汽動(dòng)給水泵汽源切換方式的改進(jìn)與實(shí)踐

陳仲淵，樊印龍，張 寶，余紹宋

（1.浙能樂(lè)清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 樂(lè)清 325609；2.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

汽動(dòng)給水泵汽源切換方式的改進(jìn)與實(shí)踐

陳仲淵1，樊印龍2，張 寶2，余紹宋1

（1.浙能樂(lè)清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 樂(lè)清 325609；2.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

介紹了給水泵汽輪機(jī)典型的汽源配置情況，指出其中存在的問(wèn)題，對(duì)目前高壓汽源的控制方法進(jìn)行了改進(jìn)，并進(jìn)行了汽源切換試驗(yàn)以及快速減負(fù)荷（RB）試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明這一改進(jìn)措施是有效的，能夠提高給水系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

汽動(dòng)給水泵；配汽曲線；汽源切換；高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)

隨著熱力發(fā)電廠單機(jī)容量的增加，給水系統(tǒng)的配置被逐步優(yōu)化，目前國(guó)內(nèi)600 MW等級(jí)機(jī)組，給水系統(tǒng)配置一般為2臺(tái)汽動(dòng)給水泵（簡(jiǎn)稱(chēng)汽泵）加1臺(tái)電動(dòng)給水泵（簡(jiǎn)稱(chēng)電泵）。為節(jié)約能源，許多發(fā)電廠都嘗試過(guò)單純使用汽泵實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全啟停的方式，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[1-3]，但也出現(xiàn)了以下2個(gè)問(wèn)題：在一臺(tái)汽泵跳閘的情況下，另一臺(tái)汽泵響應(yīng)不及時(shí)；一臺(tái)汽泵正常低壓汽源失去時(shí)，備用汽源投用時(shí)擾動(dòng)過(guò)大或根本就無(wú)法投用。這2種情況都會(huì)直接威脅到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，改進(jìn)汽泵汽源切換方式很有必要。

1 給水泵汽輪機(jī)汽源配置

給水泵汽輪機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)小機(jī)）典型汽源配置方式一般有3路：來(lái)自冷段再熱蒸汽或主蒸汽的高壓汽源，來(lái)自四段抽汽（簡(jiǎn)稱(chēng)四抽）的低壓汽源及來(lái)自輔助蒸汽的調(diào)試汽源。輔助蒸汽汽源 可滿(mǎn)足1臺(tái)給水泵汽輪機(jī)調(diào)試用汽需要，經(jīng)過(guò)改進(jìn)也可使機(jī)組帶一定負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組無(wú)電泵啟停[4]，而高壓汽源在機(jī)組低負(fù)荷或給水泵高出力時(shí)投入使用。

輔助汽源與低壓汽源均通過(guò)低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)實(shí)現(xiàn)汽泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，兩者一般較容易切換，將輔助汽源作為低壓汽源的備用汽源，可應(yīng)對(duì)低壓汽源突然失去的異常工況。但由于輔助汽源一般設(shè)計(jì)容量較小，不能滿(mǎn)足給水泵大出力的要求，輔助汽源有固定的用戶(hù)，汽泵用汽量突然增加時(shí)，會(huì)對(duì)這些用戶(hù)產(chǎn)生不利的影響。另外，輔助汽源常熱備用也會(huì)因不間斷暖管而增加疏水損失，因此輔助汽源常熱備用這種方式很少使用。

高壓汽源設(shè)計(jì)為低壓汽源的后備或補(bǔ)充汽源，使用單獨(dú)的高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)小機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖1是某600 MW超臨界機(jī)組小機(jī)高、低壓汽源的配汽曲線。在總流量指令作用下，高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)的開(kāi)度與低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)開(kāi)度相關(guān)，這種方式可以保證高、低壓汽源的平穩(wěn)過(guò)渡，但在諸如除氧器保護(hù)動(dòng)作等事故工況下，高壓汽源的響應(yīng)速度就不能滿(mǎn)足需求。

圖1 某小機(jī)高、低壓汽源配汽曲線

2 高、低壓汽源的切換試驗(yàn)

