廣西華磊新材料有限公司發(fā)電廠 王旭安

1 引言

在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的大背景下，電力生產(chǎn)過程中機(jī)組的調(diào)峰壓力越來越大，這種情況對相關(guān)機(jī)組的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性形成負(fù)面影響，對汽機(jī)側(cè)設(shè)備的影響比較顯著。針對這種情況，系統(tǒng)性地分析調(diào)峰和低負(fù)荷運(yùn)行對汽機(jī)側(cè)設(shè)備的具體影響。

2 調(diào)峰及低負(fù)荷運(yùn)行與機(jī)組的關(guān)系

當(dāng)前我國電力市場不斷變革，供熱機(jī)組也被納入調(diào)峰的范圍之中。低負(fù)荷工況運(yùn)行的整體時(shí)長不斷增加，在低負(fù)荷運(yùn)行工況下會對相應(yīng)的機(jī)組設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性形成影響。以汽機(jī)的為例，在對應(yīng)機(jī)組供熱抽氣量一定的情況下，對應(yīng)的供熱機(jī)組電負(fù)荷與主蒸汽流量之間存在著密切的關(guān)聯(lián)。隨著當(dāng)前機(jī)組的整體負(fù)荷降低，則進(jìn)入汽機(jī)做功的蒸汽量將會顯著降低。這種情況下，流過末幾級的蒸汽可能會出現(xiàn)無法全面對流道實(shí)現(xiàn)填充現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)汽機(jī)設(shè)備的中壓缸末級陷入鼓風(fēng)工況，會造成對應(yīng)的葉片與空氣產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的摩擦，并形成多余熱量的現(xiàn)象，致使葉片的溫度異常升高。如果溫度過高，則有可能引發(fā)缸體變形的現(xiàn)象，嚴(yán)重危害到設(shè)備的正常運(yùn)行過程和安全性。同時(shí)相關(guān)情況也會對低壓缸末級安全流量形成影響，以現(xiàn)階段的350MW機(jī)組為例，其供熱方式是從中、低壓缸連接管作為汽源來進(jìn)行采暖供熱，而在抽氣量增加的且主汽量不變的情況，進(jìn)入低壓缸之中的蒸汽量將會持續(xù)減少[1]。末級陷入下流量工況的時(shí)候，葉片將進(jìn)入鼓風(fēng)工況，葉片溫度也會出現(xiàn)升高，導(dǎo)致材料性能降低，增加汽機(jī)的安全隱患。

在現(xiàn)階段的電力生產(chǎn)過程中，新能源的大量使用減少了煤電的整體發(fā)電量，需要相關(guān)設(shè)備形成更低的調(diào)峰運(yùn)行范圍，不過一切的前提都是以安全為核心的?，F(xiàn)階段調(diào)峰和低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下影響汽機(jī)側(cè)設(shè)備安全性的主要因素為如下幾個(gè)方面。

一是低負(fù)荷工況下的穩(wěn)燃蒸發(fā)量是否得到保障；二是為了避免對應(yīng)設(shè)備排汽過高，汽機(jī)最小進(jìn)汽量是否能夠與現(xiàn)階段的最低發(fā)電負(fù)荷相適應(yīng)；三是電負(fù)荷降低的情況下，設(shè)備的末級溫是否與安全蒸汽流量相適應(yīng)。在對這些因素進(jìn)行系統(tǒng)性把握之后，基本可以確保設(shè)備在低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行的安全性。分析350MW機(jī)組的具體情況，在對應(yīng)供熱抽氣量增加的過程中，相應(yīng)機(jī)組的變負(fù)荷范圍將會逐步縮小，而在抽氣量達(dá)到最大的時(shí)候，則機(jī)組失去調(diào)峰能力。某350MW機(jī)組負(fù)荷及調(diào)峰能力變化情況如圖1所示。

