660 MW超超临界机组大容量旁路的应用研究.pdf

20doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.10.004应用能源技术2023年第10 期（总第310 期）660MW超超临界机组大容量旁路的应用研究郭旭超（陕西黄陵发电有限公司，陕西延安7 2 7 30 7)摘要：本文围绕6 6 0 MW超超临界机组大容量旁路（10 0%旁路设置）的应用进行了深入分析和探讨。超超临界机组因其高效、节能的特点，在现代电力系统中占据重要地位。然而，为了确保系统的灵活性和可靠性，在设计和运行过程中可引入10 0%大容量旁路系统。介绍了660MW超超临界机组设备设计特性，随后通过对比分析不同旁路设置方案的性能，重点研究了10 0%大容量旁路系统在超超临界机组中的应用效果和经济性。研究结果表明,10 0%大容量旁路设置能有效提高机组在负荷波动时的调节能力，保证了机组在各种工况下的稳定运行。此外，该旁路系统还能在机组启动和停机过程中,减少热应力，延长设备寿命。经济性分析进一步证实，尽管初期投资较高，但通过提高运行效率和降低维护成本，长期来看具有明显的经济效益。关键词：超超临界机组；大容量旁路；再热器；机组启动中图分类号：TM621Application Research on Large Capacity Bypass for 660 MW(Shaanxi Huangling Power Generation Co.,Ltd.,Yanan 727307,China)Abstract:This paper conducts a comprehensive analysis and discussion on the application of large-capacity bypass(100%bypass setting)for 660 MW ultra-supercritical units.Ultra-supercriticalunits,characterized by high efficiency and energy-saving features,play a crucial role in modernpower systems.However,to ensure system flexibility and reliability,a 100%large-capacity bypasssystem can be introduced during the design and operation processes.The paper introduces theequipment design characteristics of 660 MW ultra-supercritical units and then focuses on theapplication effects and economic feasibility of the 100%large-capacity bypass system by comparingand analyzing different bypass setting schemes.The research results indicate that a 100%large-capacity bypass setting can effectively enhance the unit s regulation capability during loadfluctuations,ensuring stable operation under various conditions.Additionally,this bypass system canreduce thermal stress during unit startup and shutdown processes,extending equipment lifespan.Economic analysis further confirms that despite the higher initial investment,the significant long-term economic benefits are achieved through improved operational efficiency and reduced maintenancecosts.Key words:ultra-supercritical units;large capacity bypass;reheater;unit startup收稿日期：2 0 2 3-0 8-0 2作者简介：郭旭超（19 8 5），男，研究生，工程师，研究方向为大型火电厂集控运行技术管理。