013 1000MW超超临界机组汽轮机启动调试-李续军..ppt
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1、1000MW超超临界机组汽轮机 启动调试,西安热工研究院有限公司调试部 2010年4月,相关统计数据表明,截至目前我国投运的百万千瓦超超临界火电机组已有24台,总装机容量为2400万千瓦,占火电装机总容量的3.37%;我国2010年在建的百万千瓦火电机组达到68台,百万千瓦火电机组总装机容量将高达9200万千瓦,超超临界1000MW机组将成为未来我国火电机组建设的主力机组,为此结合热工院近年来参与调试的超超临界1000MW机组,对1000MW超超临界机组汽轮机启动调试做一简要介绍。,一. 玉环电厂1000MW超超临界 机组汽轮机启动调试,华能玉环电厂是国家“十五”863计划“超超临界燃煤发电技
2、术”课题的依托工程和和超超临界国产化示范项目,规划装机容量为4台100万千瓦超超临界燃煤机组,机组主蒸汽压力为26.25MPa,主蒸汽和再热蒸汽温度达到600C,是目前国内运行参数最高的燃煤发电机组。工程三大主机设备生产厂分别为:哈尔滨锅炉厂有限责任公司、上海汽轮机厂有限责任公司和上海汽轮发电机有限公司。 一期工程的1、2号机组于2006年11月28日和12月30日完成168小时满负荷试运行,投入商业运行;二期工程的3、4号机组于2007年11月11日和11月25日完成168小时满负荷试运行,投入商业运行。 西安热工研究院承担了玉环电厂2号、4号机组的启动调试项目,本文将对玉环电厂1000MW
3、超超临界汽轮机的技术特点及调试过程进行简要介绍。,1. 工程简介,2. 机组主要设备概况,2.1锅炉 锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的超超临界参数变压运行垂直管圈水冷壁直流炉,单炉膛、一次中间再热、采用八角双火焰切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢悬吊结构型燃煤锅炉。 锅炉采用日本三菱公司的PM(Pollution Minimum)主燃烧器和MACT(Mitsubishi Advanced Combustion Technology)型低NOx分级送风燃烧系统,炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统,调温方式除煤/水比外,还采用烟气调节挡板、燃烧器摆动、喷水等方式。
4、,图2 锅炉燃烧器实际燃烧图,锅炉A层PM燃烧器浓侧改为等离子燃烧器,配用烟台龙源科技公司等离子点火装置。 锅炉设内置式启动系统,由启动循环泵、启动分离器、贮水箱、疏水扩容器、水位控制阀(WDC阀)、凝结水疏水泵等设备组成。 采用PM-MACT型八角反向双切圆布置的摆动燃烧器。燃烧器布置见图1和图2。 BMCR工况锅炉主要设计参数: 锅炉最大蒸发量 2953 t/h 主蒸汽压力 27.46 MPa 主蒸汽温度 605 再热蒸汽(进/出口)压力 6.14/5.94 MPa 再热蒸汽(进/出口)温度 377/603 再热蒸汽流量 2446 t/h 给水温度 298 排烟温度(未修正) 129.4
5、锅炉效率(BRL工况) 93.68 ,2.2 汽轮机及其系统,玉环电厂汽轮机是上海汽轮机有限公司引进德国西门子技术生产的1000MW超超临界汽轮发电机组。型号为N1000-26.25/600/600(TC4F)。汽轮机型式是超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式、采用八级回热抽汽。 主蒸汽管道采用双-单-双连接方式,再热蒸汽采用二根平行管道供汽。每台机组设置一套高压和低压两级串联汽轮机旁路系统,机组的旁路容量按40%BMCR设置。 调节系统采用西门子T3000数字电液调节系统。 汽轮机保安系统不设计机械式超速保安装置,只设计两套电子式超速保安装置,通过危急跳闸ETS系统危急遮
6、断,能确保机组在设备出现危险工况时快速有效的执行汽轮机跳闸命令,保障设备的安全。 汽轮机配用一套EH高压抗燃油系统。,锅炉给水系统配置两台汽动给水泵和一台电动给水泵,机组正常运行为两台汽动给水泵运行,电动给水泵作为机组启动用,也可作为备用泵。每台汽动给水泵调速、保安、润滑共用一套油系统。 真空系统配置三台50%容量水环式真空泵,两用一备运行方式。 配置两台100%容量的循环水泵,夏季满负荷运行时两台循环水泵均投入运行,冬季可只投一台循环水泵运行。系统设有两台100%容量凝结水泵,两台100%容量闭式冷却水泵,两台100%容量开式冷却水泵;6台高压加热器分A、B列布置;一台除氧器;四台低压加热器
