600MW超临界机组停机不停炉运行操作分析

邱少力

(福建省鸿山热电有限责任公司,福建 石狮 362700)

0 引言

某厂汽轮机为东方汽轮机厂引进日立技术生产制造的超临界抽凝供热汽轮机(型号:C600/476-24.2/1.0/566/566;型式:超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压抽凝式汽轮机,额定出力600 MW),单台机组额定工业抽汽量为600 t/h,最大工业抽汽量为900 t/h,抽汽参数P=1.0 MPa(a)、T=350 ℃,在厂内喷水减温至250 ℃后送往热用户,减温水量50 t/h,两台机组实际额定供汽量可达1300 t/h。该汽轮机采用复合变压运行方式,具有八级非调整回热抽汽,汽轮机的额定转速为3000 r/min。锅炉是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进三井巴布科克能源公司技术生产的超临界参数变压运行直流锅炉,单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉(型号:HG-1962/25.4-YM3)。锅炉燃烧方式为前后墙对冲,前后墙各布置3层三井巴布科克公司生产的低NOX轴向旋流燃烧器(LNASB),未设燃油系统。锅炉下层两套制粉系统使用烟台龙源电力技术有限公司开发研制的等离子煤粉点火及稳燃系统[1]。

机组在正常运行过程中经常会出现因汽轮机或厂用电系统异常造成的只需停机但无需停炉的操作。为了保证操作的安全便捷,通常将机组直接停运消除故障。若是故障能够在短时间内快速消除,做到只停机不停炉,使机组快速重新启动,则能节省运营成本,为供热安全生产提供一定的保障。

1 运行操作要点

1.1 机组停运前的准备

通过技术改造,在下层两套制粉系统(分别是A层制粉系统、D层制粉系统)上各安装烟台龙源电力技术有限公司开发研制的等离子煤粉点火及稳燃系统。为了保障机组低负荷时锅炉稳燃,提前对A/D层制粉系统的等离子进行试拉弧,确保其可用。对等离子系统的阴、阳极头进行检查,保证其寿命,使其能够长时间连续投运。

提前2 h使用辅助蒸汽预暖下层两台磨煤机热一次风管道暖风器及空预器吹灰蒸汽管道,使其保持热备用状态。对空预器吹灰系统进行详细检查,确保缺陷均已消除,可投入连续吹灰。

提前1 h对机组汽轮机盘车、交流启动油泵、交流润滑油泵、直流事故油泵、顶轴油泵进行试转,确保其可靠备用。现场确认高、低旁气源正常,处于随时可操作状态。高、低旁减温水管道处于热备用状态,保证随时可开启使用。降负荷操作前,退出机组主汽温度低联跳汽轮机逻辑保护,防止降负荷过程由于主汽温度低触发跳汽轮机。

1.2 机组停运操作分析

机组由当前负荷降至300 MW的操作。设定目标负荷为300 MW,负荷变化率不大于9 MW/min,主汽压变化率不大于0.7 MPa/min,根据负荷情况停止C、E层煤燃烧器运行,缓慢减少锅炉燃烧率,机组负荷随主蒸汽压力的降低而减少,目标主汽压降至约13.73 MPa。降负荷操作与正常停机一样,控制屏式过热器、高温过热器及高温再热器管壁温度温降率不超过1.5 ℃/min。降负荷过程中检查主机轴封压力正常,检查辅汽至轴封汽源处于正常备用状态。在机组减负荷过程中逐渐减少锅炉燃料量。负荷360 MW左右时,检查辅汽至轴封供汽调节阀及溢流阀自动调整正常,轴封母管压力及温度正常。当主汽压力小于16 MPa时,检查储水箱溢流调节阀在自动。

机组负荷由300 MW降至汽轮机打闸的操作。设定目标负荷为180 MW,控制负荷变化率不高于6 MW/min,主汽压力变化率不高于0.1 MPa/min,逐渐减少燃料,降低蒸汽温度,当一、二级减温水调节门全关后,退出一、二级减温水自动,退出再热蒸汽事故减温水。关注辅汽联箱的压力情况,及时切至辅汽联络供汽或由本机冷再进行供汽(辅汽联箱尽量由本机冷再自供汽)。

