蔡潔聰，吳煜忠

（1.浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310017；2.臺州發(fā)電廠，浙江 臺州 318016）

0 引言

某1000 MW超超臨界燃煤機(jī)組配置一次中間再熱、反動(dòng)式、四缸四排汽、單背壓、凝汽式汽輪機(jī)。2010年初機(jī)組進(jìn)行了對外供熱的管路改造，高壓缸部分排汽經(jīng)減壓后由輔汽母管供至低壓供汽管路。熱網(wǎng)投運(yùn)后，發(fā)電廠的熱效率及經(jīng)濟(jì)性得到了較大提高，但由于高壓缸排汽點(diǎn)至供熱管路存在近4 MPa的壓降，節(jié)流損耗較大。2011年初采用回?zé)崾叫∑啓C(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備技術(shù)，利用部分一級再熱器出口的蒸汽進(jìn)入2臺背壓汽輪機(jī)（簡稱背壓機(jī)）做功帶動(dòng)2臺引風(fēng)機(jī)工作，背壓機(jī)排汽代替原有的冷再汽源對外供熱，使得蒸汽能量的利用效率得到了提高。本次汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)改造采用原有的2臺50%額定機(jī)組負(fù)荷的引風(fēng)機(jī)，并配置1臺與原有引風(fēng)機(jī)參數(shù)相同的50%額定機(jī)組負(fù)荷的電動(dòng)啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)。

汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)改造項(xiàng)目于2011年5月結(jié)束并順利投產(chǎn)，熱力性能考核試驗(yàn)表明機(jī)組在1000 MW負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)的年收益可達(dá)到627萬元。不過實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)由于背壓機(jī)選型過小，滿負(fù)荷時(shí)背壓機(jī)進(jìn)汽調(diào)門開度很大，調(diào)節(jié)裕量非常小，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的出力受到了限制。

1 單臺汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)最大出力試驗(yàn)

單臺汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)最大出力試驗(yàn)選擇汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)A進(jìn)行。試驗(yàn)前機(jī)組負(fù)荷為500 MW，3臺磨投入運(yùn)行；汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)A、電動(dòng)引風(fēng)機(jī)C、2臺送風(fēng)機(jī)、2臺一次風(fēng)機(jī)、2臺空預(yù)器運(yùn)行，脫硫系統(tǒng)撤出，背壓機(jī)A排汽至除氧器，DCS（分散控制系統(tǒng)）采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)時(shí)，將引風(fēng)機(jī)C進(jìn)口調(diào)節(jié)擋板自動(dòng)撤出，引風(fēng)機(jī)A進(jìn)口調(diào)節(jié)擋板自動(dòng)投入，逐漸關(guān)閉引風(fēng)機(jī)C靜葉，引風(fēng)機(jī)A進(jìn)口調(diào)節(jié)擋板開度自動(dòng)增大。當(dāng)引風(fēng)機(jī)C進(jìn)口調(diào)節(jié)擋板開度減至18.1%時(shí)，引風(fēng)機(jī)A進(jìn)口調(diào)節(jié)擋板開度增至56.1%，此時(shí)背壓機(jī)轉(zhuǎn)速恒定在5378 r/min，背壓機(jī)A調(diào)門開度已至96%，基本沒有余量，該負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)A出力已經(jīng)達(dá)到最大。繼續(xù)減小引風(fēng)機(jī)C進(jìn)口調(diào)節(jié)擋板開度至16.8%，背壓機(jī)A調(diào)門開度超過100%。可見，僅憑單臺汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)根本無法帶動(dòng)機(jī)組50%額定負(fù)荷。

圖1 單臺汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)最大出力試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)曲線

