燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)供熱機(jī)組背壓工況并退汽分析

劉永明　潘利超

摘 要：燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)供熱機(jī)組背壓工況啟停調(diào)峰，能滿足華北電網(wǎng)的調(diào)峰需求，同時(shí)維持熱網(wǎng)穩(wěn)定。本文闡述了京橋熱電二期機(jī)組背壓工況下機(jī)組啟動(dòng)并汽、退汽解列，并結(jié)合實(shí)際操作成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)切換過程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析整理。此技術(shù)的研究有利于縮短啟停機(jī)時(shí)間，減少熱損耗，提高經(jīng)濟(jì)性，并簡(jiǎn)化運(yùn)行操作，對(duì)于抽凝工況下并退汽同樣適用。為首都北京的冬季供熱、電網(wǎng)調(diào)峰提供保障，對(duì)同類型電廠的實(shí)踐探索提供借鑒。

關(guān)鍵詞：背壓工況調(diào)峰；差負(fù)荷并退汽；切換操作

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 機(jī)組設(shè)備概況

北京京橋燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠二期工程，采用2×350MW級(jí)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)二拖一多軸機(jī)組。全廠配置兩臺(tái)SGT5-4000F（4）型燃機(jī)、兩臺(tái)燃機(jī)發(fā)電機(jī)、兩臺(tái)余熱爐、1臺(tái)汽輪機(jī)和1臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)。其中汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的三壓、再熱、雙缸型可純凝、抽凝、背壓運(yùn)行供熱汽輪機(jī)。由高中壓缸和低壓缸兩部分組成，高中壓缸通過3S離合器與低壓缸連接。

2 北京燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電供熱現(xiàn)狀

隨著華北網(wǎng)對(duì)風(fēng)電、光伏電負(fù)荷的吸納，電網(wǎng)需要供熱機(jī)組有更寬廣的調(diào)峰范圍和能力，燃?xì)怆姀S背壓工況下啟停調(diào)峰變得更頻繁，背壓工況下啟停速度，對(duì)熱網(wǎng)的擾動(dòng)以及啟停機(jī)經(jīng)濟(jì)性值得探討。

3 背壓工況并退汽

3.1 原并退汽流程

機(jī)組并汽設(shè)計(jì)負(fù)荷為130MW～140MW，退汽設(shè)計(jì)負(fù)荷100MW，并退汽均經(jīng)歷一拖一低負(fù)荷區(qū)間，此時(shí)中壓缸進(jìn)汽壓力將會(huì)低于1.1MPa，自動(dòng)觸發(fā)中排壓力控制和熱網(wǎng)抽汽控制退出邏輯。所以常規(guī)操作中需要將熱網(wǎng)抽汽退出，僅通過低壓補(bǔ)汽供熱網(wǎng)加熱器供熱以保證熱網(wǎng)加熱器不退出。

3.2 改進(jìn)后并退汽流程（圖2）

3.3 背壓方式直接并退汽優(yōu)點(diǎn)

（1）減少操作量。由6步降為兩步操作。

（2）降低機(jī)組事故風(fēng)險(xiǎn)。減少汽機(jī)3S離合器嚙合、脫嚙次數(shù)。3S離合器為純機(jī)械裝置，每次嚙合后整個(gè)軸系特性會(huì)有稍許變化，汽機(jī)低壓轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)至嚙合過程中可能會(huì)導(dǎo)致軸系振動(dòng)大跳機(jī)。

（3）減少啟停機(jī)時(shí)間，加快對(duì)電網(wǎng)、熱網(wǎng)負(fù)荷調(diào)整的響應(yīng)速度。

（4）減少對(duì)熱網(wǎng)加熱器的操作及擾動(dòng)。

3.4 背壓方式直接并退汽需解決的問題

3.4.1 如何防止汽機(jī)中壓缸進(jìn)汽壓力低于1.1MPa，自動(dòng)觸發(fā)中排壓力控制和熱網(wǎng)抽汽控制保護(hù)

為保護(hù)中壓缸，當(dāng)進(jìn)汽壓力低時(shí)，自動(dòng)退出熱網(wǎng)抽汽。熱網(wǎng)抽汽截止門、調(diào)門快速關(guān)閉，對(duì)汽輪機(jī)中壓缸產(chǎn)生巨大擾動(dòng)，甚至因中壓缸壓比低保護(hù)跳機(jī)。我廠在某次抽凝工況（熱網(wǎng)抽汽調(diào)閥開度15%）退汽時(shí)中壓缸進(jìn)氣壓力低于1.1MPa，熱網(wǎng)抽汽截止門、調(diào)門瞬時(shí)關(guān)閉，中壓缸壓比降至2.51MPa（汽機(jī)中壓缸壓比<2.5MPa聯(lián)鎖跳汽機(jī)）。

