1050MW超超临界机组经济启动研究与应用

1050MW超超临界机组经济启动研究与应用

潘长龙

(神华福能发电有限责任公司福建泉州362712)

摘要：1050MW超超临界机组设备庞大、系统复杂，每次机组启动要花费几百万元。机组启动过程中人们往往只关注安全性，忽视经济性。神福鸿电作为福建省首台百万火电机组，积极响应国家的号召，根据本厂实际率先对百万机组的经济性启动进行研究，通过制定标准化启动方案，合理优化设备系统启停顺序，优化运行操作手法，并通过一些配套的技改的实施，减少机组启动时间，从而达到节煤、节油、节水、节电的目的，在保证安全的前提下，最大限度的降低机组启动消耗，实现经济启动，并做到标准化管理。这些成果在同类发电机组具有一定的指导和借鉴意义。

关键词：1050MW；节能；机组启动;经济

1引言

超超临界机组技术代表了火力发电领域的国际最高技术水平,由于机组系统复杂庞大、机组每次启动时间长，启动消耗大。神福鸿电两台1050MW燃煤汽轮发电机组处于福建电网，电网容量较小，随着网内大型火电机组日趋增多，电网负荷日益饱和，电网机组装机容量过剩，火电机组利用小时数大幅下降，福建电网内火电机组调停次数日益增多，在新电改实施的大背景下,如何能够缩短机组的启动时间,更好地降低发电成本,已成为企业持续发展必须要面对和研究的课题。本文重点阐述了神福鸿电对1050MW超超临界机组经济启动所做的工作及取得的成效。

2设备简介

神福鸿电2×1050MW超超临界燃煤发电机组三大主机都是东方（集团）股份有限公司生产，锅炉为高效超超临界参数变压直流炉，型号：DG3130/27.46-Ⅱ2型锅炉，额定主、再热蒸汽温度605/603℃,配置6台中速碗式磨煤机，两台锅炉均采用侧煤仓布置，锅炉采用对冲燃烧方式，共设计6层，48支旋流燃烧器，48支点火和助燃油抢，其中前墙最下层8支燃烧器配置了微油点火，一次风机和送风机为电动，引风机为蒸汽驱动，同时在吸收塔入口设置烟气冷却器用回收烟气热量；汽轮机为超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、八级回热抽汽、双背压、凝汽式汽轮机,型号为N1050-26.25/600/600。配置3台高压加热器和4台低压加热器，除氧器采用无头式，给水系统设置两台50%容量的汽动给水泵，凝结水系统采用变频电机驱动，冷却系统采用海水开式冷却，汽轮机旁路采用30%BMCR容量的一级大旁路系统，配置高压缸预暖装置、邻机加热装置；环保设备采用目前国际最高标准的除尘、脱硫、脱销装置,各项环保指标达到国家超净排放标准。

3机组启动存在的问题

3.1机组启动时间长，依据东汽1050MW机组设计冷态启动（长期停机）曲线，从锅炉点火到机组并网，共需时间835分钟，到机组带到100%额定负荷，共需时间约1100分钟。在2015年的实际操作过程中从机组点火到并网大约需要26时。

3.2机组启动过程中工序安排不合理，设备系统空转时间长，每个班组按照自己的操作习惯和方式进行操作，未形成有效的、统一的标准化管控体系。

3.3机组启动过程中汽、水、煤、油、电等各种消耗较大，降低了企业的利润，同时增加了粉尘、SO2等污染物的排放量。

3.4个别系统设置不够合理，未实现自动控制，启动过程中的安全性不高，增加监盘人员的工作量。

4启动优化的主要项目

4.1统筹全局，整体谋划，强化管理

将机组的启动过程划分为阀门保护传动、锅炉上水、点火、汽机冲转，并网，转干态、并汽泵、投协调等多个节点，分别制定控制标准。编制不同状态（冷态、稳态、热态和极热态）机组启动策划书，制定启动方案、启动操作票、检查卡、传动卡、联锁传动卡等技术文件，形成经济启动标准化文件33份，全面规范启动过程管理和技术要求，实现机组节能启动标准化。同时在机组启动过程中专业主管全程现场监护操作，及时协调解决出现的问题，避免因设备故障和协调不畅、工作安排不合理延误机组启动时间。

