600MW空冷机组冷态启动优化

1 600MW 空冷机组冷态启动优化 摘要摘要 由于燃用煤质的特点及主设备特性等方面原因 阳城电厂2 台 600MW空冷机组投产后启动用 油量一般需 250 吨左右 造成启动用油量大的原因主要有以下几方面 煤质挥发分低 启动中难以着火和 燃尽 需大量投油助燃 冲转过程中汽轮机瓦振 轴振大 一次冲转成功率低 启磨后屏过易超温 拖延 启动时间 本文着重分析了以上问题产生的原因 通过采取 DEH 系统优化改造 汽缸倒暖 炉底加热 采 用低参数冲转 去除卫燃带耙钉 油枪技改 掺配烟煤等一系列优化措施后 启动用油量由原来的 240 吨 降至 100 吨左右 达到同类型机组的先进水平 取得了良好的经济效益和社会效益 关键词 关键词 冷态启动 DEH 高压缸倒暖 炉底加热 启动优化 1 1 设备概况设备概况 1 1 主设备介绍 阳城电厂2 600MW 燃煤空冷机组采用锅炉为东方锅炉厂制造的 DG2060 17 6 II3型亚 临界 一次中间再热 双拱形单炉膛 W 型火焰 平衡通风 固态排渣 露天布置 自 然循环汽包型燃煤锅炉 汽轮机组为哈尔滨汽轮机厂生产的亚临界 一次中间再热 单轴 三缸四排汽 间接 空冷凝汽式汽轮机 机组型号为NJK600 16 7 538 538 1 2 汽轮机缸体结构 汽轮机高中压缸采用合缸布置 采用双层缸结构 低压缸为双流反向布置 三层缸结 构 高中压积木块采用日本东芝公司成熟的设计技术 以适应空冷电站的气象条件 空冷 系统的特点和运行模式 低压积木块采用哈尔滨汽轮机厂生产的600MW汽轮机积木块 并 为空冷汽轮机特别设计了620mm末级叶片 且对排汽涡轮进行全面优化 1 3 汽轮机轴系系统 汽轮机整个轴系由 3 根转子组成 高中压转子跨距 6100mm 低压转子跨距 5740mm 高中压转子和 1 低压转子之间 1 低压转子与 2 低压转子之间 2 低压转子 和发电机转子之间均通过联轴器刚性联接 汽轮机共有六个支持轴承和一个推力轴承 1 6 支持轴承均采用四瓦可倾式轴承 各轴承上瓦的 X Y 向装有轴振测量装置 下瓦装 有测温装置 3 6 轴承下半瓦设有高压油顶起油孔供机组启停时顶起转子 推力轴承位 于高中压缸和 A 低压缸之间的 2 轴承座 采用 京士伯里 倾斜平面式双推力盘结构 工 作瓦块和定位瓦块各十二块 1 4 配汽调节系统 机组配有两个高压主汽门 TV 四个高压调门 GV 两个中压主汽门 RSV 和两个 2 中压调门 IV 调节系统采用哈尔滨汽轮机厂生产的数字式电液调节系统 DEH 其液压 部分为采用高压抗燃油的电液伺服控制系统 汽轮机采用高中压缸联合启动方式冲转 冲 转过程中需在600rpm进行摩检 2450rpm进行中暖机 1 5 煤质特性 该锅炉设计煤种为晋东南无烟煤 特点为挥发份低 煤质硬 哈氏可磨系数为 38 为 目前国内极难研磨 极难着火及燃烬的无烟煤之一 其特性见表 1 表 1 设计煤质特性 工业分析 空气干燥基 元素分析 收到基 低位发热 量 可磨系数 灰份水份 挥发 份 碳氢氧氮全硫Qnet arHGI AarMadVdafCarHarOarNarSt arkJ kg 19 093 897 1466 962 711 540 890 452421038 1 6 制粉系统 本锅炉采用双进双出 冷一次风正压直吹式制粉系统 由于煤质较硬 设计有6台目前 世界上最大的筒式钢球磨煤机 型号为BBD4760 磨煤机两端分离器有调节叶片调节煤粉细 度 1 7 炉膛及燃烧室 锅炉分为上 下炉膛两部分 为了提高着火区和燃烧区的温度 在下炉膛拱部 前后 垂直墙 翼墙 侧墙等部位原设计有卫燃带 但鉴于已运行的同类型锅炉排烟温度较高 在施工过程中炉膛有 278m2的区域未敷设卫燃带 1 8 壁温测点的布置 该炉启动中经常出现超温部位为全大屏过热器 