负荷250 MW时,将一台汽泵切手动,逐渐降低其出力,将给水负荷转移到另一台汽泵上,当待停汽泵不出水后,保持维持再循环方式运行。若不启电泵停机,则检查辅汽至A、B小机手动门全开,关闭待停汽泵出口电动门,停止待停汽泵运行;若启动电泵停机,并泵运行正常后,关闭待停汽泵出口电动门,停止待停汽泵运行,维持一台汽泵自动,电泵手动方式运行。

机组降负荷至240 MW以下,储水箱水位大于6700 mm时,关闭启动循环泵暖泵阀,启动循环泵运行,注意此时启动循环泵走再循环,运行时间不可过长,启动循环泵过冷水阀应正常开启。此时根据炉内燃烧情况及时投入A层燃烧器等离子进行稳燃,根据脱硝入口烟温变化情况及时退出脱硝系统,做好环保报备工作。停止供氨,稀释风机可根据临停消缺工期确定是否停运。将锅炉由干态转湿态运行,检查关闭储水箱溢流管暖管阀,打开溢流管路电动门,将溢流调节阀投入自动,投入扩容器减温水。

负荷降至180 MW后,开始对高、低旁系统进行充分的疏水暖管,保持系统处于热备用状态。厂用电切换完,进行反切缸操作,通过阀位控制与高旁的配合(关小阀位、开大高旁)维持主汽压的平稳。提前将通风阀(VV阀)打开并挂禁止操作牌。在反切缸过程中严密注意高排金属温度、轴向位移、胀差、振动的变化(尤其要注意#1、2轴承的振动,因高压缸不进汽后轴振变大可能需立即手动打闸,故在反切缸前提前向省调申请发电机解列,经其同意后开始反切缸操作)。投运高、低旁过程中应严密监视减温减压器后温度,若高旁温度大于290 ℃则及时投入高旁减温水,防止高旁后温度高(390 ℃)触发高旁快关。投运减温水应缓慢谨慎,防止出现水冲击。汽机打闸前,确保主蒸汽流量小于40%(679.2 t/h),高旁开度大于5%且低旁开度大于5%,建立蒸汽通道,防止触发汽轮机跳闸且主蒸汽流量大于40%锅炉MFT保护逻辑,确保总煤量小于75 t/h或总煤量大于75 t/h,高旁开度大于5%且低旁开度大于5%,防止触发再热器保护逻辑。

保留A/D磨煤机运行,控制锅炉总煤量50 t/h左右时进行打闸汽轮机操作。打闸瞬间要关注汽压的变化,通过旁路进行调整,维持主汽压平稳及储水箱水位的稳定。

1.3 汽轮机打闸后操作

锅炉侧调整的目的在于维持炉内燃烧工况的稳定,包括制粉系统、风烟系统、汽水系统的调整。制粉系统的调整要以汽温及壁温的下降速率为依据,小幅度降低煤量。汽轮机打闸后刚好两台磨煤机低煤量运行,风量要及时降低,加强监视火检强度的变化。关注磨煤机出口温度,及时投运磨煤机暖风器运行,防止磨煤机因出口温度低跳闸。风烟系统的调整,一次风压适当降低至8 kPa,保持上层两台磨煤机一次风通道的畅通,防止出现并列运行的一次风机失速。锅炉炉膛总风量控制在850 t/h左右,以增加炉膛辐射传热,减少后烟道对流传热。汽水系统的调整,观察过热器减温水、再热器减温水有无内漏现象,否则关闭其减温水手动隔离门。

汽机侧调整的目的是保证汽轮机组的安全停运,包括高低压旁路系统、TSI监视系统、轴封蒸汽系统、给水系统、小汽轮机机系统、氢气系统、凝结水系统。①高低压旁路系统。及时调整高低压旁路调节阀开度,保证锅炉通流量,防止出现再热器干烧,重点监视再热器壁温。调整过程中应与锅炉参数变化紧密配合,防止主汽压力波动引起储水箱水位大幅波动。②TSI监视系统。跟踪并记录汽轮机偏心、汽缸温度、汽缸膨胀、胀差、轴向位移等参数的变化情况(如高压缸内缸壁温温降速率在3 ℃/h左右,中压缸进汽室内壁壁温温降速率在5 ℃/h左右,偏心往往会有一个上涨过程)。③轴封蒸汽系统。高压轴封减温水不投,低压轴封减温水投入正常,轴封蒸汽温度平稳。④给水系统。尽量提高给水温度,及时投除氧器加热并在汽轮机打闸后重新投入#2高加来提高给水温度,以增加锅炉产汽量。⑤小汽轮机机系统。如果小机需要打闸,应破坏小机真空,及时退出小机轴封,关闭两台小机轴封进回汽手动门,防止出现小机冲转时振动超限。⑥氢气系统。及时关闭氢气冷却器冷却水进回水手动门,防止氢温过低。⑦凝结水系统。应注意除氧器、凝汽器的水位平稳变化,保持在正常范围内。