經(jīng)查數(shù)據(jù)，一拖一燃機(jī)負(fù)荷>200MW時(shí)，可維持中壓缸進(jìn)汽壓力>1.2MPa。當(dāng)采取#1、#2燃機(jī)負(fù)荷>200MW并退汽時(shí)，旁路需要通過200MW時(shí)產(chǎn)生的全部蒸汽，對(duì)旁路減溫水要求高。若并退汽前減溫水跟蹤不好將導(dǎo)致旁路快關(guān)，主汽超壓觸發(fā)燃機(jī)跳閘。

綜上考慮：可以采用并退汽時(shí)兩臺(tái)燃機(jī)設(shè)置負(fù)荷偏差，拖動(dòng)汽機(jī)的燃機(jī)負(fù)荷設(shè)置到200MW以上，待并/退燃機(jī)負(fù)荷降至120MW。這樣既避免汽機(jī)中壓缸進(jìn)汽壓力低，又滿足旁路及減溫水調(diào)整問題。

3.4.2 燃機(jī)差負(fù)荷并退汽，如何匹配兩燃機(jī)參數(shù)

（1）蒸汽溫度匹配。根據(jù)西門子燃機(jī)特性，在燃機(jī)負(fù)荷>100MW時(shí)，通過IGV開度控制排煙溫度，即排煙溫度基本不變。表1為環(huán)境溫度12℃不同負(fù)荷下燃機(jī)排氣煙溫。

由表1可得，差負(fù)荷時(shí)排煙溫度基本不變，燃機(jī)排氣量差值僅造成產(chǎn)汽量不同，協(xié)調(diào)控制爐側(cè)減溫水調(diào)閥開度，將兩臺(tái)機(jī)主蒸汽溫度調(diào)整到相同值。

（2）蒸汽壓力的匹配。#1、#2機(jī)在協(xié)調(diào)控制下，DCS通過協(xié)調(diào)向兩臺(tái)機(jī)發(fā)送指令，調(diào)整兩臺(tái)機(jī)主蒸汽壓力一致，拖動(dòng)汽機(jī)蒸汽壓力通過主再熱調(diào)門控制，待并/退機(jī)組高中壓主汽壓力通過旁路控制，最終達(dá)到兩臺(tái)機(jī)壓力匹配。

（3）根據(jù)負(fù)荷比例分配冷再熱蒸汽。差負(fù)荷并/退汽時(shí)，冷再熱分汽調(diào)門根據(jù)主蒸汽流量比例分配去兩臺(tái)機(jī)的冷再蒸汽量，高壓主蒸汽流量和負(fù)荷成比例，進(jìn)而使兩臺(tái)不同負(fù)荷的機(jī)組熱再熱蒸汽流量按照比例分配，保證熱再熱溫度的控制。

4 實(shí)際切換操作

4.1 背壓方式直接并汽

（1）#2機(jī)并網(wǎng)后升負(fù)荷至120MW。退出#1機(jī)協(xié)調(diào)，降低#1機(jī)負(fù)荷至250MW。

（2）調(diào)整熱網(wǎng)抽汽調(diào)門開度，控制汽機(jī)中壓缸壓比為5～5.5。

（3） 增加熱網(wǎng)循環(huán)水流量，維持熱網(wǎng)供水溫度90℃～100℃。

（4）檢查#1、#2機(jī)高中壓主汽壓力、溫度。溫度偏差<20℃，壓力偏差<0.2MPa。檢查#2爐高、中壓減溫水，控制蒸汽溫度穩(wěn)定。

（5）確認(rèn)#2爐蒸汽品質(zhì)，執(zhí)行#2機(jī)高、中壓蒸汽并汽順控。

（6）檢查#2機(jī)中、高壓并汽電動(dòng)門自動(dòng)開啟，汽機(jī)負(fù)荷逐漸上升。

（7）增加熱網(wǎng)循環(huán)水流量，控制熱網(wǎng)加熱器壓力0.12MPa～0.08MPa，熱網(wǎng)供水溫度<120℃。

（8）檢查#2機(jī)高、中壓并汽電動(dòng)門全部開啟后，逐漸提升#2燃機(jī)負(fù)荷至200MW，調(diào)整#1燃機(jī)負(fù)荷至200MW。

（9）監(jiān)視#2機(jī)高、中壓旁路全關(guān)。

（10）緩慢開啟#2機(jī)低壓主汽至熱網(wǎng)抽汽電動(dòng)門，低壓旁路調(diào)閥逐漸關(guān)閉。

（11）投入#1、#2燃機(jī)協(xié)調(diào)控制。

4.2 背壓方式直接退汽

（1）退出AGC控制，逐漸降低機(jī)組總負(fù)荷，至#1、#2燃機(jī)負(fù)荷均降至200MW。

（2）減小熱網(wǎng)循環(huán)水流量，維持熱網(wǎng)供水溫度120℃左右。

（3）退出#1、#2燃機(jī)協(xié)調(diào)控制。逐漸提高#1燃機(jī)負(fù)荷至250MW，同時(shí)降低#2燃機(jī)負(fù)荷至120MW 。

