馮忠寶，劉一凡，司瑞才，姚瑩瑩

(國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021)

現(xiàn)代鍋爐的特點(diǎn)之一就是蒸汽流量顯著提高，混合容積相對(duì)減小，水位變化速度很快，容易造成汽包滿水或者鍋爐燒干。鍋爐汽包水位高度，是確?；痣姀S安全生產(chǎn)和提供優(yōu)質(zhì)蒸汽的重要參數(shù)。汽包水位過(guò)低會(huì)影響自然循環(huán)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使個(gè)別上水管壁局部過(guò)熱而爆管，因此，鍋爐汽包水位控制非常重要。

1 機(jī)組概況

某廠4號(hào)機(jī)組是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司制造的 C350/270-16.7/0.4/537/537型亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，該機(jī)組于2011年1月13日通過(guò)168小時(shí)試運(yùn)行并移交生產(chǎn)。為了減少節(jié)流損失，2017年6月，哈爾濱汽輪機(jī)廠對(duì)4號(hào)機(jī)組進(jìn)行了2閥控制改造，改造后綜合閥位在58.5%～67.2%時(shí)采用2閥控制方式，綜合閥位在67.2%以上及58.5%以下時(shí)執(zhí)行原有順序閥控制方式。

2 問(wèn)題描述

2018年1月 6日 22:05:00，4號(hào)機(jī)負(fù)荷 245 MW，主蒸汽流量930 t/h，主蒸汽壓力14.7 MPa，給水流量915 t/h。4號(hào)爐 A、B、C、D制粉系統(tǒng)運(yùn)行，A、B、C熱網(wǎng)加熱器運(yùn)行。

22:07:00，機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作，綜合閥位指令由92.55%降至91.75%，4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥由15%關(guān)至0%，3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥由100%關(guān)至45%，壓力開(kāi)始由14.9 MPa緩慢上升至 15.2 MPa，主蒸汽流量開(kāi)始出現(xiàn)緩慢下降。

22:09:00，主蒸汽流量最低降至872 t/h，給水流量降至803 t/h，此時(shí)主蒸汽壓力逐漸升高，最高升至 16.2 MPa。

22:11:00，由于主蒸汽壓力升高，鍋爐汽包水位開(kāi)始下降，最低降至－103 mm，A給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由4 811 r/min升至5 051 r/min;B給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速同步增加，輔助蒸汽聯(lián)箱壓力未出現(xiàn)幅度較大波動(dòng)(0.74～0.85 MPa)，10 min 后汽包水位逐漸恢復(fù)。

22:13:00，主蒸汽流量恢復(fù)至930 t/h。

4號(hào)機(jī)汽包水位的報(bào)警值和跳機(jī)值為:低跳機(jī)值為－330 mm，高報(bào)警值為140 mm，高跳機(jī)值為240 mm，事件發(fā)生時(shí)汽包水位在－103～+65 mm波動(dòng)，波動(dòng)幅度較大，為電廠運(yùn)行人員的操作帶來(lái)了一定的困難，且汽包水位波動(dòng)存在潛在的跳機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

3 事件分析

4號(hào)機(jī)組帶供熱運(yùn)行，4段抽汽器帶熱網(wǎng)加熱器，給水泵汽輪機(jī)當(dāng)前工況下的汽源為輔助蒸汽，輔助蒸汽由冷端再熱蒸汽提供。事件后調(diào)取分布式控制系統(tǒng)(DCS)曲線，發(fā)現(xiàn)4號(hào)機(jī)除1月6號(hào)這次汽包水位波動(dòng)較大外，相同情況于1月8日也發(fā)生過(guò)，而這兩次水位波動(dòng)大的直接原因完全相同，都是在一次調(diào)頻給出指令負(fù)荷調(diào)整，4號(hào)汽輪機(jī)4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉瞬間出現(xiàn)的。可以得出結(jié)論:4號(hào)汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥門閥位變化后導(dǎo)致主蒸汽流量大幅波動(dòng)是引起汽包水位大幅波動(dòng)的直接原因;主蒸汽流量波動(dòng)后，汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)不及時(shí)，給水跟蹤品質(zhì)差是汽包水位大幅波動(dòng)的根本原因。

3.1 主蒸汽流量大幅波動(dòng)原因分析

4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥門流量線性度及3、4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥門重疊度參數(shù)的設(shè)置與實(shí)際不符，導(dǎo)致機(jī)組一次調(diào)頻時(shí)容易出現(xiàn)負(fù)荷較大波動(dòng)，且4號(hào)調(diào)節(jié)閥門在綜合閥位92%時(shí)，閥位從10%開(kāi)度直接關(guān)閉至0，閥位曲線突變，由于調(diào)節(jié)閥門迅速關(guān)閉，造成主蒸汽門前后壓力短時(shí)間內(nèi)變化較大，門前壓力迅速升高，門后壓力迅速降低，而主蒸汽流量是根據(jù)門后調(diào)節(jié)級(jí)壓力進(jìn)行計(jì)算。主蒸汽流量的計(jì)算公式為:

