机组深度调峰设备可靠性提升技术研究与应用
京能（赤峰）能源发展有限公司
一、项目案例基本信息
二、项目案例详细内容
1.项目案例简介
通过统计和分析机组在调峰运行中的关键参数（如调峰频次、时间、升降负荷率、汽温变化率以及主汽温度与设计温度的偏差等），来准确评估调峰运行对机组设备（特别是汽轮机部件）的损坏程度，并据此科学确定设备的检修周期，以确保机组在参与深度调峰运行时能保持较高的安全性和可靠性。同时，也关注到了机组高低加疏水管壁减薄的问题，并考虑通过监测高加疏水压力、流量、流速等参数来加以解决。
收集机组高、低压加热器疏水管道参数，包括机组功率、疏水管道实时温度和疏水管道实时压力。利用京能自主开发的软件，通过软件短期统计、智能模型等功能，预估高、低压加热器疏水管道最小壁厚计算及寿命预测，可有效观察管道剩余寿命。通过软件智能测试功能，预测机组运行趋势，疏水管道壁厚预测及采取相应措施。
针对锅炉水冷风室风帽及接管漏渣问题，对锅炉厂设计的水冷风室风帽及接管形式进行优化改造，将水冷风室风帽及接管连接形式改造成为卡扣型。并针对风帽磨损严重问题，对风帽外罩小孔区域进行加厚，以提高其耐磨性和使用寿命。将风帽外罩风孔向下倾斜，减少相邻风帽风孔的扰动，减少床料反窜。通过芯管小孔调节布风板阻力以保证布风板具有良好的阻力特性。风帽及接管改造后，有效解决了风帽磨损、烧裂、老化、漏渣、接管断裂、低渣含碳量大等问题。
针对机组深度调峰设备可靠性提升技术研究与应用取得显著成效，成功解决了汽缸温度变化、胀差异常、叶片水蚀与振动、轴向推力变化等问题。
运行调整优化降低了参数波动风险，设备改进升级增强了设备可靠性，技术监测与诊断实现了故障提前预警。探索更经济、高效的解决办法，为机组深度调峰安全稳定运行提供更有力保障。
2.主要创新点概述
创新点1：基于调峰特性的动态检查周期确定机制
传统的设备、管道、阀门检查周期往往基于经验或固定标准设定，而本项目通过深入分析机组调峰时间和频次，结合技术分析和实际运行数据，创新性地建立了一套基于调峰特性的动态检查周期确定机制。该机制能够根据机组参与调峰的实际情况，动态调整设备、管道、阀门的检查周期，确保检查既不过于频繁造成资源浪费，也不因疏漏而导致安全隐患。
创新点2：智能化安全监控与管理系统
在完善机组安全管理制度和操作规程的基础上，本项目引入先进的智能化技术，系统能够实时获取机组运行参数，通过算法分析预测潜在的安全风险，及时发出预警信号，并自动触发相应的应急响应机制。同时，系统还支持远程监控和诊断，使得运维人员能够迅速定位问题并采取有效措施，大大提高了机组运行的安全性和可靠性。
创新点3：实现低成本热电解耦，解决以热定电困局，满足企业深度调峰需求
在现有深度调峰基础上，实现调峰深度下探，为机组深度调峰做良好的补充。通过锅炉减温水系统改造，改变高低压旁路联合供热调峰时汽轮机进汽初始参数，在不减少供热量的前提下，减少发电量。
创新点4：改造风帽结构型式，防止风帽脱落漏渣
结构上风帽接管由上出风改为侧面均匀出风，风帽接管上部封堵，防止风帽脱落从芯管漏渣；风帽出风孔为8孔14mm，开孔为圆形孔，芯管在上端开有两排孔，每排8个孔均为Φ6mm通风直径，将风帽外罩风孔向下倾斜15°，可减少相邻风帽风孔的扰动，减少床料反窜；风帽芯管上端部利用端板焊死，防止风帽脱落从芯管漏渣，便于安装施工。
3.技术实现路径及方法
京能（赤峰）能源发展有限公司（以下简称赤峰能源）汽轮机型号N150/CC135-13.24/535/535/0.981/0.294，哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产制造。2015年#1机组由哈汽设计改造为高背压机组。2019年两台机组低旁至工业抽汽管道改造，2020、2021年两台机组经过高低旁供热管道改造，满足工业抽汽能力，提高了供热面积，机组符合电网要求的调峰能力。
火电机组是带基本负荷设计的，不适应深度调峰运行的要求。参与调峰运行，大范围负荷变动，机组要经常承受大幅度的温度变化，使转子、汽缸等部件产生交变热应力，导致汽轮机部件的低周疲劳损伤。在这种工况下，机组寿命损耗增加较多，直接影响着机组运行的安全性。
目标任务
精准评估损害：通过全面统计和分析机组在调峰运行过程中的关键参数，包括但不限于调峰频次、时间、升降负荷率、汽温变化率及主汽温度与设计温度的偏差，以科学的方法准确评估调峰运行对汽轮机部件等机组设备的损坏程度。
优化检修策略：基于损害评估结果，科学确定设备的检修周期和检修内容，确保机组在参与深度调峰运行时能保持较高的安全性和可靠性，减少因设备故障导致的停机时间和维修成本。
预防低周疲劳：针对低周疲劳对机组设备造成的潜在危害，通过调整机组运行方式、优化负荷管理、加强设备监控等措施，有效缓解和预防低周疲劳对机组设备的损害。
解决管壁减薄问题：关注机组高低加疏水管壁减薄的问题，通过监测高加疏水压力、流量、流速等关键参数，及时发现并处理管壁减薄现象，防止因管壁破裂导致的安全事故。