7、。还设有顶轴油系统、盘车系统;发电机密封油系统;发电机氢气冷却系统等。 汽轮机主要技术规范: 额定主蒸汽压力: 26.25 MPa 额定主蒸汽温度: 600 额定主蒸汽流量: 2733 t/h 额定再热蒸汽压力: 5.35 Mpa 额定再热蒸汽温度: 600 额定再热蒸汽流量: 2274 t/h,主蒸汽最大进汽量: 2953 t/h 低压缸排汽压力: 4.4/5.4 kPa 配汽方式: 全周进汽,节流配汽,带补汽阀 额定给水温度: 292.5 额定转速: 3000r/min THA工况热耗: 7316kJ/kWh 低压末级叶片长度: 1145.8mm 汽轮机总内效率: 92.03% 回热系统:
8、 三高(A、B列共6台)、四低、一除氧共8级 启动及运行方式: 高中压缸联合启动方式 通过临界转速时轴振相对振动值:0.165mm 允许周波变化范围: 48.5Hz-51.5Hz 调节控制系统型式: T3000 DEH 通流级数(高+中+低): 14+213+226=64级 盘车转速: 50 r/min 转向: 从汽轮机端向发电机端看顺时针,2.3 发电机及其系统,发电机为上海汽轮发电机有限公司引进德国西门子公司技术生产的THDF 125/67型三相同步汽轮发电机。发电机额定容量1056 MVA,发电机最大连续输出功率1000 MW(额定条件且发电机冷却器冷却水温33),发电机输出额定功率95
9、0 MW(额定条件且发电机冷却器冷却水温38),发电机最大输出功率1050 MW。 发电机采用水氢氢冷却方式:定子绕组水内冷,转子绕组和定子主出线氢内冷,铁心轴向氢冷。 密封油系统采用单流环式密封。,2.4 分散控制系统(DCS),机组分散控制系统(DCS) 采用Ovation系统,功能涵盖了数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)等各项控制功能,是一套软硬件一体化的完成全套机组各项控制功能的完善的控制系统。软件组态分包商为西安热工研究院有限公司。汽轮机控制系统配用西门子T3000 DEH系统,日本三菱重工负责给水泵汽轮机控制系
10、统(MEH)系统的设计供货(含液压部分)。 软件组态分包商为西安热工研究院有限公司。 汽轮机控制系统配用西门子T3000 DEH系统,日本三菱重工负责给水泵汽轮机控制系统(MEH)系统的设计供货(含液压部分)。 本厂机组控制方式分为:协调控制方式(CC),锅炉跟随控制方式(BF),锅炉输入控制方式(BI)(包括汽机跟随方式),锅炉手动方式(BH)(包括汽机跟随方式)。,2.5 DEH控制系统,本工程DEH系统由上海汽轮机厂配套提供,DEH硬件采用西门子公司的S7-400系列控制器(包括DEH专用的ADD FEM模块和高速处理单元FM458)。系统配置2台独立的操作员站和1台工程师站。DEH软件
11、采用TELEPERM T300系统。软硬件结合实现DEH系统主要功能:汽轮机控制系统、安全系统、辅助系统。 汽轮机控制系统实现汽轮机的转速/负荷调节与保持;汽轮机安全系统实现汽轮机的保护跳闸、在线保护试验和阀门试验等功能;汽轮机辅助系统实现对汽轮机转速、振动、轴向位移、蒸汽温度压力、汽轮机金属温度等一些重要参数的测量、监视功能,同时DEH系统还监视并控制汽机润滑油系统、顶轴油系统、EH油系统系统、盘车系统、轴封系统、抽汽系统、本体疏水系统等。,具体配置为: 控制柜401功能:基本控制逻辑及ETS保护; 控制柜501功能:ATC控制逻辑; 控制柜601功能:相关外围系统,如疏水、油、盘车、抽汽、
12、真空破坏阀等系统。,3. 汽轮机技术特点,3.1机组总体布置特点 华能玉环电厂1000 MW 机组汽轮机的总体型式为单轴四缸四排汽。采用西门子公司的HMN 型积木块组合:1个单流圆筒型H30高压缸,1个双流M30中压缸,2个N30 双流低压缸。HMN 型总体结构简捷、紧凑,具有特别优异的可靠性、经济性和维护性。汽轮机的总体布置如图3-1图1-3。汽轮机4根转子分别由5个径向轴承来支承, 该支承方式使结构比较紧凑。盘车装置采用液压马达,安装于高压转子调阀端的顶端。,图3-1 汽轮机总体布置图,图3-2 玉环电厂汽轮机视图,图3-3 玉环电厂汽轮机正视图,3.2 高压缸技术特点 高压缸采用单流、双