沿炉宽布置有11 片全大屏过热器 在每管屏从炉前往炉后数第 17 31 45 57 根管子上分别布置有壁温测点 屏过壁 温报警值为 530 1 9 点火装置 每个燃烧器喷嘴配一支油枪 油枪采用机械雾化 36 支油枪设计总容量为 30 BMCR 单只油枪出力为 1150kg h 2 2 启动油耗概况及原因分析启动油耗概况及原因分析 机组移交生产后冷态启动用油量一般在250吨 造成启动用油量大的主要原因有以下几 方面 3 2 1 晋东南无烟煤挥发 份仅为7 左右 其着火温度 高达645 燃尽指数RJ为 2 燃料比RB高达13 01 当 燃料比RB 9就非常难燃烧 属于较难着火和燃尽的煤种 之一 见图一 这也是造成 锅炉启动油耗大的主要原因 1 由于煤粉难以着火 所以炉内热负荷低时 并网 前 不能启动磨煤机 只能 靠纯烧燃油来达到并网前状态 约需 80 吨油 另外投粉前为保证煤粉着火须投运 20 支油 枪 用油量达到 22t h 左右 2 启动中期为保证煤粉着火及燃尽 需大量投油 3 启动后期为防止燃烧恶化 撤油枪速度较慢 2 2 机组冲转时轴振大 一次冲转成功率低 经常延误机组的并网时间 2 3 启磨投粉时经常屏过超温 拖延启动时间 3 3 启动优化措施启动优化措施 3 13 1 解决冲转过程中汽轮机振动大的措施解决冲转过程中汽轮机振动大的措施 冷态冲转过程中汽轮机动静各部件温度存在差异 且同一部件的温度也处于非稳态 故造成了高压缸上下缸温差大 高中压缸膨胀不充分 胀差变化大等问题 极易导致汽轮 机升速过程中轴瓦振动超标而被迫打闸 为了改善汽轮机各部件启动状况 在以往冲转时我们采取在2450rpm暖机2 3小时 等 到各部件充分加热后才升至额定转速3000r min 尽管如此 仍多次出现在转速升至 3000rpm过程中轴瓦振动大而被迫打闸停机的情况 为改善启动时各部件的温度水平 解决 冲转时振动大的问题 我们采取了以下措施 3 1 13 1 1 通过通过 DEHDEH 优化改变高中压缸进汽比例 改善中压缸加热效果优化改变高中压缸进汽比例 改善中压缸加热效果 汽机启动冲转时原设计高 中压缸的进汽比为3 1 但在启动中多次出现中压缸缸胀 及胀差较大 机组无法升速 延误了启动并网时间 通过观察分析 发现导致以上问题主要由于机组冲转过程中 高压缸进汽量过大 中 压缸进汽量太少所造成的 冲转过程中由于中压缸鼓风摩擦生热 进入中压缸的蒸汽在初 始阶段反而是冷却转子和汽缸 造成中压缸缸体与转子存在温度差异 另外高中压转子温 度也会存着较大差异 最终造成高中压转子与高中压汽缸膨胀不同步 这样极容易造成升 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 邹县大同淮北鹤壁潞安松藻阳泉金竹山晋城阳城永安龙岩 燃尽率 图一 典型煤种燃尽率对比 4 速过程中轴瓦振动超限 针对这一情况 经多方沟通 决定对DEH系统进行优化改造 将汽机冲转时高中压缸进 汽比由3 1 改为 2 1 增加了中压缸进汽量 增加中压缸进汽量有以下意义 1 加快了中压缸的预暖速度 使中压缸预暖更充分 从而缩短了整个启动过程 2 高中压缸加热均匀 温升合理 汽缸易于胀出 胀差较小 3 冲转前高压缸采用倒暖 中压缸增大进汽 可以使高压转子和中压转子尽早越过脆性 转变温度 提高了汽机高转速运转的安全可靠性 3 1 23 1 2 选用较低的冲转参数选用较低的冲转参数 在调试启动过程中 冷态冲转时主汽压力一般为5MPa 6MPa 温度为380 400 再热 汽温一般为360 380 汽温较高 一方面与相关部件间温差增大 另一方面缸温与轴温 达到稳态的时间相对也较长 是造成机组启动中振动异常和暖机时间长的另一方面原因 为改善启动过程中汽轮机各部位温度水平 我们降低了冲转参数 主汽温降至 340 360 