3 調(diào)峰和低負(fù)荷對于汽機(jī)側(cè)設(shè)備的影響

汽機(jī)測設(shè)備主要為加熱器和給水系統(tǒng)。從加熱器的情況來看，目前針對不同等級的機(jī)組，其加熱器的配置數(shù)量是存在一定差異的，常見的火電機(jī)組在進(jìn)行配置的過程中所采取的是三個(gè)高壓加熱器+四個(gè)低壓加熱器+一個(gè)除氧器的配置，在其運(yùn)行過程中，對應(yīng)設(shè)備的疏水方式所采取的往往是自流方式，逐步流入到上一級的設(shè)備之中，并最后回到凝汽器熱井。在調(diào)峰和低負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)之下，尤其是對應(yīng)的機(jī)組設(shè)備電負(fù)荷降低較快的時(shí)候，相關(guān)的設(shè)備之間壓差將會降低，而這種情況將會導(dǎo)致疏水過程受到較大的阻礙，不利于設(shè)備正常安全地運(yùn)行[2]。

在某超臨界機(jī)組的運(yùn)行過程中，當(dāng)其電負(fù)荷為100%的情況下，一抽、二抽之間的壓差可以達(dá)到3.5MPa左右，二抽、三抽之間的壓差也可以保證處在2.0～2.5MPa，三抽、四抽之間的壓差則在1.0MPa以上，而當(dāng)機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷僅為30%左右的情況下，其一抽、二抽之間的壓差則往往只有1.5MPa左右，二抽、三抽之間的壓差則基本在1.0MPa以下，三抽、四抽之間的壓差則通常不足0.5Mpa，見表1。現(xiàn)階段的火力發(fā)電過程中，發(fā)電負(fù)荷情況對汽機(jī)側(cè)的加熱器影響是比較大的，當(dāng)然如果在發(fā)電過程中整體負(fù)荷降低的速度較快，則會導(dǎo)致這種現(xiàn)象更為明顯，因此在應(yīng)對時(shí)候，應(yīng)當(dāng)充分控制發(fā)電負(fù)荷降低的速度，確保對應(yīng)的設(shè)備在運(yùn)行過程中保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

表1 某電廠機(jī)組發(fā)電負(fù)荷與加熱器抽汽壓差之間的關(guān)系

從表1中可以比較清晰地了解到相關(guān)發(fā)電機(jī)組發(fā)電負(fù)荷與加熱器抽汽壓差之間的關(guān)系。隨著發(fā)電負(fù)荷的逐步降低，相關(guān)設(shè)備的抽汽壓差將會顯著降低，而這種情況產(chǎn)生之后必然會導(dǎo)致汽機(jī)側(cè)設(shè)備的疏水方法不暢現(xiàn)象，影響設(shè)備的正常運(yùn)行過程。

同時(shí)，在相關(guān)設(shè)備運(yùn)行過程中壓差也有可能受到除氧器的影響，部分單位在除氧器使用的過程中采用的是混合式加熱器，如果在發(fā)電過程中負(fù)荷降低的速度過快，將會導(dǎo)致設(shè)備的氣壓快速降低，并造除氧器的再沸騰現(xiàn)象，最終促進(jìn)壓差的進(jìn)一步縮小，嚴(yán)重影設(shè)備的疏水過程。部分電廠在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生加熱器的水位波動現(xiàn)象，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因往往是因?yàn)闄C(jī)組調(diào)峰和低負(fù)荷運(yùn)行所致，實(shí)際上，因?yàn)檎{(diào)峰和低負(fù)荷的影響而產(chǎn)生的疏水不暢問題，將會造加熱器之中水量的增加，從而導(dǎo)致水位升高。

針對這一系列問題在進(jìn)行防范的過程中，相關(guān)單位除了對調(diào)峰和低壓運(yùn)行情況進(jìn)行把握和優(yōu)化之外，還應(yīng)當(dāng)通過對現(xiàn)階段輸水管的整體布置狀況進(jìn)行優(yōu)化，充分地增加疏水管路閥門通流面積，降低疏水阻力，在這些方式之下，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)存問題的妥善解決。

