600MW超临界机组高压加热器跳闸分析与处理办法

600MW超临界机组高压加热器跳闸分析与处理办法

胡振宇

大唐黄岛发到有限责任公司    266500

摘要：高压加热器在火电厂抽汽回热系统中占有非常重要的地位，给水通过高加被加热从而提高了循环效率。高加的故障停运直接导致机组的效率降低、煤耗增加，从而影响电厂的正常运行和经济性。电厂高压加热器跳闸后，由于给水温度的剧烈变化，负荷、汽温、煤水比控制难度较大。本文通过对机组实际运行工况下高加跳闸后机组主要运行参数变化趋势的分析，提出超临界直流锅炉高加跳闸后的正确思路，CCS如何完善，正确操作方式。提出超临界直流锅炉高加跳闸后的正确操作方式,供同行学习，为电厂一线工程师作技术参考。

关键词：超临界机组 、高压加热器跳闸、处理办法

一、600MW超临界机组设备介绍和高加跳闸后主要参数变化趋势分析

设备介绍
大唐黄岛发电有限责任公司两台600MW超临界机组锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、露天布置燃煤锅炉。过热器汽温通过煤水比调节和两级喷水来控制，再热器汽温采用燃烧器摆动调节。锅炉炉器中，蒸汽通过管道在炉顶上方排向大气，水进入集水箱。

大唐黄岛发电有限责任公司两台600MW超临界机组汽轮机是由上海汽轮机有限公司生产的超临界、单轴、三缸、四排汽、中间再热、凝汽式汽轮机，回热系统由3个高加、4个低加和1个除氧器构成，除氧器采用滑压运行。

大唐黄岛发电有限责任公司两台600MW超临界机组共有5、6号两台机组，每台机组有1、2、3号三台高压加热器，曾出现正常运行中5号机组高加跳闸。运行人员进行了正确故障处理。

高加跳闸后机组各主要参数的变化趋势如下。

  （1）高加跳闸前机组负荷为600MW，高加跳闸后，机组负荷快速上升，经过78s后，机组负荷达到最大值670MW，再经约290s后，机组负荷重新降回至600MW。机组负荷快速上升的原因是由于高加跳闸使进入汽轮机内的蒸汽量骤然增加。额定负荷下，高加的抽汽量约为240t/h，高加跳闸后，这样的蒸汽量进入汽轮机会导致汽轮机增加约70MW负荷，而锅炉的产汽量并没有增加，因此机组负荷会渐渐回落。
   (2)高加跳闸后，主蒸汽温度并没有发生大幅变化，发生大幅上升是在后来运行人员恢复系统的过程中出现的，这说明在故障处理和恢复过程中水煤比失调，导致主蒸汽出口温度超温。主蒸汽温度最低达到533.0℃，最高达到578.7℃。
    (3)高加跳闸后，主给水温度经300s后从288℃下降至200℃，接下来给水温度回升是由于运行人员又重新投回高加引起的。主给水温度的快速下降主要因为高加跳出，1～3号高加停止对给水加热，导致省煤器入口主给水温度与除氧器出口给水温度接近。
    (4)高加跳闸后，中间点温度没有立即变化，而是经480s后开始下降，一旦开始下降，就以6-7℃/s的速度快速下降。中间点温度的延时变化是因为在给水流量没有大幅变化的情况下，省煤器内的水容积为167m3，高加水侧的水容积约为20m3，这部分已被加热的水导致中间点温度延时下降。再加上锅炉的热惯性作用，也导致中间点温度延时下降。但中间点温度一旦开始有反应，下降速度将会非常快。
    (5)高加跳闸后，再热器出口压力从4.036MPa经78s后上升至4.766MPa，再经310s后，再热器出口压力重新下降至4.1OOMPa。压力上升的原因是高加跳闸后，高压缸和中压缸进汽量增加，导致再热器系统进汽压力升高从而使整个系统压力升高。
二、协调工况下高加跳闸后的处理思路和建议
    正常运行工况下，机组必须在协调工况下运行。而目前我国火电机组控制逻辑中均没有单独处理高加跳闸的功能模块，因此，如果在协调方式下发生高加跳闸，建议按如下思路进行处理和控制:
    (1)控制方式的处理:运行人员收到高加跳闸报警信号后，立刻退出协调控制模式，即把锅炉主控和汽轮机主控切至手动控制;
    (2)给水的控制:高加跳闸工况下，给水调节跟不上，建议退出自动，手动调节给水。本文研究对象的过热器减温水取自省煤器出口，因此给水流量的变化立刻会影响到减温效果。高加跳闸导致给水温度大幅降低，在600MW负荷高加跳闸前后，必须下调给水流量。为配合给水流量的下调，按减负荷过程中"先减煤，后减水"的思路来控制，必须先降低燃料量，根据传热学理论和多次处理高加跳闸的实践经验，建议燃料量在原来的基础上减少l0t/h，这样可避免主蒸汽超温。对于相同负荷工况下，高加跳闸后，由于机组热力循环效率降低，所需输入的燃料热量最终需要略有增加，这里降低燃料量主要是为了配合减少给水流量，当中间点温度经过延时发生变化时，燃料量还要根据中间点温度的过热度进行相应调节，维持合理的水煤比，这样可避免主蒸汽温度过低。在相同负荷下，高加退出与高加投运的工况相比，燃料量多4t/h，给水流量低224t/h，过热器减温水流量与再热器减温水流量相差不大。这也从理论计算上决定了高加跳闸后水煤比的最终调节目标。

(3)锅炉主控的控制:燃料量控制思路是先小幅减少，后增加到原来的总煤量。风量可维持原控制模式，不必手动干预。
    (4)中间点温度的控制:高加跳闸后，中间点温度具有延时变化的特性，必须提前干预，如果给水流量不变，水煤比会逐渐失调，中间点温度将会大幅下降，导致中间点过热度不足，过热器进水，因此必须提前减少给水流量。给水流量应在原有基础上减少200t/h，减少的速率控制在2Ot/min即可。

火电厂高压加热器跳闸后，由于汽轮机抽汽量骤减，主给水温度急剧下降，对机组负荷、汽温、煤水比控制水平均要求较高，运行人员需切至手动控制方式，这对机组的控制存在安全风险。

三、结语
    (1)高加跳闸一般都是水位高保护动作，涉及到汽轮机进水危险。
    (2)在大型机组中高加跳闸均没有相应的控制逻辑，主要依靠运行人员手动调节。这种依靠运行人员的响应速度来应对事故工况的做法大大降低了机组的可靠性，因此建议增加独立的控制模块来处理高加跳闸事故。
    (3)高加跳闸后的主要控制点是主蒸汽温度和给水流量，应先小幅减煤配合给水流量的降低，待给水流量降低到合适的程度后，再把给煤量调回原来的水平。给水流量可在原基础上下调2OOt/h左右，燃料量应先降低10t/h，然后再回调。

本文以大唐黄岛发电有限责任公司600MW超临界机组为研究对象，分析了机组高负荷工况下高加跳闸后对机组主要参数的影响趋势，并提出了正确的处理方法，包括给煤量、给水量、汽温等主要参数的控制方法及协调控制的优化思路，可为同类机组在优化协调控制逻辑和处理高加跳闸事故方面提供参考。

参考文献：

[1]樊泉桂.超临界锅炉的汽温特性及控制[J].动力工程,2007(01):34-37.

[2]李利平. 单元机组协调控制系统分析与仿真[D].华北电力大学,2001.

作着简介：胡振宇，男，1972年，汉，淄博，本科，电力