煤化工全厂蒸汽发电平衡及孤岛运行方式介绍

蒸汽发电平衡及孤岛运行方式介绍大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司第1页共14页一、公司概况大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司2009年9月9日正式揭牌成立，注册资本金约40.5亿元人民币，是中国大唐集团和大唐国际发电股份有限公司投资建设的国内煤化工产业烯烃类（MTP）示范性项目，是国家能源发展战略和产业政策鼓励项目。是大唐集团公司打造“锡多克”产业基地进行煤炭综合开发的项目之一，是大唐国际实现多元化发展战略的核心项目之一。公司特点“四高两型”，即：高投入、高产出，高技术含量、高附加值；集约型、环保型。整个工艺流程由褐煤预干燥、煤气化、净化、甲醇、MTP和聚丙烯等六套主生产装置组成，同时配套建设空分及动力装置，上下游一体化。主导产品聚丙烯，简称PP。本公司能够生产均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物和一整套配方的聚丙烯造粒产品，涵盖近120种牌号（其中常用牌号16种），可有效满足国内、国际市场需要。生产流程：褐煤经过干燥、破碎成合格煤粉送入气化炉，产出粗煤气。经净化出去H2S和多余的CO2，形成精致合成气进入甲醇装置。在一定温度压力和在催化剂的催化作用下，CO、CO2和H2发生反应，生产粗甲醇，粗甲醇经精馏提纯产出精甲醇，送MTP反应器反应生产烯烃，通过精制进行分离，分离提纯后的丙烯送PP，聚合反应生产聚丙烯（PP）。第2页共14页公司生产流程示意图第3页共14页大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司除各管理部室、职能部门外，现拥有气化分厂、净化分厂、甲醇分厂、丙烯合成分厂、聚丙烯分厂、动力分厂、空分分厂、输煤分厂、净水分厂、公用工程车间、仪控车间、电气车间、中央化验室等主辅生产单位13个。二、蒸汽与电力的需求大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司化工区拥有电力驱动设备近3000台套，设计总电机功率为141MW；拥有蒸汽驱动设备9台套，设计蒸汽用量1243t/h。这些电能、蒸汽是由动力分厂提供。动力分厂配置5×420t/h锅炉，2×100MW+1×82MW汽轮发电机组，自用电负荷30MW，母管制运行，为公司提供蒸汽和电力。其中#3机为背压机组。冬季气候寒冷，采暖、伴热需要蒸汽约150～200t/h。正常生产动力需产1900t/h(夏季）～2100t/h（冬季）蒸汽，其中1200吨供化工区，700吨供发电使用。三、孤岛运行（一）必要性1、公司对电力的依赖整个公司生产对电力的要求很高，电力突然中断后，造成所有转动设备停运，各系统紧急停车，公用介质输送中断，第4页共14页进而引起温度、压力等工艺参数失控，造成生产系统混乱，事故处置过程中极易发生泄漏、人员中毒、着火爆炸等情况。锅炉不能产出蒸汽，后续生产中蒸汽驱动的大型透平机失去蒸汽，会造成设备损坏。空分失去蒸汽，不再产出氮气、仪表气。氮气主要作为化工各界区的保护气。失去氮气后，预干燥失去氮气很容易着火，各界区失去保护气，也容易发生着火爆炸。仪表气失去后，阀门失灵，造成介质互串，引起超压、爆炸。生产中断，大量物料需排放，产生大量的不合格产品，造成经济损失。冬季时，伴热失去，发生冻坏设备事故，采暖蒸汽中断，影响生活。2、公司对蒸汽的依赖如果动力分厂提供蒸汽不足，需要降低发电，从电网购电产生费用。2013年6月大修前，每天从电网购电费用在50万元左右。蒸汽严重不足，造成空分分厂的部分装置停运，导致化工区其他生产系统全部或部分退出运行（取决于空分装置与气化装置匹配情况）。空分装置非停，造成的损失都在千万元。