2 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)出力不足

2臺汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的額定工況為：背壓機(jī)進(jìn)汽壓力為5.5 MPa，進(jìn)汽溫度為490℃下能維持機(jī)組1000 MW負(fù)荷的需求。但實(shí)際機(jī)組在900 MW負(fù)荷下，2臺汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)背壓機(jī)的調(diào)門開度已經(jīng)達(dá)到80%，進(jìn)汽量達(dá)60t/h，超過額定進(jìn)汽量56.5t/h，而此時(shí)閥門也基本沒有調(diào)節(jié)的裕量。特別是機(jī)組在AGC（自動(dòng)發(fā)電量控制）調(diào)度模式下，機(jī)組升負(fù)荷幅度達(dá)到100 MW時(shí)，隨著給煤量、送風(fēng)量的增加，引風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)會(huì)過調(diào)來維持爐膛負(fù)壓。在AGC升負(fù)荷指令下，機(jī)組負(fù)荷從800 MW升至900 MW時(shí)，背壓機(jī)的調(diào)門開度瞬間達(dá)到100%，隨后慢慢減小達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。背壓機(jī)出力不足的現(xiàn)象十分明顯。

而當(dāng)機(jī)組負(fù)荷下降的時(shí)候，由于背壓機(jī)的進(jìn)汽汽源為一級再熱器出口，其壓力會(huì)隨著負(fù)荷的下降而下降。雖然背壓機(jī)的出力隨著負(fù)荷不斷降低，但出力的下降正好抵消了進(jìn)汽焓值的下降，背壓機(jī)的閥門還是維持在一個(gè)比較高的開度。機(jī)組負(fù)荷500 MW時(shí)的背壓機(jī)進(jìn)汽壓力約為2.6 MPa，進(jìn)汽溫度為430℃，閥門開度大于60%，出力不足的現(xiàn)象也沒有得到緩解。

3 改善引風(fēng)機(jī)出力的方法

3.1 降低背壓機(jī)背壓

機(jī)組調(diào)試初期，2臺汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，很難帶負(fù)荷至1000 MW。以背壓機(jī)排汽至輔汽母管為例，輔汽母管壓力約為1 kPa時(shí)，背壓機(jī)排汽壓力約在1.2 kPa，較高的背壓限制了背壓機(jī)的出力。若能拆除背壓機(jī)排汽至輔汽母管調(diào)節(jié)閥的閥芯和流量孔板，減少管路的節(jié)流損失，背壓機(jī)排汽壓力能從1.2 kPa降低到接近于輔汽母管壓力，可以提高背壓機(jī)的出力。

3.2 降低風(fēng)煙系統(tǒng)阻力

表1是該機(jī)組（A 機(jī)組）與另一臺相同參數(shù)機(jī)組（B機(jī)組）汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)出口原煙氣壓力的對比情況。A機(jī)組引風(fēng)機(jī)出口原煙氣壓力比B機(jī)組要高很多，負(fù)荷750 MW以上平均約高0.4 kPa，分析原因主要是由于脫硫側(cè)的煙道布置差異造成的。A機(jī)組取消了增壓風(fēng)機(jī)，重新連接了煙道，彎煙道較多；而B機(jī)組保留了增壓風(fēng)機(jī)，只是對其增加了旁路。負(fù)荷1000 MW下，若能重新合理布置A機(jī)組脫硫側(cè)的煙道，減小阻力損失0.4 kPa，那么A機(jī)組每臺汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)可以少消耗252 kW的功率，按汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)整機(jī)效率65%推算，每臺背壓機(jī)可以減少約4t/h的進(jìn)汽量。此外，空預(yù)器由于長期運(yùn)行，進(jìn)出口煙氣側(cè)的差壓也越來越大：負(fù)荷900 MW以上時(shí)，A機(jī)組空預(yù)器煙氣側(cè)差壓達(dá)到1.8 kPa，B機(jī)組空預(yù)器煙氣側(cè)的差壓為1.4 kPa。同樣，如果A機(jī)組空預(yù)器煙氣側(cè)差壓亦能減小到B機(jī)組的水平，可以減小汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)負(fù)載，每臺汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)亦可以減少約4t/h的背壓機(jī)進(jìn)汽量。