文献标志码：AUltra-supercritical UnitsGUO Xuchao0引言修订日期：2 0 2 3-0 8-2 8随着全球能源需求的持续增长和环境保护要求的日益严格，提高发电效率和降低污染排放成文章编号：10 0 9-32 30(2 0 2 3)10-0 0 2 0-0 52023年第10 期（总第310 期）为电力行业面临的重要挑战。在这一背景下，超超临界(USC)发电技术以其高效率和低排放特性,成为现代电力系统发展的关键方向之一。660MW超超临界机组作为大型发电设备的代表,其高效稳定的运行对于满足电网的需求、提升能源利用效率具有重要意义。然而，超超临界机组在运行过程中，尤其是在负荷波动较大或是应对电网突发事件时，面临着调节灵活性不足的问题 1-3。为了解决这一问题,引人大容量旁路系统成为一种有效的技术方案。10 0%大容量旁路设置,即在机组设计中预留出等同于全负荷容量的旁路能力,能够在必要时刻迅速调节机组输出，保障电网的稳定性和机组的安全运行 4-51。尽管100%大容量旁路系统的引人为超超临界机组的运行提供了新的可能性，但其在实际应用中的性能表现、经济效益以及对机组运行的影响等方面仍需深人研究。因此,本文旨在通过对6 6 0 MW超超临界机组大容量旁路系统的应用进行系统性的分析和评估,探讨其在提高机组调节能力、保证运行安全性以及经济性方面的作用和效果。通过大容量旁路应用的研究能为超超临界机组的设计优化和运行管理提供科学依据和实践指导，进一步推动高效节能发电技术的发展。1设备概述某电厂由东方锅炉股份有限公司设计制造DG1857/29.32 型锅炉，该锅炉为超超临界直流炉，本体设计单炉膛、一次再热、平衡通风、不带启动循环泵、内置式启动系统、半露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、对冲燃烧、I式锅炉的特点。这台锅炉配备了两台回转式四分仓空气预热器。采用了中速磨冷一次风正压直吹式制粉系统，锅炉内布置了燃烧器，其中2 层为离子点火燃烧器，同时还具备无油系统。汽轮机未东方汽轮机有限责任公司制造NJK660-28/600/620型汽轮机，其设计为高效超超临界、一次中间再热、单轴、三缸两排汽、间接空应用能源技术冷抽汽凝汽式、九级回热抽汽的汽轮机，同时配备了3号高加设置的外置式蒸汽冷却器。该汽轮机额定功率为6 6 0 MW,采用复合变压运行方式，配备了数字式电液调节（DEH)系统。每台机组的给水系统配备了110 0%容量的汽动给水泵，前置泵与主泵同轴布置，给水泵将排汽排入主机凝汽器；此外还设置了135%容量的电动启动给水泵供2 台机组共用。每台机组还设置了10 0%高压旁路和6 5%低压旁路。发电机是东方电气股份有限公司制造的型号为QFSN-660-2-22D的发电机,采用水/氢/氢的冷却方式，励磁方式为静态励磁方式。电气主接线采用7 50 kVGIS两回接入电网。两台机组均通过发电机一变压器组单元接线接人7 50 kV母线。2旁路系统功能(1)改善机组启动性能在6 6 0 MW超超临界机组中,旁路系统设置可以显著改善机组的启动性能。当机组需要进行热态启动时，主蒸汽温度必须与汽轮机缸温相匹配,以满足汽轮机冲转要求。如果旁路设置较小，机组在启动过程中必须按照正常流程进入湿态运行，导致汽温与匹配汽温相差较大，无法快速满足汽轮机冲转要求。然而，设置旁路增大后,只要锅炉进人直流状态，通过煤水比的变化，主汽温度可以任意调节，从而解决了热态启动中的汽温匹配问题，实现了快速并网。（2）保护锅炉再热器在机组运行中，再热器是承受高温高压蒸汽的重要部件,其工作稳定性对整个机组的运行安全和稳定性至关重要。通过设置旁路系统可以在机组运行中实现对再热器的有效保护。当机组运行中突发对电网的输出电功率中断时,旁路系统可以实现发变组解列后汽轮机和锅炉维持运行，保护再热器不干烧，避免再热器受到过热或干燥的影响。同时,旁路系统还可以实现机组的停机不停炉运行，避免锅炉发生MFT动作，减少锅炉2122的热应力冲击，从而延长再热器的使用寿命。