50 MW水煤浆机组电网黑启动实践和改进

实用节能技术50MW水煤浆机组电网黑启动实践和改进林广武(汕特万丰热电有限公司,广东汕头515064)摘要:“黑启动”是电网机组启动的一种特殊而重要的方式。介绍了50MW水煤浆机组首次电网黑启动实践,对水煤浆机组通过黑启动演习暴露出来的问题提出解决对策,相关问题的妥当解决可以使水煤浆杋组成为真正意义的实现黑启动机组关键词:水煤浆机组;黑启动;作用;经验体会中图分类号:TQ534.4;TM732文献标识码:A文章编号:1004-3950(2007)03-0064-04Practice and improvement on black start of 50 Mwcoal water mixture unitLIN Guang-wuAbstract: Black start is a kind of special and important way of starting electric unit. The first black start test of 50 Mwcoal water mixture( CWM)unit was introduced. Solutions on the problems of CWM unit revealed through the blackstart test were given, which could make CWM unit realize the true meaning of black start unit.Key words: coal water mixture( CWM)unit; black start; function; experience1电网黑启动的重要意义2水煤浆机组的特点及在黑启动中的作用所谓电网“黑启动”是指整个电网因故障崩近年来,为应对国际燃油价格上涨,降低生产溃停运后处于全“黑”状态情况下,通过电网中具成本,许多电厂将燃油锅炉改造为燃料成本相对有自启动能力机组的启动或外来电源,带动无自便宜的水煤浆锅炉,由此产生了一批水煤浆机启动能力的机组,逐步恢复电网的运行和对停电组——介于燃煤和燃油之间的一类,其中以50的客户恢复供电,最终实现整个电网的恢复。黑MW机组最多。水煤浆是20世纪70年代初出现启动成功的关键是电源点的启动。显然电网黑启的一种新型煤基流体低污染代油燃料,简写为动的意义是缩短停电时间,最大限度减少大面积CWM( Coal Water Mixture)或CWF( Coal Water停电造成的经济损失。黑启动通常的方法是由人Fuel),它是由一定细度的煤粉,与30%左右的水工制动的柴油发电机组启动燃汽轮机组或小水电混和,并加入1%左右的添加剂制成。水煤浆可机组,再去启动大机组,分片区或分层来实现黑启代油燃烧,具有低污染、高效、节能、运行成本低的动,达到目标电网黑启动成功,最终实现整个电网突出优点。目前电站锅炉燃烧效率均在90%以恢复供电。然而近两年来燃油价格的大幅上涨使上,与煤粉炉相当。精煤水煤浆含灰分低,锅炉受国内大部分燃油锅炉机组被迫停运,给许多地方热面磨损低于燃煤,维修费用低。另外不需炉前黑启动电源的选择带来了很大的困难,笔者推荐备输煤系统和备煤场,排灰渣场占地仅为燃煤的种新的黑启动机组——水煤浆机组,并介绍这1/4。2001年我厂率先对一台20th的燃油电种机组在电网黑启动中采取的技术措施及一些经站锅炉进行改烧水煤浆改造并取得成功,由此产验体会。生了全国第一台水煤浆电站锅炉。收稿日期:2007-02-06作者简介:林广武(1971-),男,广东汕头人,总工程师「实用节能技术水煤浆的流动特性与重油比较接近,锅炉辅后点燃重油枪,稳燃一段时间后,当负荷达到额定助设备与燃油锅炉机组的辅助设备比较,主要差负荷的40%~50%,炉膛温度达700~800℃时,别是一级重油泵改为一级输浆泵加一级供浆泵并再点燃下层对角一次风里的水煤浆枪,待燃烧稳增加一个搅拌器,厂用电增加不大。