4 調(diào)峰及低負(fù)荷對給水系統(tǒng)的影響

調(diào)峰及低負(fù)荷運(yùn)行往往也會對汽機(jī)側(cè)的給水系統(tǒng)形成影響，這種情況一般集中體現(xiàn)在對給水泵、給水泵汽輪機(jī)、最小流量閥方面。首先從最小流量閥的角度來看，給水泵的最小流量閥通常連接在除氧器和給水泵的出口位置，相關(guān)設(shè)備是各類管路之中承受壓差最大的設(shè)備，在正常的發(fā)電負(fù)荷之下，其承受的前后壓差通常為20MPa左右，而對于超臨界機(jī)組而言，其前后壓差甚至可以達(dá)到28MPa左右。

當(dāng)相關(guān)的機(jī)組在運(yùn)行過程中需要進(jìn)行深度調(diào)峰或者是啟停調(diào)峰的時(shí)候，為了確保對應(yīng)設(shè)備的最小流量，避免設(shè)備因?yàn)橄嚓P(guān)操作出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，則必須頻繁地進(jìn)行最小流量閥的開啟，這種操作之下將會直接影響到設(shè)備的性能，甚至可能造成設(shè)備最終關(guān)閉不嚴(yán)等情況發(fā)生[3]。調(diào)峰和低負(fù)荷情況對最小流量閥的影響實(shí)際上是比較突出的，為了改善這種情況，在參與深度調(diào)峰或者是啟停調(diào)峰的需求下，相關(guān)設(shè)備可以通過加裝關(guān)斷球閥的方式，來充分地降低設(shè)備的整體沖刷強(qiáng)度，從而保障對應(yīng)設(shè)備的安全性。

調(diào)峰和低負(fù)荷發(fā)電對于給水泵的影響也是比較突出的，在采用水密封的給水泵之中，相關(guān)設(shè)備的密封水主要是來源于電廠之中的自凝結(jié)水母管，如果機(jī)組處于低負(fù)荷的狀態(tài)之下，則對應(yīng)的管道將會出現(xiàn)壓力不足的現(xiàn)象，無法為給水泵提供密封水，從而將會引發(fā)給水泵的整體密封性能顯著降低，出現(xiàn)漏水的情況等。

在處置過程中，部分單位采取的方式是通過增加凝泵的出力，來達(dá)到提升管道壓力從而保證給水泵密封性能的作用，這種方法通常可以相對有效地解決給水泵的密封問題，讓相關(guān)設(shè)備在低負(fù)荷發(fā)電的情況下保證比較良好的使用效果。

小機(jī)排汽溫度也會受到調(diào)峰和低負(fù)荷的影響，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，小汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵機(jī)組，如果發(fā)電負(fù)荷相對較低，則會造成葉片與空氣之間的摩擦強(qiáng)度增加，從而導(dǎo)致排汽的溫度上升。針對這一問題進(jìn)行處置的時(shí)候，相關(guān)單位可以通過提高最小流量閥的開度，在這種措施之下充分地增加小汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，從而避免葉片末級進(jìn)入到鼓風(fēng)工況而引發(fā)溫度升高的現(xiàn)象。當(dāng)然，相關(guān)單位也可以采取噴水降溫的方式，來進(jìn)行對應(yīng)問題的有效處置[4]。

5 調(diào)峰及低負(fù)荷運(yùn)行對機(jī)組啟動的影響

在一些350MW超臨界機(jī)組中，無汽輪機(jī)旁路僅在對應(yīng)的鍋爐側(cè)配置過熱器小旁路，在方啟動的過程中溫度和壓力比較難以進(jìn)行有效的控制，而對應(yīng)的再熱器在該過程中則需承受一定時(shí)間的干燒，且由于相關(guān)系統(tǒng)之中的整體蒸汽流量相對較低，過熱系統(tǒng)之中積存的水汽將無法實(shí)現(xiàn)有效的排出，最終將可能導(dǎo)致在高負(fù)荷狀態(tài)下出現(xiàn)水塞的情況，并導(dǎo)致爆管等問題的出現(xiàn)。

