产考核标准》的颁布而成为基建达标的重要要素之一。

我国目前大多数1 000 MW超超临界机组都配置了100%BMCR高压旁路和65%BMCR低压旁路配置。这种容量配置的旁路系统既能用于各种工况的启动，也能满足机组大幅度甩负荷和停机不停炉的运行方式，但是大容量旁路的投资成本及维护成本相当大，性价比较低。随着国内外生产技术及工艺水平不断的提高，1 000 MW超超临界机组的旁路配置出现了40%小高旁配置，该旁路配置完全可以满足机组的启动及停机工况的要求，但对机组甩负荷等重要调试试验提出了更高的工艺要求。

1 研究与应用

火力发电厂旁路容量的大小会影响机组的启动时间，若容量偏小，汽温提高速度较慢，启动过程较长。但对于百万级机组，通常情况下年启动次数较少，故冷态启动中因旁路容量较小导致的启动时间长的负面影响并不显著。在某百万机组工程中，旁路采用40%小旁路配置，在过热器出口配置安全阀及PCV阀，锅炉屏过进口安全阀共6只、高过出口安全阀共2只、锅炉两侧过热器出口安全阀上游各布置1只PCV阀，总排放量为3 166.02 t/h，高旁40%蒸汽容量为1 196.52 t/h，而锅炉的最大蒸发量仅为2 991.30 t/h，所以小旁路配置1 000 MW超超临界机组理论上可以满足机组甩负荷功能。该工程采用侧煤仓布置方式，两台炉的原煤仓布置在两台炉的中间，这种布置方式拉近了汽机房和锅炉房之间的距离，缩短了主、再热蒸及给水管等热力管道的长度，降低热力系统的压力损失，提高了热循环的效率，同时减少了汽水系统的蒸汽容量，利于试验中快速降低锅炉压力，确保维持锅炉给水流量。对试验工艺可行性的研究，为小旁路甩负荷试验的技术工艺研究明确了方向并且奠定了基础。

1.1 主汽压力控制

根据汽轮机甩负荷导则，甩负荷应使锅炉不超压、锅炉不熄火。对于大型机组而言，在发生甩负荷的情况下，汽轮机调门响应速度极快，可以快速全关汽轮机调门以维持并响应汽轮机转速，而锅炉响应速度远小于汽轮机响应速度，并且锅炉存在较大的热惯性和燃料切除的迟缓性，同时锅炉需维持30%低负荷运行，确保锅炉不熄火，对于100%大旁路机组甩负荷发生时快开高旁，主蒸汽经高压旁路泄压后自动投入自动控制主汽压力，主汽压可以平稳的得到控制，而40%小旁路配置机组，其旁路容量仅为BMCR的40%，不足以满足主蒸汽压力释放，因此主汽压力的控制是关系到小旁路机组甩负荷成功与否的重要因素之一。

本工程配置40%高旁甩负荷为保证控制主汽压力可以从以下几点来考虑：侧煤仓布置缩短主再热蒸汽管道减少蒸汽容积；高旁和PCV阀控制释放锅炉蓄热量；锅炉燃料量快速降低。

本工程采用的是侧煤仓建设方案，侧煤仓布置方式可缩小A排到烟囱之间的距离，减少占地面积，煤仓间的容积小，机炉之间的距离短，减少四大管道的耗量，有较好的经济性，同时侧煤仓布置方式减少了主再热蒸汽管道容积，对于甩负荷试验主汽压力的快速释放也起到了非常重要的作用。根据现场实际布置方式，对比侧煤仓布置与常规煤仓布置所节约的主再热蒸汽管道在14 m左右，按照满负荷所对应参数，主蒸汽：26 MPa/600℃，再热蒸汽：再热蒸汽5.2 MPa/600℃，对于常规煤仓布置机组此部分所节约的工质对于40%小旁路配置机组维持锅炉压力，确保不超压起到了有利的作用。

在机组触发甩负荷工况前，提前开启高旁至10%保持预暖，防止高负荷高参数工况下给高压旁路带来的冲击以及高压旁路卡涩现象。PCV阀在甩负荷前也进行试拉试验确保无卡涩现象。在触发甩负荷工况后，高压旁路接受快开信号，维持3 s，快速泄去机组40%满负荷工质量，3 s后高压旁路自动投入自动，控制高旁快开前压力值。PCV阀则在甩负荷工况发生同时，手动开启泄压，根据锅炉说明书共可泄去约16%满负荷工质量。此时工质释放量仅为满负荷工况的56%对于甩负荷过程中主汽压力控制仍存在一定风险。为确保机组安全稳定的完成100%甩负荷试验，还须手动拉启过热器安全阀，根据过热器安全阀排放量，手动开启两个过热器安全阀可释放约23%满负荷工质量。