一台50MW定后增加水煤浆枪,保持燃烧稳定的水煤浆机组的厂用电在2000kW至2500kW(2)保持合理的配风并及时调整氧量。配风之间,大大少于同功率的燃煤机组。另一方面和氧量控制合理是锅炉稳定着火燃烧成功的关般300MW机组的厂用电大约为15MW,一台50键。水煤浆因含有35%左右的水分,使燃烧前期MW的水煤浆机组发出的电完全能够满足一台需要更多的热量来蒸发这些水分,因此,在配风上300MW机组启动的需要。这些特点使50MW水一次风率较低,以确保快速稳定着火。一般要求煤浆机组完全可以在电网黑启动中发挥重要作各层一次风开度20%~30%,二次风在燃烧稳定用,特别是在当前大量燃油电厂停运的情况下。后开度80%-90%,中心风开度10%左右在电网瓦解时,只要有2500kW左右的外电源送(3)调整浆枪的正确位置、保证合理的着火人,50MW的水煤浆机组就能启动,为300MW机点。水煤浆燃烧着火距离的确定既要保证水煤浆组的启动送去足够的电源,从而实现电网系统的快速着火和稳定燃烧,又不能使燃烧太靠近燃烧重建。如果装备一台容量足够的备用柴油机组,器喷嘴,以免烧坏,所以水煤浆着火点控制在离燃50MW水煤浆机组完全可以进行独立的黑启动。烧器喷嘴200~300mm比较合适。对于厂用电主电源取自发电机出口的50(4)浆压、雾化汽压的合理匹配。水煤浆燃MW水煤浆机组,当电网瓦解导致机组解列时,还烧时,浆压与汽压主要影响水煤浆的雾化质量,从存在不停机自带厂用电低负荷运行的可能。这时而影响燃烧工况,一般按浆压比汽压低0.1MP候厂用电并不会消失,只要运行人员迅速调整锅左右来控制,一般规定每支枪浆压约1.0~1.1炉出力和汽机转速,并尽可能启动更多的辅助设MPa,汽压约1.1-1.2MPa备,提高厂用电量,就可以实现不停机停炉,等待(5)调整水煤浆燃烧时的火炬。燃烧水煤浆调度命令重新并网,为大电厂送去厂用电。火焰要延长,必须保持火焰有一定的刚性,这样才3水煤浆机组黑启动实践和技术对策能保证燃烧后期气流有足够的扰动提髙煤粉燃尽率,减少飞灰含碳量,调整方法可通过调整一二次2005年6月17日,笔者所在电厂一台50风配比,提高二次风的风速同时要避免燃烧火炬MW水煤浆机组参与广东电网公司汕头供电局组冲墙,使炉墙结焦。所以四角配风应均匀平衡,同织的一次电网黑启动演习,通过这次演习我们在时保证下二次风的风速和风量,使燃烧稳定。取得一些经验的同时,发现了50MW水煤浆机组采取以上措施后,水煤浆锅炉能在40%低负实现黑启动必须解决的一些问题。有一些问题如荷下实现全烧水煤浆,保证稳定着火燃烧,可以满果没有解决好,不但会影响黑启动,而且可能导致足机组黑启动过程中的要求。严重的设备事故。3.2部分重要电机的电源问题3.1启动过程锅炉燃烧的稳定问题机组解列后,如果无法实现机组自带厂用电水煤浆含35%左右水分,热值约为19228运行,则除了直流电源外,所有的交流电源消失kJ/kg,只及重油热值的一半(重油约为但有些交流电动机断电的时间不能太长,这些电40090kJ/kg),所以水煤浆的燃烧特性不仅与重机包括:油有很大的差别,而且远比重油难着火和燃烧,特(1)盘车电机别是启动过程中稳定性相对较差,锅炉出力容易机组停运后,汽轮机转子由于惯性会继续转波动,这对黑启动过程中系统的稳定很不利。动20-30min后才能停止,停止时必须投上连续为保证水煤浆锅炉在黑启动过程中燃烧稳盘车(电源为交流380V),使转子受热均匀,否则定,采取如下技术措施:容易导致大轴弯曲,因此必须有备用交流电源(1)锅炉启动点火方式。点火时先用高能点(380V)供盘车使用。万一无法及时投入连续盘火油枪点燃四角下二次风口中的四支轻油枪,然车,应当进行机械盘车,待有电源时再投入连续盘氰诉黑42007年第3期-65实用节能技术车,并确认大轴晃动度及盘车电流合格时才能进期并网,然后启动更多的附属设备,如多开一台循行冲转。环水泵,提高给水泵出力并打开再循环水门等,以(2)顶轴油泵增加用电负荷,稳定系统。