国内首台超临界350?MW直接空冷机组运行实践

摘 要：目前，我国超（超）临界发电技术发展很快，机组所占比重越来越大；因此，其运行实践经验非常宝贵。该文主要介绍了国内首台首套超临界350 MW直接空冷机组投入实际生产后的一些运行实践经验，重点从机组的设备本体设计特点、机组性能、生产运行管理、运行方式优化及设备优化改造等方面展开了论述。并且，通过各种管理、运行及改造等有效手段，机组整体运行指标达到优良的状态。该文可供同行参考，有助于同类型其他机组的安全高效运行。

关键词：国内 首台首套 超临界 350 MW 直接空冷 运行实践

中图分类号：TK2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（c）-0122-02

目前，燃煤火力发电在整个电网中占主力，并且，格局在降维持很长一段时期不变。因此，提高效率和降低排放的发电技术是本领域的重点关注对象。其中，超（超）临界技术是目前提高火电厂发电效率有几种较易实现的技术之一[1-2]。因此，我国超（超）临界机组所占比重越来越大，其运行实践经验也显得异常宝贵[3-4]。

临河发电公司一期项目是由2台全国首套350 MW等级超临界直接空冷机组组成，并于2011年7月投产。机组的建设及运营等紧紧围绕“安全、高效、节能、环保”的总体目标，始终坚持“专业化管理、标准化施工、精细化调试、规范化生产”的原则，认真做好设计、制造、施工、调试、性能试验和生产运营等方面系统工程的管理。2011年9月完成两台机组的性能考核试验，各项技术经济指标达到或优于设计指标，符合国家建设“资源节约型、环境友好型”新型企业的政策，为350 MW等级超临界直接空冷机组的建设提供了示范，积累了大量的实际运行宝贵经验。

1 工程概况及系统简介

临河发电机组作为宁夏能源铝业宁东分公司电解系列的自备电源，规划总装机为6×350 MW的燃煤超临界空冷发电机组；并且，#3机组于2013年7月29日开工建设。工程采用了EPC管理模式。在工程建设过程中，中电投电力工程公司负责工程建设的管理工作，全面实施了专业化、标准化、规范化和程序化管理，提高了工程建设管理水平，为机组竣工、投入生产运营提供了保证。

1.1 锅炉

锅炉为东方锅炉公司的超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用前后墙对冲燃烧方式、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢悬吊结构Π型锅炉。炉膛下部采用内螺纹管螺旋管圈水冷壁，采用水冷壁中间混合集箱过度后垂直上升，水冷壁入口管段设计节流孔圈。采用前后墙对冲燃烧方式，燃烧器采用经济、高效的低NOXHT―NR3型旋流燃烧器。燃用设计煤种时，锅炉不投油最低稳定燃烧负荷为30%BMCR，低负荷时可采用布置于C层的微油枪或其他燃烧器层的常规油枪稳定煤粉燃烧。启动系统采用内置式启动分离器，过热器采用五级过热方式，通过煤水比调节和两级喷水减温来控制主汽温。再热器汽温采用尾部分隔烟道挡板调节，低温再热器与高温再热器连接管道上设置事故喷水。制粉系统采用冷一次风正压直吹工艺，每台锅炉的中速磨煤机采用四运行一备的配备。炉底排渣系统采用机械风冷干式排渣方式。每台锅炉配备一台双室五电场静电除尘器。锅炉设有膨胀中心及零位保证系统，炉顶采用大罩壳热密封，炉顶管采用全金属密封，炉墙为轻型结构带梯型金属外护板，屋顶为轻型金属屋盖，锅炉采用彩钢板封闭。脱硫系统采用烟湿法脱硫工艺。

1.2 汽轮机

汽轮机由东方电气集团东方汽轮机有限公司制造，采用24.2 MPa/566 ℃/566 ℃超临界参数、一次中间再热、高中压合缸、单轴、两缸两排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。高中压缸采用双层缸结构，低压缸为对称分流式，也采用双层缸结构。通流部分采用三维设计优化，包括1个单列调节级和9个高压压力级，7级正向布置的中压压力级，2×4双分流的低压压力级。高压缸效率85.02%，中压缸效率92.29%，低压缸效率90.11%。THA工况下保证热耗值7845 kJ/kWh。低压末级叶片采用高频淬火措施，来抗应力腐蚀及抗水蚀，汽轮机设有足够的除湿用的疏水口。高中压转子采用蒸汽冷却技术，高温再热蒸汽不直接接触转子，降低转子工作温度。