在机组触发100%甩负荷后，迅速停三台磨煤机，快速减少机组燃料量，机组维持两磨最低煤量运行，此时需要注意炉膛负压、锅炉总风量、一次风压等主要参数波动。40%高压旁路快开至100%(同时快开低旁)。在100%甩负荷工况触发同时快速开启PCV阀和主蒸汽两个安全阀后，机组最高主汽压力升至26.7 MPa，锅炉未超压，并且维持稳定直至汽轮机转速稳定。

图1为100%甩负荷工况主汽压力变化曲线。

图1 100%甩负荷工况主汽压力变化曲线

1.2 主汽温度控制

在机组发生甩负荷工况后，由于主再热蒸汽的快速释放，对于主再热蒸汽的温度影响非常大。控制主再热气温的温降速率，最重要的是给水流量的调节和主再热蒸汽减温水阀门的操作。

当甩负荷工况发生时，为保证锅炉不灭火，需维持锅炉燃料量和机组给水量，根据对主汽压力控制的分析，通过各调节方式可满足高负荷工况下主蒸汽的快速释放，因此在进行甩负荷试验时，将锅炉的燃料量最低降至45%，给水通过自动方式调节，给水流量控制的目标值为负荷所对应1 170 t/h。保证锅炉的燃料量稳定，防止主蒸汽温度下降过快，又可将给水流量远离锅炉省煤器入口流量低保护动作值而导致的锅炉MFT。

机组甩负荷发生时，机组会从干态运行逐步转至湿态运行。因此进行甩负荷前需做好炉水循环泵启动准备工作，在启动分离器逐步建立水位后，快速启动炉水循环泵并维持分离器液位，即可大幅降低省煤器进口温度的下降速率，对控制主蒸汽温度也起着非常重要的作用。

1.3 主要设备控制方式

1.3.1给水泵小机汽源切换

汽动给水泵正常运行汽源为四抽供汽，在发生甩负荷工况后，汽轮机为维持3 000 RPM，四抽压力快速下降，小机汽源切换速度若跟不上，汽泵转速急剧下降，将会直接导致锅炉MFT。在甩负荷试验前，提前将汽动给水泵汽源切至辅汽，辅汽由自身冷再汽源提供，老厂辅汽备用。对于汽动给水泵提供了相对稳定的汽源。提高甩负荷的可靠性，有效防止由于汽泵转速突降引起的给水流量低锅炉MFT现象的发生。

1.3.2除氧器汽源切换

除氧器正常运行汽源为四抽供汽，在发生甩负荷工况时，汽轮机仅维持3 000 RPM，四抽压力远远小于带负荷时压力，因此除氧器压力将突降，而除氧器温度的下降是缓慢的，若出现除氧器突然失压会导致除氧器汽化，将发生给泵大差压保护动作，锅炉触发MFT。为提高甩负荷试验的安全性，在机组甩负荷试验前，提前将辅汽至除氧器加热调门提前开启，将除氧器加热切至辅汽。

在发生甩负荷工况时，由于锅炉不停炉，因此可以充分利用冷再至辅汽加热汽源，既可以保证除氧器加热量，也可以帮助再热器的蒸汽释放，提高甩负荷试验的可靠性。

2 项目成果和效益

侧煤仓布置方案与常规炉布置方案相比，煤仓间总容积可以减少23 289 m3，工程造价节省772万元。所缩短的四大管道可节省材料总费用约为911万元。

机组甩负荷试验一次成功，并且实现了快速并网，机组继续带负荷运行，大大减少了机组启停机次数。而对于1 000 MW类型机组启动成本是相当高的。按照调试运行期间6 h启动计算，所需费用约为140万元。甩负荷试验一次成功避免机组跳机或停机，间接所产生的经济效益即可达到140万元。

3 结语

通过对甩负荷试验的工艺技术的研究与应用，某台1 000 MW机组50%、100%甩负荷试验均实现一次成功完成，实现了汽轮机不超速、锅炉不熄火、发电机不超压，同时还成功地在机组甩完负荷后快速并网升负荷，机组继续正常运行。由此所节约的启动成本，以及利用侧煤仓布置方式所节约的建设成本较高。百万级火力发电机组50%、100%甩负荷试验一次成功并且实现快速并网，还可提高机组在电网中的稳定性和可靠性，增强电网对该机组生产质量的信心，对于机组有着深远的影响。

参考文献：

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