式中:QM為主蒸汽流量;k為流量系數(shù);P1為調(diào)節(jié)級(jí)壓力;T0為額定主蒸汽溫度;T1為當(dāng)前主蒸汽溫度。

由公式(1)可以看出，k、T0均為定值，而T1變化幅度可以忽略不計(jì)，因此當(dāng)調(diào)節(jié)級(jí)壓力P1迅速下降時(shí)，造成主蒸汽流量較大幅度下降，進(jìn)而增加了給水自動(dòng)調(diào)節(jié)難度。

3.2 汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)問(wèn)題分析

汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)不及時(shí)可能有2個(gè)原因:一個(gè)是調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置不合理;另一個(gè)是運(yùn)行方式或者執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在問(wèn)題。在排除執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械原因后，給水泵汽源作為分析的重點(diǎn)。該給水泵汽輪機(jī)設(shè)計(jì)工況下有2路汽源，四段抽汽和輔助蒸汽供汽，其中輔助蒸汽包括冷端再熱蒸汽和老廠來(lái)汽。一般情況下輔助蒸汽是給水泵汽輪機(jī)調(diào)試期間汽源，正常運(yùn)行工況汽源應(yīng)采用四段抽汽。四段抽汽供汽壓力跟機(jī)組負(fù)荷成正比，最高壓力低于輔助蒸汽壓力，正常運(yùn)行壓力為0.4 MPa左右，輔助蒸汽壓力為0.7 MPa左右。4號(hào)機(jī)組汽包水位波動(dòng)期間，給水泵汽輪機(jī)的汽源為冷端再熱蒸汽，冷端再熱蒸汽通過(guò)輔汽聯(lián)箱后進(jìn)入給水泵汽輪機(jī)。本文對(duì)于各種汽源供汽時(shí)的給水調(diào)節(jié)特性進(jìn)行了對(duì)比分析。

圖1為輔助蒸汽帶給水泵時(shí)水位波動(dòng)情況，圖2為四段抽汽帶給水泵時(shí)水位波動(dòng)情況，兩者均為負(fù)荷250 MW帶供熱模式。圖1、圖2比較了在相同負(fù)荷工況下，給水泵汽輪機(jī)不同汽源供汽，汽包水位波動(dòng)情況，四段抽汽作為汽源時(shí)，給水泵指令與實(shí)際轉(zhuǎn)速跟蹤較好，兩條曲線密合度較高。

圖3為210 MW負(fù)荷輔助蒸汽帶給水泵水位波動(dòng)情況，比較圖1、圖3不同負(fù)荷、相同汽源下，給水泵汽輪機(jī)相同汽源供汽，汽包水位波動(dòng)情況，在低負(fù)荷情況下下，給水泵指令轉(zhuǎn)速跟蹤較好。

圖1、圖4比較了相同負(fù)荷工況(250 MW帶供熱模式)，給水泵汽輪機(jī)在輔助蒸汽作為給水泵汽源情況下，不同進(jìn)氣參數(shù)，汽包水位波動(dòng)情況。圖1為輔助蒸汽壓力0.80 MPa的汽包水位波動(dòng)情況，圖4為輔助蒸汽壓力0.69 MPa的汽包水位波動(dòng)情況，可見(jiàn)在蒸汽壓力較低時(shí)，給水泵指令轉(zhuǎn)速跟蹤較好。

圖1 250 MW負(fù)荷輔助蒸汽為汽源時(shí)汽包水位波動(dòng)情況(蒸汽壓力0.80 MPa)

圖2 250 MW負(fù)荷四段抽汽為汽源時(shí)汽包水位波動(dòng)情況

圖3 210 MW輔助蒸汽為汽源時(shí)汽包水位波動(dòng)情況

圖4 250 MW負(fù)荷輔助蒸汽為汽源時(shí)汽包水位波動(dòng)情況(蒸汽壓力0.69 MPa)

綜上所述:由四段抽汽作為給水泵汽輪機(jī)的汽源，汽包水位穩(wěn)定波動(dòng)，波動(dòng)范圍在該廠運(yùn)行規(guī)程要求范圍之內(nèi);低負(fù)荷輔助蒸汽作為給水泵汽輪機(jī)的汽源，汽包水位穩(wěn)定波動(dòng)，波動(dòng)范圍在該廠運(yùn)行規(guī)程要求范圍之內(nèi);水位自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)滿足調(diào)節(jié)要求;給水泵汽輪機(jī)低壓調(diào)節(jié)汽閥(LPGV)開(kāi)度在20%以下及35%～45%內(nèi)線性較好，給水泵汽輪機(jī)LPGV開(kāi)度在20%～35%變時(shí)閥門線性度差，兩次水位波動(dòng)期間，給水泵LPGV開(kāi)度均在20%～35%;機(jī)組雖沒(méi)有帶滿負(fù)荷運(yùn)行，但由于供熱期間，主蒸汽流量達(dá)到930 t/h，接近額定主蒸汽流量，可以看出輔助蒸汽供汽量基本滿足給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行要求。

