国内首台1000MW超超临界机组启动调试及其关键技术研究

国内首台1000MW超超临界机组启动调试及其关键技术研究国内首台1000MW超超临界机组启动调试及其关键技术研究沈伟国（浙江省电力试验研究院，杭州意能电力技术有限公司）摘要：本文介绍了华能玉环电厂#1机组工程建设和调试概况，项目研究的背景和意义，针对国内首台超超临界1000MW机组调试中的关键技术问题的研究工作和在玉环电厂#1机组上实施情况，对今后百万超超临界机组启动调试有推广指导意义。关键词：玉环电厂超超临界机组调试关键技术1前言未来15~20年既是中国发展的重要战略机遇期，也是能源、土地、环境等资源性瓶颈制约突出表现期。中国能源的资源总量和构成、建设小康社会对能源的需求以及当前我国的能源利用效率水平都决定了我国必须要大力推进经济增长方式的转型。当前，节约一次能源，减少有害废气排放，降低地球温室效应是各级政府和各类企业十分关注和高度重视的问题。而提高火电机组的蒸汽参数，从而提高其热效率并减少废气排放是实现节能减排的有效途径之一，因此超临界、超超临界发电技术正在我国不断发展。而华能玉环电厂正是超超临界这一发电技术在我国的首个应用。2工程概况华能玉环电厂是国家“863”计划引进超超临界发电技术、逐步实现国产化的依托工程。电厂规划建设4×1000MW超超临界机组。锅炉设备由哈尔滨锅炉厂有限责任公司采用三菱重工业株式会社（MitsuibishiHeavyIndustriesCo.Ltd）技术，所制造的锅炉是超超临界变压运行直流锅炉，采用П型布置、单炉膛、改进型低NOXPM主燃烧器和MACT型低NOx分级送风燃烧系统、反向双切园燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热、调温方式除煤/水比外，还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式。汽轮机由上海汽轮机有限公司采用德国西门子技术生产的单轴、四缸四排汽、中间再热凝汽式汽轮机组，额定功率1000MW。发电机由上海汽轮发电机有限公司采用德国西门子技术生产的水氢氢冷却汽轮发电机组。辅机国内招标采购，机组控制系统采用上海西屋公司制造的Ovation控制系统，其中汽轮机控制DEH系统采用西门子公司的T3000控制系统。该工程由华能国际电力股份有限公司建设，华东电力设计院设计，上海电力工程监理咨询有限公司负责工程安装与调试监理，河南立新电力建设监理有限公司负责土建监理，浙江省第二建设有限责任公司承担主体工程主厂房的土建施工，浙江省火电公司负责#1、#3机组和BOP部分的安装及GIS部分的调试，天津电建公司负责#2、#4机组的安装和BOP部分的土建。浙江省电力试验研究院和杭州意能电力技术有限公司负责#1和#3机组、全厂公用和机组公用系统的调试工作。3项目的立题背景自世界上第一台超超临界机组1957年在美国philo电厂投运以来，超超临界发电技术的发展已有50年历史，期间超超临界参数经历了高—低—高的演变过程，在超超临界技术发展初期，蒸汽参数取得比较高，超过了当时材料技术发展水平，使机组的可靠性、可用率都比较低，后来热力参数一度被降低到超临界水平。20世纪90年代以来，由于节能和环保的需要，超超临界机组又进入了新一轮的发展时期。目前世界上超超临界发电技术以美国、俄罗斯、日本、欧洲为主要代表，主蒸汽压力约为25~31MPa，主蒸汽温度为566~611℃，热效率在42﹪~47﹪。我国从华能石洞口第二电厂的600MW超临界机组开始引进超临界发电技术，目前有引进20台，国产2台，其中最大单机容量900MW，最长运行时间10余年。而超超临界发电技术在我国，则是以863课题“超超临界燃煤发电技术”之华能玉环电厂的建设作为标志。华能玉环电厂#1机组的启动调试则是华能玉环电厂建设的关键阶段。＃1机组调试面临的关键问题主要来自以下三个方面。1）该工程广泛采用新技术、新工艺、新材料、先进设备知识的消化吸收。