4.2实施系统改造，优化锅炉上水方式

优化除氧器上水，在机组除盐水母管上增加了一路补水直接接至凝补水母管上。该补水方式实现了在机组启动准备阶段可以不启动凝结水泵,而通过启动除盐水泵直接向凝汽器和除氧器补水并进行冲洗,同时可对凝结水母管注水,使凝结水泵处于热备用状态。此方式可推迟凝结水泵启动2小时,同时也保证了检修后启动的安全性，每次启机大约节省厂用2000KWh.对整个上水系统实施分段冲洗，通过优化运行方式后,在除氧器上水的同时,先借助除氧器的静压(24m)直接向锅炉上水,然后再启动汽泵前置泵完成对锅炉的上水和冷态冲洗。当省煤器入口压力达到0.25MP时冲转汽动给水泵，汽动给水泵冲转至3000rpm时及时通过汽泵向锅炉进行锅炉变流量冲洗（800～1200t/h），当储水罐下部出口水质Fe＜500μg/L时，启动炉水循环泵循环1h后再次化验，当Fe＞500μg/L时排放至炉后废水池，回收利用；当Fe＜500μg/L、SiO2＜20μg/L则回收至凝汽器，在此之后锅炉无外排水，大幅节约除盐水约3000吨，同时利用汽泵变流量冲洗降低了厂用电率和缩短启动时间。

4.3实施邻机加热

邻机加热蒸汽系是利用邻机的加热蒸汽通入#2高加将锅炉给水加热至锅炉热态清洗要求的温度，在锅炉点火前往完成热态冲洗，以便缩短启动时间，达到节油、节煤、节电的目的。临机加热采用分段加热的方式，即前期主要采用除氧器加热控制锅炉上水温度，避免发生壁厚原件温差过大，随后逐渐提升给水温度，在炉水泵启动前控制锅炉给水温度在120℃左右，进行冷态冲洗，炉水泵启动后逐渐提升给水温度至160-200℃，进行热态冲洗。可以缩短锅炉启动时间4小时以上。在锅炉完成热态冲洗的同时提升了炉膛温度，减少了后续点火能量，提高了锅炉的燃烧效率。同时采用临机加热可以减少除氧器加热蒸汽用量，缓解机组启动过程中辅助蒸汽供汽量不足的问题，提升了系统的安全性。

4.4通过改造实现单台真空泵启动

神福鸿电凝汽器为双背压设计，高低压侧凝汽器各配置两台真空泵，由于没有电动给水泵，所有采用汽泵上水需要提前建立真空，每次启动两台真空泵耗电量较大，通过技改在高低压凝汽器抽真空母管处加装联络门，在机组启动时开启，缩小高低压侧凝汽器的真空偏差，实现单台真空泵启动，同时避免了高低压侧真空偏差较大，导致汽轮机盘车脱扣，造成汽轮机低转速碾瓦（东方汽轮机转子为实心转子，已发生低转速碾瓦事件）。

4.5实施单台循泵、单台给水泵和单侧风组启动

鸿山电厂每台机组配置三台循环水泵，在机组循环水系统启动只至发电机并往前采用单台循环水泵运行，可有效的降低厂用电消耗，在并往前启动又可以避免单台循环水泵跳闸造成冷却水中断；通过合理优化锅炉系统逻辑，大胆尝试采用单侧送、一次风机，引风机吹扫、点火、升温升压、机组冲转，即在机组并网前采用单侧送、一次风机，引风机启动，既节约了厂用电和启动用汽又满足了机组启动安全；锅炉上水时先采用汽泵前置泵上水，当锅炉上满水后进行汽动给水泵冲转，同时启动炉水循环泵进行冲洗，在机组45万之前一直保持单台启动给水泵运行，可有效的降低启动汽耗量。通过实施单台循泵和单侧风组启动，与双侧运行相比，风机的电流总共降低了142A,以每次冷态启动按单侧风机运行12小时计算,可节省厂用电十几万度。同时在机组并网前及时投入另一侧风机运行,有效的提高了机组的安全性和稳定性。