（3）实现机组停机不停炉当机组运行中突发对电网的输出电功率中断时，停机不停炉逻辑将被触发，高旁和低旁会在2秒内打开，进人压力自动跟踪状态，保护再热器不干烧，同时触发磨煤机RB逻辑，使锅炉快速降负荷至55%BMCR负荷，避免锅炉发生MFT。然后根据汽轮机或发电机故障情况，综合判断是否要停运锅炉。这样的控制方式不仅避免了锅炉直接发生MFT给锅炉带来的热应力冲击,还可以缓慢稳定地将锅炉停运，避免大幅度的热应力冲击，从而保护了锅炉的寿命。(4)防止锅炉超压在机组运行过程中，如果出现突发情况导致汽轮机跳闸或其他故障，锅炉仍然会持续产生蒸汽，如果没有及时排放或回收这部分蒸汽，就会导致锅炉内部压力急剧升高，可能引发锅炉超压事故。而旁路系统可以通过调节旁路阀门的开启程度，及时排放或回收高压蒸汽，保持锅炉内部压力在安全范围内，有效防止锅炉超压的发生。这种防止锅炉超压的功能对于保障机组运行安全和稳定具有重要意义，也是大容量旁路系统在实际应用中的重要作用之一。（5）适应机组定压/滑压运行在机组运行过程中，需要根据电网负荷的变化来调整机组的输出功率，而定压/滑压运行模式可以有效实现这一目的。通过旁路系统，可以灵活地调节主汽温度，从而实现机组的定压/滑压运行。在电网负荷下降时，可以通过适当降低主汽温度来减少机组的输出功率，而在电网负荷上升时,则可以通过提高主汽温度来增加机组的输出功率。这种灵活的调节方式可以有效提高机组的运行效率，同时也有利于电网的稳定运行。(6)回收高压蒸汽，减少安全阀噪音在机组运行中，当需要减少负荷或者停机时，通过旁路系统可以将高压蒸汽回收到锅炉系统中，避免了过多的蒸汽通过安全阀排放到大气中，应用能源技术减少了锅炉运行时的噪音污染。这不仅有利于环境保护，也提高了机组运行的舒适性和安全性。3旁路系统型式3.1一级旁路系统一级旁路系统如图1所示,在锅炉的主汽管路上设置的旁路系统,其功能是在机组启动或停机时,通过调节旁路阀门的开度,实现对主汽温度和压力的调节,以满足汽轮机的启动和停机要求。一级旁路系统可以通过控制旁路阀门的开度,实现对主汽温度和压力的精确调节，从而保证汽轮机在启动过程中获得匹配的汽温和压力条件，提高机组的启动性能。同时，一级旁路系统还可以在机组停机时,通过控制主汽温度和压力的变化，实现锅炉的停机不停炉，避免锅炉发生MFT,减少热应力冲击,延长锅炉的使用寿命。因此，一级旁路系统在机组的启动、停机和运行过程中起着非常重要的作用。DP锅炉一级旁路4图1一级旁路系统3.2二级旁路系统二级旁路系统如图2 所示,将新蒸汽绕过高压缸(HP)后,经过减压减温进入再热器（即高压旁路系统），然后再经过再热器出口，绕过中压缸（IP）。最后经过减压减温进入凝汽器（即低压旁路系统）。这种通过高低压两级串联的旁路系统既满足了机组在冷态和热态下的启动要求，又能保护再热器，因此目前大型机组中大多采用这种系统。对于二级旁路系统，又可以分为两种类型：一种是高旁具有安全阀功能,另一种则不具备安全阀功能。对于不具备安全阀功能的高旁锅炉出2023年第10 期（总第310 期）IPLP凝汽器2023年第10 期（总第310 期）口，需要额外设置安全阀；而具备安全阀功能的高旁锅炉出口，则不需要额外设置安全阀。高旁阀具备调节、溢流和安全阀等三种功能，因此也被称为“三用阀 6 DP锅炉高旁4图2 二级旁路系统3.3三级旁路系统二级旁路系统如图3所示，是在二级旁路系统的基础上增加一个旁路系统,用于更加精细地控制蒸汽参数和压力。通过三级旁路系统，可以实现对蒸汽参数的更加精确调节，以适应不同的运行状态和负荷要求。三级旁路系统的应用特点在于其更加精细的控制能力和更高的适应性,能够更好地满足超超临界机组的运行要求，提高机组的稳定性和经济性。4本锅炉高旁整体旁路4图3三级旁路系统4大容量旁路应用特点当前6 0 0 MW以上越来越多超临界机组都设置了10 0%高旁，配套有50%10 0%低旁，大容量旁路应用主要具备以下优势。（1）大容量旁路用于冲管查阅相关资料可知，在部分欧洲国家对锅炉应用能源技术吹管的噪音控制要求相当严格，将噪音污染已经纳人环保法律，甚至不允许锅炉对空排汽，所以，欧洲一些国家设置大旁路系统还有为了吹管的目的。直流锅炉工质水要求极高，超超临界600MW机组锅炉铁离子含量 2 5mg/L,超超临界10 0 0 MW机组锅炉的铁离子含量 10 mg/L，本锅炉在启动前要进行严格的冲洗程序，直至水质IPLP通风阀凝汽器4旁DPIP23负荷要求才能进行点火、冲转。