华能玉环电厂工程是国家“863”计划引进超超临界发电技术、逐步实现国产化的依托工程。有国内电力行业最大的海水淡化系统；1000MW锅炉、汽轮发电机在国内外是第一次配合；汽轮机DEH控制系统由上汽厂牵头，德国西门子和南京西门子公司联合第一次设计使用；旁路控制和等离子点火技术应用、辅机逻辑控制和机组协调控制系统设计和软件组态等，对1000MW机组来说，都是第一次。再加上调试单位介入较晚，没有参与前期工作，因此必须花大精力对这些技术进行消化吸收。2）国内首台超超临界1000MW机组调试，无经验可参考借鉴，难度大。由于是全国第一台超超临界机组，大量应用了新技术、新工艺、先进的设备，启动调试面临全新的工作，调试对象以及调试过程遇到的问题都将是全新的，难以预测预控。从我们前期收集资料和技术准备，以及我们以往的调试经验来看，锅炉清洗和冲管方式，机组启动和运行中参数的匹配、燃烧调整试验、锅炉汽温控制、锅炉运行干湿态转换、电气进相试验、机组RB试验、机组甩负荷试验等是关键。3）工程建设进度紧，留给调试的时间短，不可能在调试期间就某个专题进行长时间试验论证，对关键项目必须事先研究确定方案。华能玉环电厂#1机组是业主要争创国内首台投运的1000MW超超临界机组。由于一系列原因，#1机组的土建、安装进度、以及外部电送入计划（包括临时电）和#1机组试运计划有较大的差距，时间相当紧张。特别是锅炉需点火清洗，冲管需投制粉、输煤、灰渣等系统，使得锅炉和汽机的安装、外围的土建机务安装、电缆敷设、热控调试矛盾更加突出，分部试运期间交叉作业增多。如何确保安全、准点地完成锅炉清洗、冲管等里程碑目标是一个十分严峻的任务。针对上述三方面的问题，调试单位成立课题组，立项研究机组整套启动调试措施以及分专业开展关键技术的研究。以确保主设备和系统的功能满足设计要求，机组可靠运行，安全和经济指标创优，按规范要求的调试项目和试验工作全部完成。4#1机组启动调试项目中的关键技术研究在#1机组各个专业调试技术方面开展的关键技术研究和创新如下。1）大型双膜法海水淡化工程调试国内首个日产淡水35000m3的大型双膜法海水淡化工程，包含六列超滤系统和反渗透系统，系统中进口设备的比例占90％以上。在调试过程中所涉及的过程控制和参数控制在国内均属首次，系统的单体试运和全面调试都是在摸索中进行的。加上外方在设备核心技术资料上进行了一定的保密工作，致使调试工作存在相当大的难度。为此，成立了专业技术难题攻关小组进行了专项攻关。目前，系统运行正常，产水量和品质完全满足发电机组需水要求。调试和项目研究过程中，主要研究的内容如下。反渗透保安过滤器问题研究保安过滤器滤芯在运行一段时间后有一个失效过程，失效后滤芯需更换才能重新投运系统，由于该滤芯都是进口设备材料，所以在此问题上所耗经费不少，并且威胁后续反渗透系统的运行安全，频繁更换也引起制水量的下降，设备启停频繁。所以这不仅是一个经济性问题，更是一个安全生产的问题。为此，课题组研究了保安过滤器滤芯污堵的物质成分和消除措施。针对物质的成分分析，课题组以取样的滤芯为材质在试验室进行了静态化学清洗试验和动态模拟化学清洗试验。采用了以HCl、柠檬酸、EDTA等化学试剂为主要酸洗配方，对保安过滤起滤芯进行了不同配方下的化学清洗试验，试验结果显示清洗效果较为理想。从扫描电镜图片以及试验差压等现象看，滤芯的恢复率在90％以上。这一方面延长了滤芯的寿命，另一方面使得后续反渗透的运行安全得到保证。对预处理、超滤系统运行参数修正玉环海水淡化工程包括大型海水净化的预处理系统，为使后续处理压力减少，在调试试验研究中项目组对海水净化系统进行了加氯试验，考察了次氯酸钠浓度和余氯的关系；对海水淡化系统中的细菌微生物分布做了普查试验，调整了反渗透预处理系统加药，提出分析结论。反渗透系统安全经济优化海水淡化反渗透系统安全经济主要体现在日常运行维护上，阻垢剂适当选型和加入是实现高效、稳定、安全运行的关键。为此，调试项目组成立专门的科研小组对反渗透专用阻垢剂选型、剂量测算进行了详细深入的研究。