凝汽器采用哈空调公司生产的直接空冷凝汽器，使用特性模块化冷却段设计将顺流和逆流凝汽器按实际选定的比例分配到每一台风机组成一特性模块化冷却段，优化了空冷布局。热力循环采用七级回热抽汽系统，设有三台高压加热器、一台除氧器和三台低压热器。旁路采用30%高、低压两级串联旁路，满足启动及空冷系统防冻要求。

1.3 电气系统

本期采用2回330 kV出线，发电机出不设出口断路器，采用发电机-变压器组布置形式，启动电源由330 kV系统经#01启备变倒送至厂用电系统，3/2断路器接线方式。

1.4 运行控制方式

锅炉在30%BMCR以下以带循环泵的再循环方式运行，在30%～100%BMCR范围内以纯直流方式运行。机组通过DCS对机组进行监控，完成对机组的启动、停机、正常运行和事故处理，确保机组的安全可靠运行。

2 机组本体设计和辅机设备选型

在国内来讲，机组为首次采用了350 MW超临界直接空冷燃煤发电技术。锅炉燃烧效率大于93.64%，汽轮机的热耗率保证值7845 kJ/kWh，供电煤耗设计值321.66 g/kWh。工程主设备全部实现了国产化，主要辅机全部实现了国产化，并得到了成功应用。汽轮机应采用成熟的、通过运行考验的超临界湿冷350 MW汽轮机的高中压缸模块做为原型机。低压缸和末级叶片应以300 MW等级的空冷机组低压缸模块做为原型机，适应空冷机组高背压、背压变化幅度大、变化频繁的运行特点，满足机组安全可靠、经济运行。机组整体配备了技术先进、经济高效的主机，轴系缩短、振动指标优良，具有高效、高可靠性。

尾部采用全烟气脱硝技术，配套设计了SCR烟气脱硝工艺。脱硝工程分两期进行，SCR做了工程设计、预留场地空间，在适当的时候进行实施，以长期满足国家环保控制指标要求。

除渣系统采用机械干式除渣技术。负压式空气冷却钢带冷渣器结构简单，减少了占地面积；出渣系统运行时干式排渣不需要冷却水，无废水排放、场地整洁、节约水源、减少空气污染，保护了环境。尤其对于缺水地区，更能显示其优势。

推广应用先进的厂用电监控系统技术，通过对低压厂变和电动机实现电能实时监测，有利于发电过程的用电管理、电能指标考核管理，达到了监督设备的节能效果。

3 性能试验及结果

3.1机组性能试验

为保证机组性能试验顺利完成，按照ASMEPTC6-2004规定的方法，在机组设计阶段提出了试验测点布置要求，机组施工阶段在现场检查、落实测点的安装。试验前邀请东方锅炉技术人员到现场进行燃烧调整试验，确保锅炉在最佳工况下进行性能试验；对机组的设备条件和系统条件进行了检查和隔离，进行了机组不明泄漏量和高中压缸轴封漏汽量的预备性试验，保证主辅设备齐全、运行状态稳定，满足试验大纲要求。试验按照国家和ASMEPTC6-2004试验标准、规程、导则和机组技术协议进行修正计算，保证结果的准确有效性。2011年9月，完成机组性能考核试验（如表1所示），各项指标达到或优于设计值，实现了高效、节能、环保的目标。

3.2 机组性能指标

机组带基本负荷运行并参与调峰，RB、甩负荷功能满足安全、可靠性要求。锅炉在30%负荷以下以湿态方式运行，在30%～100%负荷范围内以纯直流方式运行。锅炉滑压运行时，在30%～100%负荷范围内过热蒸汽温度能维持其额定汽温；在50%～100%负荷范围内再热蒸汽能维持额定汽温，汽温偏差小于±5 ℃。机组采用“定―滑―定”运行方式，在高压加热器全部停运时，蒸汽参数保持在额定值，锅炉蒸发量满足汽轮机带额定功率要求，锅炉水冷壁、过热器、再热器管壁不超温。机组投入生产运行后，AGC功能满足电网负荷变化率要求，汽轮发电机组轴振48 um，机组可用率达到90%以上。机组能够快速经济启动，具有良好的启动特性、动态特性和负荷变化适应性，在较大负荷变化范围内具有较高的运行效率。