4 改進(jìn)措施及效果

經(jīng)與廠家聯(lián)系，需要在停機(jī)前對(duì)4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行重新優(yōu)化，因4號(hào)機(jī)組承擔(dān)供熱保民生的任務(wù)，暫時(shí)無(wú)法提供重新優(yōu)化調(diào)節(jié)閥門的條件，因此經(jīng)協(xié)商在下次停機(jī)前對(duì)調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行重新優(yōu)化。一般情況下輔助蒸汽聯(lián)箱是供給水泵汽輪機(jī)調(diào)試期間汽源，建議4號(hào)機(jī)正常運(yùn)行工況采用四段抽汽提供汽源，該廠4號(hào)機(jī)四段抽汽為熱網(wǎng)加熱器提供汽源，若再作為給水泵汽輪機(jī)的汽源，負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，可能存在四抽起源不足的情況，為運(yùn)行調(diào)整帶來(lái)一定的困難。在無(wú)法用四段抽汽帶給水泵汽輪機(jī)的情況下，降低輔助蒸汽聯(lián)箱壓力，從而提高給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度。

根據(jù)給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽設(shè)計(jì)曲線以及試驗(yàn)可知，給水泵汽輪機(jī)工作調(diào)節(jié)特性在進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度大于35%的工況下要優(yōu)于閥位在25%的工況。調(diào)整輔助蒸汽聯(lián)箱壓力后，汽包水位波動(dòng)得到了較大程度的改善，輔助蒸汽聯(lián)箱壓力調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 輔助蒸汽聯(lián)箱壓力調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比

5 結(jié)論及建議

通過(guò)以上分析可知，本次水位波動(dòng)根本原因是帶給水泵汽輪機(jī)給水流量跟蹤品質(zhì)差。由于電廠供暖期用汽量等其他因素限制，帶給水泵汽輪機(jī)目前采用輔助蒸汽汽源供汽，汽壓偏高，造成帶給水泵汽輪機(jī)LPGV低開(kāi)度運(yùn)行，轉(zhuǎn)速跟蹤線性差，影響鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)品質(zhì)，導(dǎo)致汽包水位波動(dòng)偏差較大，影響機(jī)組運(yùn)行安全。本次水位波動(dòng)的直接原因是主機(jī)4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥門特性存在閥位突變區(qū)，閥門瞬間落下后，主蒸汽門前后壓力偏差大，調(diào)節(jié)級(jí)壓力迅速下降，導(dǎo)致主蒸汽流量瞬間波動(dòng)較大，客觀加劇了給水自動(dòng)跟蹤的惡化，加劇汽包水位波動(dòng)?；谏鲜龇治觯o出以下建議。

a.建議電廠采用四段抽汽汽源作為帶給水泵汽輪機(jī)供汽，確保帶給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力、流量穩(wěn)定，提高給水自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)。

b.在冬季供暖等特殊工況無(wú)法使用四段抽汽供汽時(shí)，建議電廠降低輔助蒸汽聯(lián)箱壓力，使帶給水泵汽輪機(jī)LPGV開(kāi)度處于35%以上運(yùn)行，并對(duì)輔助蒸汽壓力、溫度加強(qiáng)監(jiān)視，確保供汽量、汽壓穩(wěn)定。若此種方式為長(zhǎng)期運(yùn)行方式，應(yīng)與設(shè)計(jì)院進(jìn)行供汽管徑核算，確保帶給水泵汽輪機(jī)汽源穩(wěn)定可靠。

c.盡快與電調(diào)廠家聯(lián)系，重新優(yōu)化主機(jī)4號(hào)調(diào)節(jié)閥門線性，消除閥位線性突變區(qū)，防止主蒸汽流量突變，在現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥特性情況下，出現(xiàn)機(jī)組綜合閥位低于92%，4號(hào)調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉較小的情況下，可適當(dāng)降低主蒸汽壓力，避開(kāi)4號(hào)高調(diào)閥線性突變區(qū)運(yùn)行。

d.在運(yùn)行中嚴(yán)密監(jiān)視鍋爐給水流量的變化，保持給水流量與主蒸汽流量平衡，控制汽包水位在合理范圍內(nèi)。當(dāng)汽包水位超限時(shí)，應(yīng)該監(jiān)視事故放水門自動(dòng)開(kāi)啟，否則應(yīng)立即手動(dòng)開(kāi)啟，如果汽包水位繼續(xù)上升，可開(kāi)啟集中下降管放水閥門，如水位仍不下降，可進(jìn)行減負(fù)荷等方式進(jìn)行調(diào)整。

e.如果因電氣或汽輪機(jī)原因甩負(fù)荷時(shí)，必須及時(shí)根據(jù)電負(fù)荷情況控制給水流量，必要時(shí)停運(yùn)部分制粉系統(tǒng)，保持給水流量與主蒸汽流量偏差在正常范圍內(nèi)。機(jī)組投停熱網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)緩慢操作進(jìn)汽電動(dòng)閥門，防止液位調(diào)節(jié)閥門及熱加進(jìn)汽閥門開(kāi)關(guān)過(guò)快造成負(fù)荷波動(dòng)，對(duì)汽包水位產(chǎn)生影響。