表12臺機(jī)組引風(fēng)機(jī)出口原煙氣壓力對比 kPa

3.3 合理降低運(yùn)行氧量

表2是1000 MW負(fù)荷下對機(jī)組進(jìn)行的變氧量的試驗(yàn)。由表2可以看出，氧量偏置增加100t/h，背壓機(jī)的調(diào)門開度相應(yīng)增加約10%，背壓機(jī)進(jìn)汽量每臺增加約4t/h左右，且對鍋爐效率的飛灰含碳量及排煙溫度變化的影響不大。在保證鍋爐效率、充分燃燒的情況下，合理地降低運(yùn)行氧量，不僅可以減少送風(fēng)機(jī)的功耗，亦可降低引風(fēng)機(jī)的功耗，增加背壓機(jī)的調(diào)節(jié)裕量。通過進(jìn)一步燃燒調(diào)整試驗(yàn)，確定機(jī)組正常運(yùn)行的合理氧量，設(shè)定合理的總風(fēng)量控制曲線，也可以緩解汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)出力不足的問題。

表2 機(jī)組1000 MW負(fù)荷下變氧量試驗(yàn)

3.4 優(yōu)化風(fēng)機(jī)效率

汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)可通過調(diào)節(jié)背壓機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)靜葉兩種方式對風(fēng)機(jī)出力進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)，憑借運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)把風(fēng)機(jī)靜葉設(shè)到一定的開度后，通過背壓機(jī)轉(zhuǎn)速對風(fēng)機(jī)出力進(jìn)行調(diào)節(jié)來滿足機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)，風(fēng)機(jī)可能未運(yùn)行在效率最高點(diǎn)。

圖2為風(fēng)機(jī)特性曲線，由圖2可以看出，在一定轉(zhuǎn)速下，風(fēng)機(jī)的效率隨著風(fēng)量的改變而變化，但其中一定有一個(gè)效率最高點(diǎn)。汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)在穩(wěn)定負(fù)荷下，通過改變汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉開度，風(fēng)機(jī)的流量和效率都會(huì)發(fā)生一定的變化，為維持引風(fēng)機(jī)出力不變，背壓機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生一定的變化最后達(dá)到穩(wěn)定。因此，可以在引風(fēng)機(jī)固定出力下，通過改變引風(fēng)機(jī)靜葉開度來記錄背壓機(jī)進(jìn)汽調(diào)門開度及背壓機(jī)焓降的變化，從而找出引風(fēng)機(jī)-背壓機(jī)組合效率最高的工作點(diǎn)。

圖2 風(fēng)機(jī)性能曲線

4 供熱經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化

該機(jī)組對外供熱方式為低壓供熱，低負(fù)荷時(shí)再熱器冷端（簡稱冷再）蒸汽降溫、降壓輸送至輔汽母管后對外供熱，高負(fù)荷時(shí)從四抽抽汽輸送至輔汽母管后對外供熱。而背壓式汽輪機(jī)采用一級再熱器出口蒸汽和高壓缸排汽的混合蒸汽來驅(qū)動(dòng)，背壓機(jī)排汽到輔汽母管后對外供熱，背壓機(jī)進(jìn)汽溫度可通過低溫再熱供汽溫度調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。目前機(jī)組背壓機(jī)排汽溫度的控制策略為：當(dāng)排汽溫度超過380℃，開啟低溫再熱供汽溫度調(diào)節(jié)閥，降低背壓機(jī)進(jìn)汽溫度，維持背壓機(jī)排汽溫度不大于365℃。該策略只是對排汽溫度起到保護(hù)作用，并不對排汽溫度進(jìn)行精確控制。在低負(fù)荷時(shí)，由于風(fēng)量下降引風(fēng)機(jī)的功耗需求降低幅度大于背壓機(jī)汽源參數(shù)的下降幅度，導(dǎo)致在低負(fù)荷時(shí)背壓機(jī)排汽溫度過高，對機(jī)組的安全性及經(jīng)濟(jì)性均有不利影響。