在汽轮机冲转前都要保证蒸汽参数必须合格，带大容量旁路运行可以适当提高蒸汽参数进行高负荷运行，进行热态循环冲洗,以便将受热面内的氧化皮等杂物冲洗至凝汽器，避免固体颗粒进人汽轮机对叶片造成损伤，从而使得蒸汽品质快速地达到冲转要求 7 。大容量旁路系统在机组启动过程中可以用于冲管，通过旁路系统直接排人凝汽器的方式回收工质。在机组启动过程中，锅炉产生的蒸汽可能还不具备冲转条件，这时可以通过大容量旁路系统将蒸汽直接排入凝汽器，实现工质的回收。同时，通过调整蒸汽参数和提高燃烧率，大容量旁路系统可以增加蒸发量，提高蒸汽温度，使蒸汽参数和汽轮机的金属温度相匹配，从而缩短机组启动时间。因此，大容量旁路系统的应用可以有效改善机组的启动性能，提高机组的启动效率，同时也有利于保护锅炉再热器，避免因过热造成受热面爆管等问题的发生（2）大容量旁路实现停机不停炉凝汽器停机不停炉理论的提出旨在减少锅炉MFT动作次数，避免锅炉在发生MFT后需要进行复位、吹扫和点火等一系列操作，从而减少热应力大幅度交替变化对锅炉的影响。具体实施时,通过旁路设置逻辑，当旁路检测到汽轮机组发生跳闸时,高旁、低旁会在2 秒钟内打开,进入压力自动跟踪状态，保护再热器不干烧，保证锅炉不超压，同时触发磨煤机RB逻辑，使锅炉快速降负荷至55%BMCR负荷，避免锅炉发生MFT。综合判断汽轮机或者发电机故障情况，可以决定是否停运24锅炉，从而避免了锅炉直接发生MFT给锅炉带来的热应力冲击，保护了锅炉寿命。这一控制方法不仅可以减少锅炉MFT动作次数，还可以缓慢稳定地将锅炉停运，避免大幅度的热应力冲击，起到了保护作用。(3）大容量旁路实现机组FCB（Fa s t C u tBack)运行机组的FCB功能对提高电网的稳定性和降低机组的运行成本有积极的作用。大容量旁路在完成停炉不停机的基础上，理论上通过一系列逻辑优化、操作方式优化，能够实现机组FCB运行，也就是常说的“小岛 运行 8 。机组FCB指的是当机组运行中突发对电网的输出电功率中断，FCB可实现发变组解列后汽轮机和锅炉维持运行，发电机独立带厂用电系统稳定运行。待外部故障消除，电功率输出条件恢复后，机组迅速重新并网。在此过程中汽轮机和锅炉避免了一次启停。大容量旁路的设置为机组FCB运行提供了必要的硬件保证，当然，机组实现FCB运行不是单独的一个大容量旁路就能完成的工作，对于燃烧系统、汽轮机调速系统、汽泵汽源的快速切换等等条件,要求都是比较严苛的,任何一个环节发生异常都会导致锅炉发生MFT,导致机组FCB运行失败。但是,要实现机组FCB运行，大容量旁路能够可靠稳定运行是必要的条件。（4)大容量旁路实现机组热态启动快速并网机组运中跳闸，汽轮机高中压缸金属温度均处在较高温度的水平，加之汽轮机保温层的设置，缸温下降很缓慢。当机组要进行热态启动时，主蒸汽温度就必须和汽轮机缸温相匹配。若旁路设置较小，在启动过程中就必须按照正常流程进人湿态运行，此时的汽温与匹配汽温相差较大，汽温不能快速满足汽轮机冲转要求。若设置大容量旁路，只要锅炉进人直流状态，通过煤水比的变化，主汽温度可以任意调节，此时汽温和负荷没有关系,另外，主汽温度的升高相应的也提高了高压缸应用能源技术排气温度，再热汽温也得到了提升，热态启动中的汽温匹配问题得到了解决，同时机组也就实现了快速并网。5结束语本文通过对6 6 0 MW超超临界机组大容量旁路的应用研究,深人探讨了旁路系统的功能、型式和应用特点。通过分析机组运行中的跳闸、锅炉MFT、停机不停炉、FCB运行等情况论证了大容量旁路在提高机组启动性能、保护锅炉再热器、实现停机不停炉、防止锅炉超压、适应机组定压/滑压运行等方面的重要作用。同时，对大容量旁路在冲管、实现FCB运行、热态启动快速并网等方面的应用特点进行了详细阐述。通过此研究对于提高机组运行的稳定性、降低运行成本、延长设备寿命具有重要的理论和实践意义，为相关领域的研究和应用提供了有益的参考和借鉴。参考文献1屈晓强.6 0 0 MW火电机组汽轮机旁路系统存在问题分析 J.中国高新区,2 0 17(2 4)：134-135.2李雷，黄广生.6 0 0 MW火电机组汽轮机旁路系统存在问题分析 J.电力安全技术,2 0 15,17（7）：54-56.3郑恒.10 0 0 MW超超临界机组旁路系统配置优化 J.浙江电力,2 0 2 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