实施预防措施：结合机组实际情况，归纳总结造成设备损坏的七大危害，制定针对性的预防措施，如加强设备金属检测、缩短关键部件的检修周期、优化设备运行参数等，确保机组安全稳定运行。
提升调峰能力：在满足电网调峰要求的同时，通过技术改造和运行优化，提高机组对负荷变化的响应速度和适应性，确保机组在深度调峰运行中能够保持高效、稳定的运行状态。
思路对策
根据调峰机组因低周疲劳因素影响，归纳10大问题制定预防措施及对策。
运行策略优化
严格控制汽温变化率：将汽温变化率控制在不大于1℃/min的范围内，以确保汽轮机部件不会因温度变化过快而产生过大的热应力。
维持高低压胀差在正常范围内：通过精心调整运行参数，确保高低压胀差始终保持在正常范围内变化，防止因胀差过大而对汽轮机造成损害。
控制主再热蒸汽温差：将主再热蒸汽温差控制在不超过10℃的范围内，以减少因温差过大而产生的热应力，延长汽轮机部件的使用寿命。
合理设定机组升降负荷率：将机组升降负荷率设定为1MW/min，以确保在负荷变化时转子内外温度差保持最小状态，从而避免机组发生振动，提高运行的稳定性。
优化深调工况管理：尽量长时间保持机组处于深调工况，减少每天频繁投退深调的次数。这样做可以减少设备经常承受的大幅度温度变化，从而降低热应力对设备的损伤。
检修策略强化
缩短检修周期：通过定期检查和维修，及时发现并处理潜在问题，确保设备始终处于良好状态。
提高设备材质等级：对关键部件进行材质升级，提高设备的抗磨损、抗腐蚀和抗疲劳能力，从而延长设备的使用寿命。
加强金属检测：增加金属检测项目和频率，对设备进行全面、细致的检测，及时发现并处理金属疲劳、裂纹等潜在问题。
管道材质优化：根据原内径通流面积，更换为厚壁管或同等径的CrMo钢等更耐磨损、更耐腐蚀的材质，以提高管道的可靠性和耐用性。
4.应用情况及可推广前景简述
赤峰能源锅炉水冷风室风帽和接管优化改造可适用于同类型循环流化床锅炉风帽和接管改造，可有效解决风帽磨损及风帽接管漏渣等问题，而且锅炉水冷风室风帽和接管优化改造符合超低排放改造项目要求，为锅炉低氮燃烧打下基础。
超深度调峰（热电解耦）开展研究，通过理论分析、试验等手段降低机组主再热蒸汽温度，分析蒸汽参数降低对机组运行以及电负荷的影响，确定参数调整底限和调整方法，达到了降低机组电负荷，增加调峰收益的目的。此项目投资小收益可观，现已在京能集团推广使用。
此项目可推广至无法进行热电解耦的热电联产机组，帮助其在供热、供汽前提下仍可进行深度调峰，避免电网考核，获得调峰补偿。此外，成果同样可推广至想要多途径开展深度调峰+供热+供汽的火电机组，可为类似情况的火电机组拓宽输出能量形式，使机组成为能够输出电、热、汽的综合能源，提升市场竞争力和社会效益。
5.经济效益及社会效益情况
经济效益：
2016年东北电网开始启动了调峰辅助服务市场，并下发了《东北电力辅助服务市场运营规则》，要求赤峰能源两台机组在供热季调峰期总电负荷不大于150MW，当负荷率小于50%时获得辅助服务补偿，40%<负荷率≤50%为第一档，报价上限0.4元/kWh；负荷率≤40%为第二档，报价上限1.0元/kWh。2024年2月东北电网优化了《东北电力辅助服务市场运营规则》，当负荷率小于50%时获得辅助服务补偿，35%<负荷率≤50%为第一档，报价上限0.4元/kWh；25%<负荷率≤35%为第二档，报价上限0.7元/kWh；负荷率≤25%为第三档，报价上限1.0元/kWh。
2019年赤峰能源两台机组启动旁路进行简单改造，从低旁接出一路蒸汽供工业供汽，机组在供热初末期可以参与电网调峰，汽轮机负荷率可降至35%，不影响机组供汽、供热，对机组的运行基本无影响，能获得少量调峰补偿。
2020至2021年，公司分别将两台机组30%B-MCR启动旁路改造为50%B-MCR调峰旁路，实现旁路调峰供热运行方式，投运后双机负荷降至25%额定负荷，实现深度调峰，最大采暖供热能力达到260MW，同时最大工业供汽80t/h。
两台机组实现深度调峰的“应调尽调”，采暖期既可满足热负荷需求，又能满足深度调峰和工业抽汽需求，取得了“电+热+汽”三重经济收益。近3年机组调峰时长分别为2631小时、3678小时、5198小时，收益分别为7899万元、11139万元、14683万元，逐年创造佳绩。
社会效益：
促进新能源发展：新能源发电具有间歇性和不稳定性的特点，火电机组调峰可以为新能源发电提供调节支持，提高新能源的消纳能力，促进能源结构的优化和可持续发展。
向社会稳定输出的电源、热源、汽源：目前两台机组已实现连续6年安全运行无“非停”，保障1000万平方米的采暖用户，以及77家企业的24小时全天候稳定蒸汽，同时及时响应电网升降负荷的要求，获得了社会效益。
安全效益：
增强电网稳定性：通过灵活调整出力，火电机组可以有效平抑电网负荷的波动，减少电网频率和电压的偏差，提高电网的稳定性和可靠性。
6.项目案例获专利及奖励情况：
论文：
专利：
软著：
7.申报单位内部评审结论意见：
同意申报。
京公网安备 11011502004515号 