通過PID（比例-積分-微分）加前饋對背壓機(jī)排汽溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，既避免了在低負(fù)荷出現(xiàn)排汽溫度超過安全值的情況，又使背壓機(jī)排汽溫度處在一個(gè)合適的范圍之內(nèi)，減少了能量的浪費(fèi)。

表3是機(jī)組在各個(gè)負(fù)荷工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)。從表中數(shù)據(jù)看，100%負(fù)荷時(shí) 背壓機(jī)的排汽焓與輔汽焓值相差不多，而到75%負(fù)荷時(shí)背壓機(jī)的排汽焓比輔汽焓值高出約100 kJ/kg，50%負(fù)荷時(shí)雖然背壓機(jī)進(jìn)汽混合了部分冷再汽源，但排汽焓比輔汽焓仍高出130 kJ/kg。在同樣達(dá)到供熱參數(shù)的情況下，供熱部分收益只與流量相關(guān)，因此高焓值的供熱蒸汽顯然是不劃算的。

表3 機(jī)組在各個(gè)負(fù)荷工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)

若將背壓機(jī)排汽溫度控制在300℃左右進(jìn)行供熱。75%額定負(fù)荷時(shí)其每小時(shí)可以節(jié)約：100×73.89×1000/29271=252 kg標(biāo)煤；50%額定負(fù)荷時(shí)其每小時(shí)可以節(jié)約：130×49.74×1000/29271=221 kg標(biāo)煤；國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為29271.2 kJ/kg。按照表3中負(fù)荷年運(yùn)行小時(shí)數(shù)進(jìn)行計(jì)算，全年可節(jié)約標(biāo)煤：（252×4000+221×2000）/1000=1 450t，折合經(jīng)濟(jì)收益約為123萬元（按每噸標(biāo)煤850元計(jì)算）。

通過此方法控制背壓機(jī)排汽溫度后，由于進(jìn)汽壓力和排汽壓力不變，在進(jìn)汽溫度下降50℃的情況下，進(jìn)汽流量變化約為3%，對背壓機(jī)進(jìn)汽閥門開度影響非常小，但機(jī)組的節(jié)能效果在低負(fù)荷時(shí)十分明顯。

5 結(jié)語

采用汽輪機(jī)代替電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，可降低廠用電率，背壓機(jī)排汽代替原有的冷再汽源對外供熱，使得蒸汽能量的利用效率得到了提高。但背壓機(jī)的進(jìn)汽壓力會(huì)隨著負(fù)荷的下降而下降，單臺汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)并不能維持機(jī)組500 MW負(fù)荷。機(jī)組負(fù)荷在900 MW時(shí)，2臺汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)背壓機(jī)的調(diào)門開度已經(jīng)達(dá)到80%，背壓機(jī)出力不足現(xiàn)象比較明顯。

結(jié)合機(jī)組的實(shí)際情況，經(jīng)過前期簡單的試驗(yàn)摸索，提出了降低背壓機(jī)排汽壓力、煙道阻力和運(yùn)行氧量及優(yōu)化風(fēng)機(jī)效率等方法，可改善引風(fēng)機(jī)出力不足的問題，并進(jìn)一步提出了降低排汽溫度的引風(fēng)機(jī)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行方式，取得很好的效果。

[1]馬曉龍，李恒，高奎，等.大型燃煤發(fā)電機(jī)組中汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的調(diào)試[J].能源與環(huán)境，2011（4）∶52-57.

[2]趙志丹，高奎，閆旭彥，等.百萬千瓦機(jī)組汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的控制策略[J].電力建設(shè)，2011，32（7）∶73-78.

[3]馬曉龍，陳書平，李學(xué)忠，等.汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)在超超臨界1000 MW 機(jī)組中的應(yīng)用[J].熱力發(fā)電，2011，40（6）∶75-78.