再热汽温降至280 300 采用较低的冲转参数一方面可以降低冲转时对汽轮 机各部件的热冲击 另一方面可以增大蒸汽的容积流量 使各金属部件加热均匀 增强了 机组启动的安全性 另外 采用较低的启动压力可以缩短锅炉点火至汽机冲转的时间间隔 节省燃油消耗 3 1 33 1 3 提前暖缸 延长暖缸时间提前暖缸 延长暖缸时间 为了提高提高冷态启动时高压缸温度水平 汽机设有高压缸倒暖系统 原规定一般在 锅炉点火后开始投入该系统 当高压缸金属温度达180 时退出倒暖系统 尽管如此还是不 能完全避免冲转过程中轴振超标 被迫打闸的情况 经过技术人员多次分析探讨 决定改进高压缸的暖缸方式 机组启动前一天开始投入 高压缸预暖 暖缸过程中利用高压缸本体疏水阀间断开启的方式控制暖缸速度 同时排出 缸内的冷凝水 最终在冲转前将高压缸预暖到200 以上 实践证明 提前进行高压缸预暖 可起到以下作用 1 提前暖缸使汽机高压转子在热态下充分释放应力 避免发生由于转子应力集中造成 汽机冲转过程中轴承振动超标 2 可使高中压缸在汽机冲转前充分膨胀 避免汽机在冲转或高速暖机过程中发生由于高 中压汽缸膨胀不均造成轴振超标 被迫打闸的情况 3 暖缸可缩小汽机高中压汽缸上下缸温差 进一步保证汽机冲转过程中的设备安全 4 可缩短汽机冲转过程中的高速暖机时间 节省启动用燃油 5 提前暖缸可以缩短机组并网后低负荷暖机时间 使机组尽快接带较高负荷 通过上述一系列的优化措施后 汽轮机组启动过程中上下缸温差大 涨差超限等问题 得到了有效控制 将2450r min暖机时间缩短至30min左右 且升至3000rpm期间各瓦振动平 稳 节约暖机时间约2小时 节约燃油约20t 5 3 23 2 缩短启动时间的措施缩短启动时间的措施 3 2 13 2 1 充分利用临炉加热系统 提升点火前炉水温度充分利用临炉加热系统 提升点火前炉水温度 该锅炉设计有临炉加热系统 在点火前将辅汽接至下降管底部加热炉水 可使炉水 和金属壁温均匀上升 减少汽包壁温差 缩短启动时间 节省启动用油 由于水冷壁管及下降管振动问题 该系统一直未投运 经过深入分析 确定该加热 系统运行时水流方向与正常运行时的水循环流动方向相反 因此 投入炉底加热系统前 必须确保汽包内炉水淹没汽水分离器出口 使炉水能通过旋风分离器进入汽包夹层与水 冷壁上升管连通 为了提高系统的安全性 更换了质量较好的阀门 完善了疏水预暖系统 制定了详细 的投运步骤和方法 该系统投运后可将汽包壁温加热到 120 左右 炉膛温度加热到 100 左右 同时 改善了点火条件 每次启动可节油 5 10 吨 3 2 23 2 2 协调指挥 统筹安排 压缩启动时间协调指挥 统筹安排 压缩启动时间 1 启动时炉内燃烧 汽包水温 蒸汽温度等都处于变化过程中 而这些参数又相互 关联 每一项随意的操作都可能产生 蝴蝶效应 拖延启动时间 所以启动中各岗位的操 作必须有统一指挥 相互通气 协作完成 2 启动中的各项操作必须按照顺序做到统筹安排 减少操作步序间的不必要等待时 间 3 对影响水位 汽温等波动的操作做好预控措施 防止重要参数异常影响启动速度 4 加强培训 提高运行人员的操作熟练程度 3 33 3 解决启动中屏过超温的措施解决启动中屏过超温的措施 W 型火焰锅炉由于结构原因 冷态启动过程中经常出现屏过管壁超温现象 不但严重影响管材安全 同时制约 机组启动速度 大量的燃油消耗在该阶段 3 3 1 通过切换过再热器调节挡板减小过热器侧烟气流量 屏过处于低温过热器的下流程 关小过热器侧烟气挡板 可以减小过热器侧烟气 流量 降低低过入口蒸汽温度 最终避免屏过管壁超温 3 3 2 开大高低压旁路开度 增加 流经受热面的蒸汽流量 3 3 3 在保证安全的前提下用适量减温水来控制屏过壁温 机组启动过程中投入减温水量过大或过早极易发 生蒸汽带水现象 为防止出现恶 