基于電液伺服閥的汽輪機(jī)低壓缸零出力改造系統(tǒng)研究

引言

2016年國(guó)家能源局綜合司下達(dá)了《火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目的通知》(國(guó)能綜電力[2016]397號(hào)),通知要求,挖掘火電機(jī)組調(diào)峰潛力,提升我國(guó)火電機(jī)組運(yùn)行靈活性,提高新能源消納能力。我國(guó)計(jì)劃在"十三五"期間實(shí)施2.2億kw燃煤機(jī)組的靈活性改造,使機(jī)組具備深度調(diào)峰能力,并進(jìn)一步提高火電機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速率。

近兩年,切除低壓缸靈活供熱技術(shù)在我國(guó)大力倡導(dǎo)火電機(jī)組運(yùn)行靈活性的政策背景下得到了發(fā)展,其主要原理是:在中低壓缸連通管上安裝關(guān)斷閥門,在機(jī)組供熱運(yùn)行中關(guān)閉連通管上閥門,切除低壓缸(低壓缸零出力)運(yùn)行,使低壓缸不進(jìn)汽解列,中壓缸排汽全部抽出供熱。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在汽輪機(jī)不換轉(zhuǎn)子或不設(shè)置離合器的情況下切除低壓缸,中壓缸排汽基本上全部對(duì)外供熱,使機(jī)組在同等電負(fù)荷條件下供熱能力大大提高。且除低加系統(tǒng)需適當(dāng)改造外,抽真空系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)等其他系統(tǒng)均無需改造,只需要按低負(fù)荷供熱方式運(yùn)行或適當(dāng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)即可滿足低壓缸切除工況的運(yùn)行要求。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某電廠建設(shè)為2×600Mw超臨界燃煤純凝機(jī)組,汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)。于2013年對(duì)#1、#2機(jī)兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了工業(yè)抽汽改造,抽汽口位于汽輪機(jī)中低壓連通管。同時(shí),在中低壓連通管預(yù)留采暖抽汽接口,采暖供汽最大能力420t/h。該電廠作為所在城市唯一的大型電站,為了最大限度增大電廠供熱能力,滿足3000萬m2的采暖供熱量,本次深度供熱改造遵循以下原則:低壓缸基本不進(jìn)汽(僅需通入少量的冷卻蒸汽),中壓缸排汽全部對(duì)外供熱,機(jī)組處于背壓式運(yùn)行狀態(tài),低壓缸排汽的乏汽全部被利用,實(shí)現(xiàn)機(jī)組供熱能力的最大化。

切除低壓缸進(jìn)汽(低壓缸零出力)供熱系統(tǒng)中,低壓缸處于高真空運(yùn)行狀態(tài),采用三偏心金屬密封液動(dòng)蝶閥,閥門關(guān)閉能夠達(dá)到零泄漏要求,以此切斷低壓缸原進(jìn)汽管道,低壓缸需要通過一定的冷卻蒸汽流量,同時(shí)也能保證低壓缸處于熱備用。因該蝶閥口徑DN1300很大,冷卻蒸汽流量要控制在額定流量的5%以內(nèi),若要將流量控制在如此小的范圍內(nèi),閥門前后壓差會(huì)很大,目前市場(chǎng)上找不到能滿足供貨要求的液控蝶閥,因此設(shè)計(jì)旁路蒸汽管路,在旁路蒸汽管路上設(shè)置調(diào)節(jié)閥和流量孔板,冷卻流量可以進(jìn)行調(diào)試試驗(yàn),以機(jī)組振動(dòng)和脹差在允許范圍、低壓缸末級(jí)葉片處溫度低作為評(píng)判準(zhǔn)則,確定合理的冷卻流量。冷卻蒸汽汽源取自中壓缸排汽的供熱抽汽管道,接入點(diǎn)為中低壓缸連通管低壓缸入口垂直管段。切除低壓缸供熱改造后,除上述少量蒸汽用于低壓缸的冷卻外,其余中壓缸排汽均對(duì)外供熱。供熱母道上依次設(shè)置氣動(dòng)逆止閥、液動(dòng)快關(guān)閥、供熱關(guān)斷閥(圖1)。