高压顶轴油泵的作用是汽机启停过程中,在(5)应密切监视发电机端电压,根据电压变连续盘车投入运行正常前将大轴顶离轴颈处强制化及时调节励磁电流。为实现快速调压,并网后形成油膜,避免大轴与轴瓦发生摩擦,待连续盘车应将励磁方式从手动通道调节切至自动通道。启动正常后,退出运行。因此在厂用电消失后同3.4防止机组超速问题样必须为顶轴油泵提供备用电源。小系统周波上升、甩负荷、机组解列等会导致(3)润滑油泵和密封油泵机组转速上升甚至飞车,在黑启动过程应密切监只要汽轮机的大轴还在转动,润滑油的供应视机组的转速。当周波上升,导致转速上升,振动就不能中断。对于氢冷发电机来说,氢侧密封油增大时,应通过降负荷降低转速,若振动超过上限泵和空侧密封油泵的供应无论如何是不能中断(50MW机组为5丝)或汽机转速超过上限的。一般来说电厂的润滑油泵和密封油泵都设置(330m/min)则应紧急停机。交直流两种,厂用电消失时可马上投入直流油泵。3.5防止主变的过励磁问题但毕竟一般电厂的直流电源是有限的,直流油泵变压器的工作磁通与电压成正比,而与频率不可能维持较长时间的运行,交流油泵的电源也成反比,相对于变压器额定值的电压升高和频率应尽快投入。降低,将导致变压器铁芯严重饱和,损耗增大,即除上述几种重要电机外,电厂还有一些重要产生了过励磁。过励磁电流为非正弦波形,有大的热工仪表和控制系统是不能停电的,如汽机和量的高次谐波分量,其在铁芯产生的热效应远大锅炉的热工设备,在厂用电消失后应马上投入备于基波电流,对变压器有较大的破坏性。在黑启用电源。动过程中可能产生主变过励磁的情况有:1)发为解决以上设备的备用电源问题,可以安装电机变压器组在与系统并列之前,由于误操作台备用柴油机,对于50MW的机组来说,出力使励磁电流过大或自动调节通道故障会导致过为150kW即能满足。如果备用柴油机出力能达励磁;2)发电机启动过程中低转速运转时,发电到2500kW,则可满足一台50MW水煤浆机组启机电压升高过快而产生低频过励磁;3)发变组动的用电,从而实现独立黑启动。并网人系统时产生铁磁谐振而产生过电压励3.3启动过程电压和周波的稳定问题磁。在这三种情况中,前两种只要指挥得当,工小系统的电压和周波的波动较大,在黑启动作人员精心操作是完全可以避免的,而第三种过程中,容易发生震荡,对已运行的电厂辅助设备情况就较难预防。目前许多50MW机组电厂没和发电机组的稳定和安全的影响较大,因此,在机有对主变设置过励磁保护,要真正成为黑启动组启动过程中尽可能稳定电压和周波至关重要。机组,最好要增加一套这样的保护,特别是对投1)负荷的提增与机组出力的提升应保持同产较久的主变。步。这就要求在电厂内部、电厂与电厂及调度之3.6防止发电机失磁保护误动的问题间做好沟通工作。失磁保护是在励磁电流消失或下降到整定值(2)电厂在开机过程中尽可能先启动大功率时关闭主汽门并解列机组,以避免发电机失磁状电动机,后启动小功率电动机,减少由于大功率电态下对系统及自身安全的影响。失磁保护的核心动机启动电流过大,对已运行小功率电动机的原件是阻抗继电器,按其动作原理,阻抗继电器不影响。止在发电机失磁的情况下动作,发电机只要测得(3)减少各电动机的启动电流,如采用星三机端阻抗在第四象限(即无功倒送的情况)并达角启动。对于大功率的电动机,应尽可能进行变到整定值就会动作。频改造,既节能又可实现零电流启动,减轻启动时在黑启动过程中由操作或故障等原因引起小对系统的冲击。系统振荡,或发电机组对长线路充电(这时发电4)机组升至额定电压后应与厂用电进行同机呈现容性负载)会导致阻抗继电器启动条件的实用节能技术满足。因此,参与黑启动机组的失磁保护应当有和气化的理论与应用技术[M],浙江:浙江大学出定的闭锁措施。发电机对长线路充电时,呈机版社,199端阻抗下移第四象限,但定子电压不会降低,可用[2 CEN Ke-. The recent development of CWS combus定子低电压元件进行闭锁;对短路故障以及由此tion technology in china[ J]. IEA-CLM WORKSHOP引起的振荡可加负序电压或负序电流原件进行闭1994,94:333-342.