采用目前行业内的多种针对阻垢剂评价的静态法和动态方法，提出了最适用于本厂水质的阻垢剂加入方案并实施。2）超超临界机组RB试验与优化研究对RB控制策略和逻辑进行优化，首次在超超临界1000MW机组成功的实现了RB功能设计,试验正确动作,并且在生产阶段的几次RB动作100%保证了机组的平稳过渡，大大提高了机组的可靠性,为电厂带来了巨大的经济效益。a)给水延迟煤量变化的可控环节，正常调节和RB工况分离，RB工况中给水泵RB和别的RB工况分离，这样有利于在试验中调整参数，达到最优品质。b)修改了RB复位条件，原来逻辑是煤量指令到位RB自动复位，改为，负荷和汽压基本稳定或人工复位。c)增加了RB过程中主汽压力设定值惯性时间环节和正常调节的惯性时间分离，这样有利于保证主汽温度和过热度之间的平衡调整。RB试验分为以下内容，均获成功。燃料RUNBACK试验过程及优化送风机RUNBACK试验及优化引风机RUNBACK试验及优化给水泵RUNBACK试验及优化3）三菱超超临界锅炉和西门子汽机协调配合超超临界机组锅炉蒸发区容积小，蓄热利用能力差，汽水热力学特性决定蓄热系数随汽压变化的非线性严重，影响机组负荷响应速率；三输入三输出的协调系统对象结构对变负荷过程中的热量平衡与负荷调节的抗扰动能力提出了更高的要求；通过对玉环电厂超超临界机组协调控制策略的分析与应用完善，提出增加燃料超前指令初始变化梯度，分别调度煤、水超前指令时序与幅值，增加过热度给水超弛调节回路等改进措施，改善过程协调性与容错性，收到了满意的效果。在超超临界机组控制策略完善方面，采取了多种措施。针对超临界、超超临界机组蓄热系数的变化特性，采用较显著的变参数控制，在高负荷段相对加强燃料与给水的前馈超前指令强度。针对直流机组整体蓄热能力较汽包炉偏小的特点，减小汽机前馈指令变化速率，增加燃料与给水前馈超前指令的初始变化梯度，即变负荷初期幅值增大，汽压响应后幅值减小。在共同接收的锅炉主控指令后将燃料指令与给水指令的超前前馈回路分开设置，分别整定，根据实际分离器出口温度响应情况，通过时序与幅值的合理分配，使整个动态过程保持热量平衡。现场整定表明，燃料初始超前量要强许多，而给水超前量与其保持一定相位差，且变化较为平缓。减小汽机主控负荷调节分量的偏差死区，提早参与负荷调节；合理设置汽机主控负荷调节分量的配比系数，少量牺牲汽压控制的精度；滑压变负荷初期，使汽压设定值反向变化，利用汽机的正向调节尽可能多地利用锅炉蓄热。焓控制器采用变比例调节，偏差较小时采用缓变的纯积分控制，随着焓值偏离的加大，逐渐增强调节器的比例作用。提高燃料超前指令上升延速率，使蓄热损失及时补充；适当增加锅炉主控的负荷偏差调节分量，使稳态工况下煤水指令参与消除负荷扰动能力加强。修正过热度设定值曲线，平滑拐点；增加给水超弛调节器回路，取过热度设定值加安全余量作为超弛调节器的调节定值，取实际过热度为被调量，调节器参数为强积分配置，下限设置为零，正常工况保持零输出，同时设置安全上限。4）首次在国内1000MW超超临界锅炉上采用了稳压冲管和汽动泵供水技术华能玉环电厂＃1机组为大容量、高参数机组，直流锅炉，蓄热能力较差，厚壁部件较多，压力、温度骤变对设备寿命影响较大，且启动循环泵一般也要求炉水压力不能过快变化。从机组的安全性考虑同时结合＃1机组安装进度状况和调试计划要求，在组织专家对冲管方案进行充分讨论和论证的基础上，采用稳压冲管。同时，优化给水泵供水方案，提前做好汽动泵及其分系统调试工作。冲管期间投用两台制粉系统和汽动泵，节省了大量的燃油和电量，从而取得很大的经济效益。通过＃1机组冲管的实践，积累了丰富的1000MW等级超超临界锅炉稳压吹管的经验。总共只用6天时间完成机组冲管。稳压冲管和汽动泵供水的优点是：冲管时参数变化小，操作稳定，避免流量骤然增加对系统产生较大的冲击，冲管时受热面不会产生较大的温差，对临冲阀的开关时间没有要求。此外。可以将整套启动前需做的工作，提前到冲管前完成。冲管参数与标准定义完全一致，可确切实时考察冲管是否满足要求。5）甩负荷试验认真分析控制系统和