13、层缸设计共14 级。外缸为轴向对分桶形结构, 内缸为垂直纵向平分面结构。由于缸体为旋转对称, 避免了应力集中, 使得机组在启动、停机或快速变负荷时缸体的温度变化梯度很小,热应力保持在一个很低的水平。圆筒型高压外缸(见图4) 有极高的承压能力,安全可靠性高。用于玉环机型的高压缸积木块H30的设计压力达到30MPa。,图4 独特的圆桶型高压外缸,3.3 中压缸技术特点 中压缸采用双流程和双层缸设计, 共213级,见图5。中压高温进汽仅局限于内缸的进汽部分。而中压外缸只承受中压排汽的较低压力和较低温度。同时, 外缸中的压力也降低了内缸法兰的负荷,内缸只要承受压差即可。 中压缸第一级进汽除了与高压缸一
14、样采用低反动度叶片级, 以及切向进汽的第一级斜置静叶结构外, 为冷却中压转子还采取了一种切向涡流冷却技术。中压进口段上开有切向进汽孔,利用涡流原理,中压再热蒸汽进入该孔形成高速切向流动,热能能量转换为动能后, 温度可下降15 左右,起到冷却中压转子的作用。该技术结构简洁且可靠性好。,图5 中压缸外形,3.4 无导汽管的阀门连接结构 机组只有两个主调门及两个再热主调门,布置在汽缸两侧,切向进汽(见图6)。阀门与汽缸之间无导汽管,直接与汽缸相连(见图7),结构非常紧凑、流动损失小。阀门直接支撑在基础弹性支架上,对汽缸附加推力小、起吊高度低。阀门与汽缸整体安装,主调门与高压缸采用焊接或大型罩螺母方式
15、连接,有利于大修拆装。阀门采取小网格、大面积的不锈钢永久性滤网。其特点是直径小,刚性好,不易损坏。,图6 切向进汽,图7 调阀与汽缸的连接,3.5 过载补汽技术 补汽技术是西门子公司特有的技术, 是从某一工况(玉环工程TMCR 工况) 开始从主汽阀后、主调阀前引出一些新蒸汽(额定进汽量的5 %10 % , 玉环工程约为8 %) , 经补汽阀节流降低参数(蒸汽温度约降低30) 后进入高压第5级动叶后空间, 主汽与这股蒸汽混合后在以后各级继续膨胀做功。过载补汽阀的结构与高中压调节阀结构相同,位于高压缸下部,由电液控制系统调节开度。补汽技术提高了汽轮机的过载和调频能力。 对超超临界高温汽轮机, 补汽
16、还能起到对汽缸的冷却作用。补汽阀通过保持一定的漏汽, 充分利用补汽温度始终低于主蒸汽30的特点, 对汽缸起到冷却作用,有利于提高高温部件的可靠性。,3.6 独特的启动性能 3.6.1 汽轮机冲转制额定转速 本机组在所有正常的运行启动状态下(大修后首次启动除外) , 从冲转开始到额定转速3000r/ min 的时间均为5分钟左右,其优点为:1)运行操作简洁;2)能快速增加锅炉负荷和减轻旁路负担;3)能快速通过轴系所有临界转速区,有利于轴系的稳定及安全运行。图8为外高桥二期900MW汽轮发电机组冷态起动曲线。 3.6.2 启动及运行的限制更为宽松 在机组启动时,对低旁参数的设置要求更为宽松(见表1
17、) ,有利于机炉与旁路的匹配和运行,提高整机的运行灵活性。同时,该机组未设计机组胀差监视参数,机组启动迅速。,图8 外高桥二期900MW汽轮发电机组冷态起动曲线,图9 汽轮机冷态启动曲线,表1 启动时高压缸参数的限制要求对比,4. 调试过程介绍,4.1 调试概况 2号机组于2006年12月7日开始整组启动,12月12日汽机首次定速3000r/min,12月15日一次并网成功,2006年12月18日首次带满负荷1000MW运行,并于2006年12月30日顺利通过168小时满负荷试运行。2号机组于从2006年12月7日开始整组启动至2006年12月30日通过168小时满负荷试运行期间,机组总共启动
18、4次,其中冷态启动1次,温态启动3次。 4号机组于2007年11月8日开始整组启动,11月12日15:00汽机首次定速3000r/min,11月14日8:06一次并网成功,11月16日15:48首次带满负荷1000MW运行,并于2007年11月25日顺利通过168小时满负荷试运行。4号机组于从2007年11月8日开始整组启动至2007年11月24日通过168小时满负荷试运行期间,汽机总共启动7次,其中冷态启动1次,温态启动4次,热态启动1次,极热态启动1次。,4.2 汽轮机冲转过程介绍 本机组的启动方式为带高、低压旁路的高、中压缸联合启动,汽轮机的冲转采用DEH控制系统中的SGC自动方式。 其