4 机组生产和运行管理

4.1 加强生产准备管理

组织生产管理人员和专业技术人员进行了收资，学习集团公司和宁夏能源铝业生产管理制度、规定，借鉴同类厂经验，编印了符合本公司实际的生产管理标准和相关规定；组织运行人员进行了理论培训、仿真培训和现场实习；组织编写了符合临河工程技术特点和系统特点的运行操作规程、系统图和异常处理预案。

4.2 加强生产运营管理

根据煤炭市场行情，一方面积极做好煤炭采购工作，增加煤源、拓宽市场、降低热值差，最大限度保证燃煤质量、控制燃煤价格；另一方面加强入炉煤管理，分类堆放、分区管理、分质掺配、分仓加煤，维持了锅炉燃烧的稳定性。

4.3 加强技术监督管理

在机组启停和正常运行过程中，加强技术监督管理，严格执行运行操作规程，明确阶段性汽水品质、壁温升降和负荷变化控制范围；组织专业技术人员对启停参数、主要工况参数的控制范围与设计参数进行比较和探索机组。在检修期间积极开展防磨防爆检查，对存在缺陷受热面及时进行修复处理，投产四年未发生锅炉四管泄漏。

4.4 加强运行管理，降低能耗指标

确定磨煤机组合和配风的最优方式，保证主汽温和再热汽温在额定值范围。每值进行小指标竞赛，及时调整主辅机运行方式，加强燃烧调整，控制重要参数在对应值范围内。合理调整机组运行方式，机组负荷250 MW以下时采用单台电泵运行方式，降低厂用电率；锅炉总煤量低于120 t/h采用三台磨煤机运行方式，优化锅炉燃烧，降低厂用电率；根据负荷和季节特点，合理控制机组背压，提高机组经济性。此外，每日进行大指标统计分析，加强煤耗和厂用电纠偏管理，做好指标分析和考核工作。

5 开展技术攻关，优化性能指标

5.1 运行方式优化

机组投入生产运营后，制定了技术攻关方案，对机组进行了进一步优化调整，与哈工大先进动力研究所做开展了汽轮机控制优化，提高了机组运行经济性[5]，设计了兼顾机组瓦温等轴系自身稳定性和经济性的优化进汽方案；针对超临界直接控冷机组背压变化幅度大的特点进行了滑压曲线优化，优化后机组热耗降低82.73 KJ/kWh。此外，还根据磨煤机运行情况结合同类型磨煤机运行经验，对一次风压进行了进一步优化，根据现场运行经验对凝结水运行压力进行调整，由2.0 MPa降至1.5 MPa，降低厂用电率0.02 %。

5.2 设备优化改造

在#1机组B级检修期间对汽封间隙进行调整及阀门内漏，降低供电煤耗4 g/KWh。

通过电泵密封水水封改造、吹灰疏水改造、采样水回水改造等项目，综合水耗由设计值0.396 kg/kWh下降至0.24 kg/kWh。

机组投产后进行性能试验时发现三段抽汽温度较设计值低68 ℃，分析认为低压缸排汽经内外缸夹层漏至三抽，额定工况下漏量约15 t/h，经检修时检查发现高压外缸腰带处汽封漏汽且腰带上有通汽孔漏汽，与分析吻合，与东汽厂家技术人员沟通后对通汽孔进行封堵，更换腰带汽封并加装一道盘根，修后三抽温度达到设计值，降低热耗24 kJ/kWh。

6 结语

临河发电有限公司的全国首台首套350 MW超临界直接空冷机组的成功应用，为同类机组的建设和运行提供了良好的借鉴经验：在加强各方面的运行管理、积极应用节能改造技术应用的基础上，在实现机组高效、稳定运行的同时降低了机组综合水耗。

参考文献

[1] 于达仁，徐志强.超临界机组控制技术及发展[J].热能动力工程，2001，16（2）：115-121.

[2] 傅万堂，张百忠，王宝忠.超临界与超超临界转子材料发展情况综述[J].大型铸锻件，2008（5）：33-36.

[3] 刘贤东，刘建东，乔增熙，等.超临界机组顺序阀优化改造研究[J].节能技术，2011，29（2）：153-158.

[4] 谷军生，郭谦，李智华，等.超临界空冷机组高调门阀体激振故障的分析及解决[J].科技资讯，2014，12（6）：128-129.

[5] 黄宝成，任江涛，党峰，等.超临界350 MW空冷机组阀门管理综合优化策略研究[J].科技创新导报，2014（2）：178-180.