4.6实施微油点火

锅炉启动点火层设计8支微油抢，每支微油抢耗油量80-100Kg/h，可以实现微油点火。为了防止投粉瞬间燃烧强烈引起水冷壁温升过快，之前每次启动都采用先点大油枪进行锅炉暖炉，当炉膛温度达到150℃时，才开始投入微油枪启动A制粉系统，每次锅炉用油都在50吨以上，启动费用较高。为了实现微油点火，降低启动用油，优化了机组启动逻辑，将磨煤机最低给煤量由25吨降至15吨，采用投入微油枪后直接投粉的方式启动，大大减少燃油的消耗。为防止初期炉膛温差造成水冷壁热应力过大而爆管，采取加大给水流量来降低水冷壁温升，待温升率变小后再降低给水流量，同时可以提前投入电除尘系统一二电场，减少环境污染和脱硫吸收塔浆液污染，电除尘的运行方式可以采用工频运行，降低电除尘的耗电量，启动过程中燃油消耗下降50-70吨。

4.7高压缸预暖优化

东汽1050MW机组设计配置高压缸预暖装置，其加热汽源来自辅汽，机组冷态启动可以利用预暖装置提前加热汽缸。神福鸿电汽轮机暖缸系统因设计原因，从基建期就无法正常投入运行，为此只能采用提前投入汽轮机轴封的方式进行暖缸，为了减少启动时间，提高汽轮机的缸体温度，保证启动安全，运行和热控人员研发了自动暖缸系统，实现自动程控暖缸功能，在冲转前投入高压缸预暖装置，当高压缸调节级温度达到150℃暖缸系统自动退出。高压缸暖缸系统投入不仅可以使汽缸金属温升率得到较好的控制，使汽缸充分均匀膨胀，提升汽轮机本体温度，减少温差，还可以使转子提前越过脆性转变温度，提高机组安全性，减少暖机时间，提升机组并网后加负荷速率。

4.8阀壳预暖

东汽1050MW机组设计配置#2、#3带预启阀主汽门的阀壳预暖装置，在锅炉升温升压阶段进行高压主汽门阀壳预暖，使主汽门内外壁金属充分受热，减小内外壁温差，避免冲转期间因主汽门内外壁温差过大而延长机组冲转时间，同时保证机组安全性，加快机组启动时间。

4.9锅炉升温升压控制

开发了锅炉壁温在线监视系统，采用智能壁温监视系统在线监测高温过热器、再热器等的壁温。在线计算和显示锅炉末级过热器、末级再热器的有关数据，包括炉内壁温、蒸汽温度、历史运行曲线、热偏差曲线、屏间实时温度变化率氧化皮温度及金属温升升率等。在启动过程中通过控制金属壁温温升率，可有效的提高机组的安全性，避免发生热偏差和超温导致的爆管事故，同时运行人员根据金属壁温温升率来加燃料，可以在保证安全的前提下最大限度的提升启动速度。

4.10机组启动冲转参数优化

机组设计为高压缸启动，设计冷态启动冲转参数：主汽压9.7Mpa，主汽温度415℃，因冲转时主汽压高，进汽调门开度偏小，进汽量不足，暖机效果差的问题，且升压时间较长。为了缩短启动时间，防止氧化皮脱落，将冷态启动冲转参数优化为主汽压7.8Mpa，主汽温度450℃，不仅减少了升温升压的时间，减少机组热冲击，缩短了启动时间，而且还减少了升温升压时所消耗的煤量和辅机的耗电量。现场操作过程中，可根据主汽温的控制情况，适当降低冲转压力。在冲转压力降低的情况下，产汽量的增加对过热、再热汽温的控制均有利。

4.11实施废水系统改造，实现启动废水全面回收

在提高机组停炉保养标准的同时，优化锅炉冲洗方式和化学监督效率，具备回收条件时及时回收凝汽器；同时对锅炉大气扩容器疏水系统进行改造，将疏水直接排至炉后废水池和酸碱废水池，利用厂内废水处理系统和废水回用水系统，将锅炉的废水直接回用之临机脱硫系统，剩余废水在废水池内进行存储，实现机组启动废水系统零排放，单次可节约废水3000吨以上。