19、主要特点为:启动前的暖阀、启动中的暖机及带负荷过程中实行全程应力监视,当任一时刻出现应力超限时,DEH将不允许冲转或继续带负荷;冷态启动时汽轮机需要在360r/min低速暖机1小时,其余状态启动时均不需进行暖机;冲转过程中,升速率由DEH根据机组热应力所允许的最大升速率自动设定,升速过程中无法人为保持当前转速也无法设定新的目标转速;整个冲转过程从盘车转速至额定转速只需5分钟左右。下面对冲转过程做简要介绍。 汽机冲转过程中需满足的各X准则见附图18,启动曲线见图9。,4.2.1 投入汽机SGC程控,启动装置TAB自动运行,将实现以下功能: 确认ETS无跳闸信号,投入SGC ST自动,并发出“st
20、artup”指令; 确认TAB12.5% 时,汽机复置; 确认TAB22.5% 时,高、中压主汽门跳闸电磁阀复位(ESV TRIP SOLV REST); 确认TAB32.5% 时,高、中压调门跳闸电磁阀复位(CV TRIP SOLV REST); 确认TAB42.5% 时,开启高、中压主汽门(ESV PILOT SOLV OPEN)。 注:机组启动过程中,启动装置TAB每次到达某一限值时,其输出TAB都会停止变化,等待SGC ST执行特定任务操作,操作完成收到反馈信号后启动装置TAB输出才会继续变化。,4.2 执行SGC程控步骤: 步骤1:启动初始化,检查盘车系统; 步骤2:汽机抽汽逆止阀子
21、程序SLC投入,确保抽汽回热系统为冲转做好准备; 步骤3:汽轮机限制控制器投入:高压缸排汽温度控制、高压叶片压力控制、高压压比控制、高压限压方式控制; 步骤4:汽机疏水子程序SLC投入; 步骤5:打开暖机疏水阀; 步骤6步骤7:空 步骤8:投入并运行油泵测试子程序,保证其已为汽机运行做好准备; 步骤9步骤10:空,步骤11:发电机干燥器SLC投入、等待蒸汽品质合格; 步骤12:空 步骤13:汽轮机的主蒸汽和再热蒸汽管路暖管完成(主汽、热再管道所有温度测点的最小过热度10K),低压缸喷水减温投自动; 步骤14:开启主汽门前疏水,打开蒸汽纯度确认SLC STEAM PURITY RELEASED选
22、择ON(蒸汽品质必须合格,若不合格则选OFF); 步骤15:开启主汽门:主汽门开启前必须遵循准则X1、X2; 步骤16:确认主汽门已开启; 步骤17:空 步骤18:开启调门前选择主蒸汽流量:高压转子中心孔温度400,选择主蒸气流量15,高压转子中心孔温度400,选择主蒸气流量10; 步骤19:空,步骤20:开启调阀前确认冲转条件:冲转前必须遵循准则X4、X5、X6、Z3、Z4且热再蒸汽温度过热度30K;(SLC 蒸汽品质子回路释放,若蒸汽品质不合格重新回到第11步至20步,进行暖管、暖阀) 步骤21:开启调门,升速到暖机转速360 rmin:打开释放设定点SLC选择ON,汽机转速控制器设定36
23、0 r/min,转速控制器投入,开调门汽机冲转至暖机转速。 步骤22:解除SLC蒸汽纯度,蒸汽纯度SLC选择OFF; 步骤23:保持暖机转速,增加高压汽轮机的预热度,暖机结束的标准:X7准则满足; 步骤24:空 步骤25:升速至额定转速3000r/mim; 步骤26:关闭高压和低压汽轮机疏水; 步骤27:解除SLC转速控制器手动,汽机转速控制器停止工作,汽机启动装置TAB62%,限制调门开度; 步骤28:发电机调压器AVR投入;,步骤29:发电机同期前保持额定转速:满足X8准则,TSE温度上限裕度30; 步骤30:准备并网; 步骤31:并网; 步骤32:启动装置TAB至99%,汽轮机进汽调阀开
24、度由DEH负荷控制器控制; 步骤33:汽轮发电机的启动程序完成; 步骤34:确认DEH负荷控制器投入; 步骤35:启动程序结束,信号送至汽机SGC反馈端。 因该机组只设计电子式超速保安装置,根据西门子公司的有关规定,在机组第一次启动定速3000r/min前,需先改变机组超速保护定值进行机组的超速试验,超速试验合格后,方能定速。,4.3 机组整套启动实例 4号机组于11月15日22:40进行甩50%额定负荷试验后极热态启动,11月15日23:23锅炉点火,11月16日1:00汽机定速3000r/min。冲转参数:主蒸汽压力8.59MPa,温度583;再热蒸汽压力1.5MPa,温度543.3。1:
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