1.2中低壓連通管供汽液動(dòng)蝶閥

2017年,該電廠的600Mw機(jī)組由純凝機(jī)組改為供熱采暖機(jī)組,在連通管上增設(shè)供熱蝶閥對(duì)外供熱,該供熱蝶閥為電動(dòng)蝶閥,采用常規(guī)的單偏心中心密封,閥門具有機(jī)械限位,閥門關(guān)死對(duì)應(yīng)15%的閥門開度,以保證任何工況低壓缸進(jìn)汽量大于300t/h的最小流量要求。若對(duì)該蝶閥進(jìn)行改造,受單偏心的中心密封、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等的限制,難以滿足低壓缸切除工況零泄漏、快開快關(guān)等要求,需更換蝶閥。同時(shí)為達(dá)到單獨(dú)切一個(gè)低壓缸的要求,在低壓缸B入口的垂直短管上增設(shè)蝶閥B,在蝶閥A打開、蝶閥B關(guān)閉的狀態(tài),達(dá)到單獨(dú)切低壓缸B的目的。該兩個(gè)中低壓連通管液控快關(guān)調(diào)節(jié)閥自帶PLC控制系統(tǒng),通過內(nèi)置伺服閥實(shí)現(xiàn)閥門流量的連續(xù)調(diào)節(jié)。

東方汽輪機(jī)在供熱機(jī)組設(shè)計(jì)中,通常抽汽液控蝶閥用油為汽機(jī)EH油(高壓抗燃油),由于供熱投入時(shí),該液控蝶閥調(diào)節(jié)頻繁,且閥體安裝環(huán)境溫度較高,導(dǎo)致油管路頻繁振動(dòng),易造成EH油酸值升高,給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行和供熱帶來很大隱患。因此,本次改造對(duì)于中低壓連通管供汽液控蝶閥A/B不使用EH油,均設(shè)置獨(dú)立油站。

1.3供熱抽汽母管液控快關(guān)閥

汽輪機(jī)是發(fā)電廠的主要設(shè)備,為防止緊急情況發(fā)生時(shí),抽汽管道中的水和蒸汽瞬間倒流,影響汽輪機(jī)的運(yùn)行安全,需在靠近汽輪機(jī)側(cè)的抽汽管道上設(shè)置逆止閥。為滿足機(jī)組運(yùn)行要求,通常在供熱抽汽管道上還需要設(shè)置抽汽截止閥(電動(dòng)蝶閥或電動(dòng)閘閥)。但不管是電動(dòng)蝶閥或電動(dòng)閘閥,還是抽汽逆止閥,其閥門的關(guān)閉時(shí)間都大于1S,無法滿足緊急情況下快速關(guān)閉的要求。因此,在供熱抽汽母管上除設(shè)置常規(guī)的氣動(dòng)抽汽逆止閥、電動(dòng)蝶閥外,另設(shè)置一臺(tái)液動(dòng)快速關(guān)閉閥,通過其中的快關(guān)電磁閥使主閥體油缸內(nèi)回油進(jìn)至有桿腔,使油缸活塞快速退回,閥門快速關(guān)閉(圖2)。表1所示為各工況下電磁線圈的動(dòng)作情況。

2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1抽汽液動(dòng)蝶閥的控制

中低壓連通管供汽液動(dòng)蝶閥A/B在機(jī)組DEH(汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng))中控制。

閥門聯(lián)鎖開條件:供熱切除:低壓缸排汽溫度高。

閥門聯(lián)鎖關(guān)條件:液壓油壓低于PS3設(shè)定值:汽輪機(jī)超速:汽輪機(jī)主汽門全關(guān):發(fā)電機(jī)跳閘。

2.2抽汽母管液動(dòng)快關(guān)閥的控制

抽汽母管液動(dòng)快關(guān)閥納入機(jī)組DCS(分散控制系統(tǒng))中控制,在集控室DCS操作員站對(duì)該閥進(jìn)行監(jiān)視和控制?？蓪?shí)現(xiàn)慢開、快關(guān)、中停等功能,并對(duì)閥門全開、全關(guān)、關(guān)閥15o、關(guān)閥75o等狀態(tài)進(jìn)行反饋。

閥門聯(lián)鎖關(guān)(快關(guān))條件:供熱切除:ETS(汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng))打閘:發(fā)電機(jī)跳閘。

3結(jié)語(yǔ)

基于電液伺服閥控制的低壓缸零出力改造系統(tǒng),滿足低壓缸切除工況的運(yùn)行要求。改造完成后,機(jī)組的綜合經(jīng)濟(jì)性提高,為后續(xù)大容量高參數(shù)機(jī)組制訂切除低壓缸進(jìn)汽控制方案及運(yùn)行指導(dǎo)提供了依據(jù)。