為了避免危險(xiǎn)問題的發(fā)生，相關(guān)單位和人員應(yīng)當(dāng)對機(jī)組在啟動階段的整體燃燒率進(jìn)行充分的控制，從而充分地保證機(jī)組運(yùn)行的安全性[5]。我國的深度調(diào)峰和低負(fù)荷運(yùn)行趨勢還將延續(xù)，在后續(xù)的工作之中也可以采取在參與啟停調(diào)峰的過程中，通過發(fā)電機(jī)解列、汽輪機(jī)空轉(zhuǎn)等方式來規(guī)避對應(yīng)的問題，或者是針對設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)性的改造，以保證其能夠充分地適應(yīng)現(xiàn)階段的社會需求。

軸封供汽溫度在運(yùn)行過程中也比較容易受到調(diào)峰和低負(fù)荷運(yùn)行的影響。從實(shí)際情況來看，傳統(tǒng)的350MW超臨界機(jī)組軸封供汽溫度普遍是比較低的，但隨著現(xiàn)階段相關(guān)單位整體機(jī)組容量方面的進(jìn)一步增加，對軸封供汽溫度的要求也在提升，如果相應(yīng)的溫度無法充分地達(dá)到要求，則會導(dǎo)致機(jī)組設(shè)備受到比較嚴(yán)重的影響。特別是對一些大容量的機(jī)組而言，在生產(chǎn)過程中相關(guān)的設(shè)備通常是處在極熱的狀態(tài)，或是需要進(jìn)行熱啟動的，例如啟停調(diào)峰時(shí)對應(yīng)的機(jī)組所采取的啟動方式一般為熱啟動，在這個(gè)過程中，相關(guān)汽機(jī)設(shè)備的溫度會保持在比較高的狀態(tài)，而軸封供汽溫度則會相對較低，兩者之間存在比較大的溫差，這種情況下將有可能導(dǎo)致汽機(jī)因?yàn)槭芾涠霈F(xiàn)變形的現(xiàn)象，當(dāng)變形產(chǎn)生之后將會導(dǎo)致動靜摩碰問題的進(jìn)一步突出，從而嚴(yán)重影響到設(shè)備的使用正常性和安全性。

針對這種情況，相關(guān)單位有必要在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)的階段對該問題形成關(guān)注，如針對軸封母管供汽管路進(jìn)行溫度測點(diǎn)的加裝，通過這種方式實(shí)時(shí)了解軸封供汽的具體溫度，當(dāng)對應(yīng)的設(shè)備在極熱狀態(tài)或者是熱啟動的時(shí)候，依托主蒸汽進(jìn)行供汽，這種方式將能夠顯著地降低供汽溫度和設(shè)備之間的溫差，避免設(shè)備受冷而出現(xiàn)變形等現(xiàn)象，最終保障設(shè)備的運(yùn)行安全性。當(dāng)然，相關(guān)單位在工作之中也可以通過對軸封母管供氣管路上進(jìn)行電加熱器的安裝，通過這種方式來達(dá)到提升軸封供汽整體溫度的目的，保證設(shè)備的整體運(yùn)行安全。

6 結(jié)語

汽機(jī)側(cè)設(shè)備在參與調(diào)峰和低負(fù)荷運(yùn)行的過程中可能遇到各類問題，這些問題的出現(xiàn)將會對設(shè)備的運(yùn)行和使用安全形成較大的影響，不利于電廠經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)。但是同時(shí)隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，未來調(diào)峰和低負(fù)荷運(yùn)行的趨勢還將持續(xù)，在這種情況下要實(shí)現(xiàn)對設(shè)備安全性和穩(wěn)定性的保障，相關(guān)單位就必須針對自身的生產(chǎn)情況、社會用電需求和電力結(jié)構(gòu)調(diào)整需求等進(jìn)行充分分析，并在此基礎(chǔ)上對現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的改造，確保設(shè)備能夠在調(diào)峰和低負(fù)荷狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行。