性事故发生 在投运减温水时必须 注意以下几点 1 不宜依靠减温水来调节屏过壁温 一般总喷水量控制在40 50t h 即可 不 宜过大 2 投入减温水时必须 保证减温器后蒸汽温度高于饱和温度 10 以上 3 投入减温水时必须保证蒸汽流量大于 200t h 即 10 BMCR 工况流量 必 6 要时开大高低压旁路 3 3 4 炉内热负荷增加要缓慢 均匀 正常情况下 炉内的蒸汽流量的变化总是滞后于燃烧的变化 若炉内热负荷增加过 猛过快 锅内未产生充足的蒸汽来冷却受热面 也是导致屏过超温的重要因素 所以在 启磨 投油枪 加燃料等引起炉内热负荷变化的操作时必须缓慢 均匀 多次试验证明 采取以上一系列的手段后 在机组启动过程中屏过超温问题得到了 有效地解决 因超温问题引起的推迟操作现象再未发生 3 3 5 彻底去除水冷壁残余耙钉 降低炉膛出口温度 W 型火焰锅炉炉内设计卫燃带是促进煤粉气流着火和燃尽的有效手段 但同 时会造成下炉膛吸热量减少 炉膛出口 烟温较高 启动中屏过极易超温 根据厂家建 议 已在施工过程中有 278m2的区域未敷设卫燃材料 但 由于耙钉没有去掉 在锅炉 长期运行中遗留耙钉区域 极易附着焦渣 自然的形成一层 卫燃带 经专家调研 多方权衡后 在机组大修期间将炉内残留耙钉去掉 彻底破坏了 卫燃带 形成的条件 启动中下炉膛吸热量增加 炉膛出口烟温相对降低 屏过管 壁温度水平明显降低 3 4 解解决决启启动动后后期期用用油油量量大大问问题题 3 4 1 采采取取混混煤煤启启动动 解解决决低低负负荷荷 煤煤粉粉难难以以着着火火及及燃燃尽尽问问题题 解决启动过程中煤粉着火及燃尽问题 可以尝试从配风 煤粉细度等方面 入手解 决问题 但都不能彻底解决问题 为从根本上解决问题 我们采用了燃烧混煤启动 即在本地无烟煤中掺配 40 的 烟煤 以提高煤中的挥发份 改善煤粉着火和燃尽特性 表 2 为混煤煤质情况 通过 适当的掺配混煤的挥发份可达到 15 18 表 2 无烟煤 烟煤及混煤特征参数对比 项目项目符号符号单位单位无烟煤无烟煤烟煤烟煤混煤混煤 干燥无灰基挥发份干燥无灰基挥发份Vdaf 8 3 25 1415 878 收到基低位发热量收到基低位发热量Qnet ark g 5570 46395197 6 采取掺配烟煤方式后 投粉时间可以提前至并网前 此时观察炉内煤粉着火稳定 负压变化平稳 火焰明亮 且充满度大幅提高 烟囱 烟色呈灰白 未燃尽 煤粉接近正 常运行值 约 3 同纯烧无烟煤启动相比 掺配烟煤启动方式基本解决了低负荷下 煤粉难以着火和燃尽问题 并网到全撤油枪过程中比单烧无烟煤启机少用近 2 小时 节省燃油 20 吨 1 单烧无烟煤启动在并网后才启磨投粉 采用掺配烟煤启动时在汽机冲转时已 具备启磨条件 并网前可完成两台磨煤机的启动工作 2 单烧无烟煤投粉时需要约 20 支油枪支持 启动后期油枪需 22 支左右 掺配 7 烟煤投粉时仅需 12 支油枪 且在启动后期油枪最多 15 支即可满足需要 3 掺配烟煤启动后期撤油枪速度可以适当增加 基本在锅炉负荷在700t h 时 即可逐步撤出油枪 而单烧无烟煤撤油枪时锅炉负荷需达到1000t h 4 掺配烟煤启动时改善了炉内热负荷状况 蒸汽温度波动 管壁温度超限等问 题同时得到了缓解 3 4 2 减小油枪出力 改善启动后期炉内热负荷分配 启动是炉内热负荷是不断增长的过程 随着炉内热负荷的增加 陪投油量应该逐步 减小 锅炉原油枪设计出力 均为 1 15t h 启动后期炉内整体热负荷已达到较高水平 此时每个燃烧器仅需少量的油即可保证煤粉燃烧充分 若投用1 15t h 的油枪不可避免 地出现局部投油量过大浪费 同时未投运油枪区域 会出现煤粉引燃油量不足现象 若 适当降低油枪出力 通过 少油多投 的方式可使炉内热负荷更加均匀 同时减少了后 期用油量 另外采取掺配烟煤启