（4）調(diào)整熱網(wǎng)抽汽調(diào)門開度，控制中壓缸壓比為5～5.5。

（5）執(zhí)行#2機(jī)高、中壓退汽程控，檢查#2機(jī)高、中壓旁路緩慢開啟。

（6）高、中壓旁路開啟過程中逐漸降低熱網(wǎng)循環(huán)水流量，控制熱網(wǎng)加熱器內(nèi)部壓力>0.02MPa，保持熱網(wǎng)加熱器水位穩(wěn)定 。

（7）當(dāng)#2高壓旁路開至15%時(shí)，逐漸提升#1燃機(jī)負(fù)荷至270MW。

（8）監(jiān)視汽機(jī)中壓缸進(jìn)汽壓力>0.8MPa，汽機(jī)高壓缸壓比>2.3，汽機(jī)中壓缸壓比4～7。

（9）當(dāng)#2高壓旁路開至25%，#2中壓旁路開至35%，檢查#2機(jī)高、中壓并汽電動(dòng)門自動(dòng)關(guān)閉。加強(qiáng)監(jiān)視熱網(wǎng)加熱器壓力為正壓、液位在保護(hù)范圍內(nèi)，降低熱網(wǎng)循環(huán)水流量，維持熱網(wǎng)供水溫度90℃～110℃，調(diào)整熱網(wǎng)抽汽們開度，維持中壓缸壓比4～7。

（10）#2機(jī)高、中壓并汽電動(dòng)門，冷再分汽電動(dòng)門全關(guān)后，全面檢查熱網(wǎng)及汽輪機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定。

（11）退出#2低壓主汽至熱網(wǎng)抽汽。

（12）投入#1機(jī)協(xié)調(diào)控制。

4.3 風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)控

4.3.1 退并汽過程熱網(wǎng)加熱器液位劇烈波動(dòng)造成加熱器解列，甚至汽輪機(jī)跳閘。預(yù)控措施如下（以退汽為例，并汽為退汽逆過程可參考退汽執(zhí)行）：

（1）退汽過程盡量降低待退汽機(jī)組負(fù)荷，減少進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽占比，減少退汽擾動(dòng)。

（2）退汽過程中維持熱網(wǎng)加熱器汽側(cè)正壓力，伴隨汽輪機(jī)進(jìn)汽量減少，熱網(wǎng)抽汽流量隨之降低，應(yīng)監(jiān)視熱網(wǎng)加熱器汽側(cè)壓力變化趨勢(shì)，降低熱網(wǎng)循環(huán)水流量。

（3）退汽過程中應(yīng)盡量避免對(duì)熱網(wǎng)加熱器汽、水側(cè)同時(shí)操作。

4.3.2 兩臺(tái)燃機(jī)負(fù)荷偏差大，導(dǎo)致鍋爐參數(shù)異常。預(yù)控措施如下：

兩臺(tái)燃機(jī)負(fù)荷偏差>60MW后，密切監(jiān)視余熱爐高、中壓蒸汽、再熱蒸汽各段溫度、壓力、流量變化，防止低負(fù)荷運(yùn)行余熱鍋爐因蒸汽流量過低導(dǎo)致超溫。當(dāng)主再熱蒸汽溫度>550℃時(shí)，應(yīng)立即終止兩臺(tái)燃機(jī)負(fù)荷偏差擴(kuò)大。

結(jié)語(yǔ)

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)供熱機(jī)組背壓工況并退汽方法，理論上可行，在京橋熱電2015年-2017年供熱季得到了多次實(shí)踐檢驗(yàn)。通過對(duì)實(shí)際切換過程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)不斷深入分析整理，并退汽過程中各風(fēng)險(xiǎn)可控。此技術(shù)的研究有利于縮短背壓工況啟停機(jī)時(shí)間，減少熱損耗，提高經(jīng)濟(jì)性，并簡(jiǎn)化了運(yùn)行操作。對(duì)于抽凝工況下并退汽同樣適用。

此技術(shù)實(shí)踐過程中優(yōu)點(diǎn)明顯，為燃?xì)鈾C(jī)組夜停晝啟調(diào)峰，維持熱網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供了科學(xué)方法依據(jù)，為首都北京的冬季供熱、電網(wǎng)調(diào)峰提供保障。希望會(huì)對(duì)同類型機(jī)組的實(shí)踐探索提供借鑒。

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