2 问题分析

2.1 壁温超限

整个停机过程中屏式过热器、高温过热器及高温再热器管壁温度均在正常范围内。垂直水冷壁出口管段右侧墙区域#875、#923、#911、#899、#887、#863、#851均出现不同程度的超温,其中#923超温时间最长达16 min,最大值494 ℃,与规定值450 ℃偏差达44 ℃,锅炉受热面壁温超限严重影响锅炉安全运行,甚至会引起锅炉爆管[2]。此次管壁超温刚好在后墙中层磨煤机停运后剩3台磨煤机运行,由于炉膛燃烧方式为前后墙对冲,在低负荷时磨煤机运行方式的调整对燃烧效果影响较大,故应将磨煤机平均负荷降至低限后进行中层磨煤机的停运。后墙中层磨煤机停运后总煤量维持在140 t/h,平均每台磨煤机的煤量为47 t/h,由于热负荷严重不均衡,出现火焰严重偏斜、垂直水冷壁超温现象。后续将前墙中层磨煤机煤量降低后,超温现象缓慢消失,故停运后墙中层磨煤机总煤量控制在120 t/h左右,停运后该台磨煤机的煤量应迅速转移至下层磨煤机,尽量维持前墙中层磨煤机一直在低煤量运行,保证垂直水冷壁不超温。

2.2 冲转参数控制

汽轮机打闸后至汽轮机冲转前,锅炉主再热蒸汽温度的控制关系着汽轮机重新启动时轴振、盖振、胀差的变化。由于停机时间较短,汽轮机缸温较高,属于极热态启动,主再热蒸汽参数控制不好将引起负胀差,甚至被迫打闸[3]。此次汽轮机停运时间为6 h,汽轮机打闸后主再热汽温分别稳定在532 ℃、526 ℃,高压缸调节级温度441 ℃,中压缸进汽室温度474℃,蒸汽温度略大于缸温50 ℃左右,有利于汽轮机的热态冲转。

2.3 锅炉燃烧控制

停机不停炉保留下层两台磨煤机低煤量运行,前提是将下层磨煤机相应的磨辊与磨盘间隙调大,防止低煤量运行导致磨煤机振动。由于单台磨煤机运行是对冲式燃烧方式,势必会造成燃烧的偏斜与不稳定,而该厂磨煤机最大出力为57 t/h,长时间磨煤机在高负荷下运行会降低锅炉燃烧的稳定性与安全性,故应尽量保持两台磨煤机运行,炉膛燃烧将更加均匀充分,锅炉负荷可调性更大、安全可靠性更高。

2.4 汽轮机反切缸控制

停机不停炉的操作关键在于反切缸能否顺利完成,该操作在锅炉转湿态、厂用电切换完后进行,维持主蒸汽压力稳定的同时调开高压旁路门,使主蒸汽顺利经过高低旁进入凝汽器。切缸过程由于汽轮机进汽方式的变化势必会引起汽机TSI画面中轴振、盖振、胀差、轴向位移参数的变化,故此过程应控制缓慢,发生参数突然变化时应立即停止操作,视情况将汽轮机打闸,保证设备安全。

3 结束语

对600 MW机组停机不停炉运行操作过程进行分析,讨论了停机前准备、机组停运过程、汽轮机打闸后等内容,提出在保证锅炉燃烧稳定的情况下安全有效地将汽轮机停运,为汽轮机或厂用电故障抢修争取时间。在停运过程中对锅炉侧受热面壁温、冲转参数、锅炉燃烧、汽轮机反切缸进行控制,有针对性地制定操作程序,将风险点告知运行操作人员,从而保证整个过程的安全可控。