3、电网存在问题，供电可靠性差第5页共14页1)、公司所处的锡林郭勒地区电网以汗海站为中心，呈长距离辐射状分布，厂区供电系统以220kV电压等级并入该网，公司在电网结构中位于末端，周边地区无其他电源点，受电网影响电压波动大，稳定水平低。2)、公司所处的地区电网220kV系统为链式网络结构，该链式网络以单回220kV线路为主，而灰腾梁～元上都线路（腾元Ⅰ线）因与锡盟500KV电网的汗塔线构成长距离弱电磁环网，长期处于冷备状态，因此该链式网络中发生以下问题时均会导致公司全停。（1）兴广～明安图～元上都任意一回线路发生N-1断线；（2）元上都变由灰腾梁变接带方式下灰腾梁～元上都线路发生N-1断线；（3）厂区唐都线检修方式下，元上都～滦河线路发生N-1断线；第6页共14页电网事故案例2013年，因电网事故造成公司全停2次。4.8事故简介2013年4月8日07时12分因兴广到明安图线路发生故障导致元上都站、滦河站、多伦煤化工全部停电，动力分厂正在运行炉同时灭火，发电机跳闸。蒸汽、氮气、仪表空气、循环水、一次水等全部中断，各分厂直流系统、UPS系统转入蓄电池供电，柴油发电机投入运行，公司全装置进入紧急停车状态。09时48分接调度令兴明线故障排除要求合唐滦线251开关，09时56分接调度令合唐都线252开关，10时43分合降压变204、205开关向化工区送电，各装置开始进行系统恢复，经处理直至4月12日各装置恢复正常运行。第7页共14页6.29事故简介2013年6月29日19时21分，元上都站滦元1线251，唐都线256受雷击影响导致滦河站、多伦煤化工全部停电。动力分厂正在运行炉灭火，发电机停机。化工生产中断，各分厂直流系统、UPS系统转入蓄电池供电，柴油发电机投入运行，各单位负责人到现场组织处理，装置系统切为就地手动操作，关闭各塔液位控制阀及各物料互供阀，系统内物料介质泄压排入火炬系统。20时35分接调度令元上都站故障排除要求合唐滦线251开关，全厂进入送电恢复阶段，22时30分化工区供电系统全部恢复正常，22时37分接调度令合唐都线252开关。至7月1日02时25分动力分厂三台锅炉启动完成恢复正常供汽，7月1日12时00分动力分厂2#机组并网发电。两次事故虽然没有发生人员伤亡、火灾和爆炸事故，但是都造成了一些设备损坏，生产中断，物料排放，造成巨大的经济损失。孤岛运行在电网事故时，可以由动力分厂发电满足整个公司需要，等待电网恢复后，再与电网并列，避免了全厂停电造成的危险和经济损失，所以，孤岛运行非常必要。（二）、孤岛运行的前提1、公司与电网零潮流孤岛运行时，公司电网负荷很小，电压控制困难，若电网故障时，公司与电网有电量交换的话，很可能造成电压过高或过低，无法维持孤岛运行。所以必须保持公司与电网无电量交换，才能在故障时维持电压，保证设备正常运行。第8页共14页2、公司出线开关与电网可同期并列电网故障消除后，公司应能与电网同期并列，恢复电网供电，否则，仍需要全不停电后，再从新从电网受电，失去了孤岛运行的意义。3、电网发生事故时，自动与电网解列公司处电网末端，负荷支撑点少，在电网故障时，若不与电网解列，公司电网将带地区负荷，发电能力无法满足地区负荷的需要，仍然会造成全停。4、公司内部电压稳定公司内电压不稳，会造成设备低压保护动作而跳闸，加剧电压波动，最终造成跨网。（三）2013年以前，影响孤岛运行的问题1、动力分厂存在问题设计问题，炉膛高度不足，容积热负荷、断面热负荷过大，导致锅炉出力严重不足，结焦、积灰严重。受热面材质不合适，材质的允许温度低于计算温度，经常爆管。一次风温偏低，加剧结焦积灰。低压蒸汽不足，减温减压站长期运行，既不经济也不安全吹灰器数量不足，位置不合适第9页共14页2、热控仪表方面的问题多伦煤化工动力厂5台锅炉为母管制运行，但每台锅炉的燃料自动和蒸汽协调均未投入，不能实现燃料自动调节功能及稳定投入。