[3] LIU Jian-zhong. Researches on the aerodynamic char-锁,对系统振荡可加大于系统振荡周期的延时实acteristics of Cws tangentially arranged burners in util-现闭锁。ity boilers[C]. Proc 19th Int Tech Conf on Coal Utili-4结论zation& Fuel Systems, 1994, 4: 505-516[4]张传名,刘建忠,周俊虎,等.220th燃油设计锅炉对首次水煤浆机组黑启动的实践演习进行总改烧水煤浆技术及应用[打].热力发电,2006,35结,结果表明50MW水煤浆机组采取适当的技术(5):30-33措施后,能承担电网黑启动任务,对水煤浆代油燃5]邱卓伟,张传名,周俊虎等水煤浆燃料在汕头万料的进一步推广应用和电网黑启动途径的扩大有丰热电厂的应用[J].能源工程,2003(5):49-52重要意义。[6]黄颗,刘建忠,周俊虎万丰热电厂厂区水煤浆系从公共管理的角度看,大面积停电事故涉及统的优化与运行[J].能源工程,2005(2):47-49[7]刘珊,王秀月.中国水煤浆的市场前景分析[J]社会多个部门的利益,属于公共危机一类,必须由煤炭科学与技术,2003,31(3):53-54政府进行协调解决,而不仅仅是供电企业和发电[8」曾纪良,曹欣玉,赵翔,等, Application of CWs厂的事情。本文总结的黑启动过程中的经验,对其他机组也有一定借鉴意义。province of China[ C]// Proceedings of ICOPE-03International Conference on Power Engineering-03参考文献2003, Kobe Japan, Volume 2, Published by the[1]岑可法,姚强,曹欣玉,等.煤浆燃烧、流动、传热JSME,415-419报道了渤海湾发现储量10亿t大油田对增强我国能源安全供应的保障能力具有重要意义中国石油天然气集园公司(简称“中石油”)近日宣布,在渤海湾滩海地区发现儲量规模达10亿t的大油田—冀东南堡油田。这是40多年以来中国在石油勘探领域又一个激动人心的发现。新发现的冀东南堡油田位于河北省唐山市境内(曹妃甸港区),属中石油冀东油田公司勘探开发范围。冀东油田公司勘探面积I570km3,其中陆上570km,滩海1000km2。经过长达40年的艰苦探索,到2004年中石油在冀东陆上共发现5个油田,累计探明石油地质储量1亿t,原油年产量达到100万t冀东滩海地区的油气勘探始于1988年,在其后的14年间开展了自营勘探和合作勒探,但未取得实质性突破。2004年9月,老堡南1并勘探取得重大突破,在奥陶系获日产700m3高产工业油流,试采22个月稳定日产量200t以上。在此基础上,通过近两年半时间的整体勘探,冀东南堡油田共发现四↑含油构造,基本落实三级油气地质储量(当量)10.2亿t。其中探明儲量40507万t,控制储量29834万!,预测儲量20217万t,天然气(溶解气)地质儲量1401亿m3(折算油当量11163万t)。冀东南堡油田是一个整装、优质、高效油田。储量规模大,油层厚度大,油层物性好,油品质量好,试采效果好,主要目的层埋深为1800~2800m。中国科学院院士、石油地质与构造地质学家贾承造认为,冀东南堡油田发现后,随着勤探工作的深入,还会有新的发现,在未来一段时间必将带来中石油冀东油田公司原油产量的快速上升中石油方面表示,新油田的发现对于落实国家关于石油工业“稳定东部、发展西部”战略方针,实现我国原油生产稳定增长和可持续发展,增强我国能源安全供应的保障能力具有重要意义。同时,也将有力地促进京津唐乃至环渤海湾地区经济社会的发展。■本刊斜源2007年,第3期-67-