5优化后的效果

5.1根据设备系统的实际情况制定标准化节能启动方案，合理控制设备系统启动顺序和启停时间，有效的降低设备空转时间，减少启动工质消耗。优化锅炉冲洗方式，提高冲洗效率，有效的降低启动水耗，通过实施锅炉启动疏水改造，将锅炉疏水回收炉后废水池，实现锅炉启动废水全面回收，单次启机可节约用水近4000t。

5.2通过实施了邻机加热，将锅炉上水温度提高到160-200℃，当炉水循环泵启动后，逐渐降低上水量，将炉水温度提升到190℃以上，实现点火前完成锅炉热态冲洗，同时提升了炉膛温度，提高了锅炉的燃烧效率，缩短锅炉启动时间4小时以上。

图1：4号机组启动上水温度控制曲线与单侧风组启动画面

5.3通过对高低压凝汽器抽真空母管加装联络门技改，缩小高低压侧凝汽器的真空偏差，实现单泵运行。机组并网前采用单侧送、一次风机，引风机、单台循环水泵启动,有效的降低了机组的启动电耗。

5.4通过制定高压缸预暖和阀壳预暖程序，实现自动暖缸暖阀，提前将高压缸调节级温度达到150℃，使汽缸充分均匀膨胀降低，使转子提前越过脆性转变温度，提高机组安全性，减少暖机时间，提升机组并网后加负荷速率，同时降低人员工作量。

图2：3号机组启动上水温度控制曲线

5.5通过壁温在线监视与分析系统可有效的监视启动过程中各受热面金属壁温温升率，避免出现汽温和金属壁温大幅波动，造成比往年超限和氧化皮脱落，确保锅炉启动安全。同时根据金属温升率来控制燃料的增加速率，既保证了启动时间最短又能够提升机组安全和寿命。通过壁温监控系统的实施，机组启动过程中汽温控制更加平顺，时间可以缩短近2-3个小时。

图3：4号锅炉壁温监视画面及启动过程温升率控制曲线

5.6东汽1050MW机组采用高压缸启动，为了缩短启动时间，防止氧化皮脱落，将冷态启动冲转参数由主蒸汽（9.7Mpa，415℃）优化为（7.8Mpa，450℃），不仅减少了升温升压的时间，减少机组热冲击，缩短了启动时间，而且还减少了升温升压时所消耗的煤量和辅机的耗电量。

5.7经过对机组经济启动标准化的实施，神福鸿电百万机组纯冷态的工况下总启动时间较优化前减少近20小时。如图6所示：2016年6月16日#3机组纯冷态启动，16日18:35锅炉点火,17日05:35机组并网，耗时720分钟，比设计上（835分钟）缩短115分钟。

图4：实施经济启动标准化后的冷态启动曲线

5.8神福鸿电通过机组经济启动标准化的实施各项启动物资大幅降低，经过对3号机组2017年与2015年纯冷态的工况下的启动物资消耗对比发下：辅汽消耗下降600吨，启动电耗下降近30%，煤量消耗下降约130吨，燃油消耗下降75吨，水耗下降4000吨，节约费用近74余万经济效益明显。如果按照每年启动5次，年节约费用369.5万元，经济效益十分显著。

表1：3号机2015年06月与2017年02月份机组启动物资消耗数据对比表

6结论

通过对机组启动过程的各项节能优化方案的与启动标准化管理方案的实施,机组的启动时间大大缩短,启动耗电量、耗煤量、耗油量、耗汽量，耗水量大幅减低,启动电耗下降近30%，冷态单次启动节约费用近70余万，经济效益明显，达到了节能的效果;化石能源消耗降低的同时减少了大气污染物的排放，减少环境污染，社会效益显著；降低启动时间的同时机组利用小时数增加，多发电量,为企业创造更多的经济效益；作为福建省首台百万机组在机组启动节能优化方面的探索有力的促进了机组整体经济性的提高,极大的提高了机组的效率、大大节约了生产的成本,同时也为福建省的节能减排工作做出了相应的贡献。

参考文献:

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作者简介：

潘长龙（1980-），男，2005年7月毕业于沈阳工程学院，学士学位，神华福能发电有限责任公司，从事神福鸿电2x1050MW超超临界机组生产运行及节能环保管理工作，发电运行部经理助理，工程师，集控运行高级技师。