未实现锅炉母管制和汽轮发电机功率自动协调。机组控制没有转速控制3、电气方面的问题出线开关不能同期并网无自动解列装置（四）针对问题所进行的改造1、根据现有煤质进行换热计算后，重新调整低温过热器面积，同时由于前期运行中低温过热器出口有超出材料使用安全上限的情况，本次整改更换低温过热器入口集箱至减温器之间的受热面及管道（含减温器）。2、在现有省煤器管组下部增加一组省煤器，由于两段换热面节距不同，在原有省煤器管组及新增管组之间增加中间集箱。省煤器入口集箱标高向下调整，由原标高38870mm，降低到36515mm。3、锅炉吹灰器改造锅炉吹灰器改造前，由于吹灰器位置不合理，不够完全将高过管排积灰吹尽，高过管排向火面积灰严重。1-5#炉共完成了高温过热器10台长伸缩式旧吹灰器的移位及新增加10台吹灰器，制作了20个第10页共14页吹灰器平台。从锅炉烟压参数观察，未出现较大面积堵灰，目前吹灰器吹灰效果较好，锅炉负荷400t/h时未发现高过管排积灰现象。4、增加风道加热器，提高一次风温50℃。5、运行方式调整，#3机运行，退出减温减压站。6、设计稳定可靠的锅炉供汽与汽轮发电机功率协调控制功能7、将汽轮发电机组的控制方式在220KV出线开关断开时改为转速控制的协调方式。8、2012年在动力分厂新上一套线路开关自动同期装置，并配备同期选线器将厂区内唐滦线251开关、唐都线252开关做为并列点。9、与南瑞研发部门探讨后考虑增加安全自动化装置。该装置通过检测电网的电压和频率，在电网出现故障时直接跳掉厂区251、252开关与电网解列，厂区转入孤网运行，目前已委托内蒙古电力设计院进行设计，该工程现为初设阶段。10、与电网沟通协商，加强公司按可靠性。根据内蒙古电网发展规划，锡林郭勒南部地区于2014年内将新建1座白音高勒500kV变，该变电站500kV侧破口接入汗海～灰腾梁500kV线路，220kV侧破口接入元上都～明安图、元上都～滦河220kV线路，将元上都～红井线路改接至第11页共14页白音高勒变，并新建白音高勒～滦河II回、白音高勒～元上都II回220kV线路。若工程全部完工后也将会增强公司所处地区电网的稳定。（下附未来电网情况示意图）（五）针对问题进行改造后的成果1、动力分厂五台锅炉经过改造，单台炉出力由280t/h提高到420t/h，解决了制约全厂供汽的瓶颈问题，为化工区的平稳运行打下了坚实的基础，为孤岛运行提供了前提条件。2、随着2013年动力分厂五台锅炉的技改的完成，蒸汽量的大大增加，确保了充裕的发电蒸汽，3#汽轮发电机组启动并网，投入各段抽汽，稳定了0.7MPa、0.25MPa第12页共14页蒸汽管网，退出动力界区相关压力段的减温减压站，提高了经济性和安全性3、通过在输电线路加装开关自动同期装置，保证了厂内电网平稳，为孤岛运行提供了前提保障。2013年7月在公司大修期间进行了单机低负荷孤网运行试验，之后通过线路同期装置分别以251、252开关为并列点完成并网。4、内蒙古电网发展规划的顺利实现，也将极大改善多伦煤化工的用电环境。5、孤岛运行控制的功能目前已进入设计阶段，预计在多伦煤化工2014年度大修中实施完成。多伦公司孤网运行实现后，同时实现以下目标：（1）锅炉主蒸汽母管压力自动进行调节，实现蒸汽供应量与蒸汽需求量的平衡。（2）汽轮发电机功率自动调节，实现多伦公司实时发电量与用电量平衡。（3）孤岛运行，系统收到220KV出现开关断开的信号，汽轮发电机自动由功率控制切为转速控制模式，保持蒸汽、负荷和频率稳定，（4）燃料自动控制和机炉协调控制的投入，多伦公司发电机组的自动化水平将达到同类机组的一流水平，提高控制水平，实现节能降耗的同时极大程度的减轻运行人第13页共14页员的劳动强度。四、总结针对动力分厂运行过程中暴露的问题进行的改造，提高了动力分厂蒸汽供应能力，保障了全公司蒸汽发电平衡；提高了公司内部电网应对外围电网扰动的能力；提高了公司生产装置运行对于环境的友好程度。