為了驗(yàn)證圖1配汽方式下汽泵高壓汽源在突發(fā)工況下的可靠性，對(duì)某600 MW超臨界機(jī)組小機(jī)進(jìn)行了高、低壓汽源切換試驗(yàn)。試驗(yàn)在汽泵B上進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)小機(jī)B出系、小機(jī)B轉(zhuǎn)速指令和轉(zhuǎn)速都維持3 500 r/min。主要試驗(yàn)過(guò)程如下：就地手動(dòng)關(guān)閉四抽到小機(jī)B電動(dòng)閥，從全開(kāi)到10%開(kāi)度過(guò)程中，低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)前壓力保持0.57 MPa不變，隨后將其開(kāi)度從10%直接關(guān)到0，小機(jī)B轉(zhuǎn)速持續(xù)下降到457 r/min，低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)開(kāi)度逐漸增加，到70%開(kāi)度時(shí)高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟，小機(jī)B轉(zhuǎn)速隨即上升，最高到4 011 r/min，隨后轉(zhuǎn)速回落，經(jīng)多次波動(dòng)后基本穩(wěn)定在3 500 r/min；以每次5%開(kāi)度的增幅就地手動(dòng)開(kāi)大四抽到小機(jī)B電動(dòng)閥，高、低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)開(kāi)度關(guān)小，此過(guò)程中小機(jī)B轉(zhuǎn)速最高到4 615 r/min，在四抽到小機(jī)B電動(dòng)閥全開(kāi)后，高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)全關(guān)，低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)恢復(fù)到以前開(kāi)度，小機(jī)B轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3 500 r/min，切換試驗(yàn)過(guò)程結(jié)束。圖2是試驗(yàn)過(guò)程中主要數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。

可以看出，按圖1配汽方式進(jìn)行小機(jī)汽源切換存在以下問(wèn)題：

（1）低壓汽源快速失去時(shí)，小機(jī)高、低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)的響應(yīng)速度偏慢，轉(zhuǎn)速下降過(guò)多。

（2）隨著高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)的開(kāi)啟，轉(zhuǎn)速上升過(guò)快，超調(diào)量較大，振蕩次數(shù)偏多，調(diào)整時(shí)間偏長(zhǎng)。

（3）低壓汽源快速恢復(fù)時(shí)，高、低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)響應(yīng)滯后，轉(zhuǎn)速飛升不易控制。

相對(duì)于汽源的快速變化，高、低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)動(dòng)作速度慢是造成上述問(wèn)題的關(guān)鍵因素。檢查小機(jī)電液控制系統(tǒng)（MEH）中相關(guān)邏輯發(fā)現(xiàn)，小機(jī)高、低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)的開(kāi)啟速度受到相關(guān)參數(shù)的制約，而之所以對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行限制，是因?yàn)樾C(jī)正常運(yùn)行時(shí)，要對(duì)其轉(zhuǎn)速變化速度進(jìn)行一定限制，以獲得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)并保證安全。這一限制與小機(jī)低壓汽源失去時(shí)對(duì)高、低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)快速響應(yīng)的要求有矛盾，按圖1配汽方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，就很難有效解決這一矛盾，為此，必需尋找一種更為有效的控制方式來(lái)解決這一問(wèn)題。

3 高壓汽源控制方式的改進(jìn)

以上試驗(yàn)已說(shuō)明，單純的使用圖1中的配汽方式，無(wú)法應(yīng)對(duì)小機(jī)低壓汽源突然失去的工況；另外，在發(fā)生諸如汽泵跳閘快速減負(fù)荷（RB）工況時(shí)，另一臺(tái)汽泵的給水流量會(huì)突增很多，此時(shí)受機(jī)組負(fù)荷突降、給水流量突增的影響，單純的依靠小機(jī)低壓蒸汽無(wú)法保證一臺(tái)汽泵的高負(fù)荷運(yùn)行，高壓蒸汽必須及時(shí)投入使用。

對(duì)高壓汽源的控制方式進(jìn)行改進(jìn)的主要思路是：用高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)小機(jī)低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)前的壓力，以此應(yīng)對(duì)低壓蒸汽快速失去的情況；用高、低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)順序開(kāi)啟的方式應(yīng)對(duì)汽泵RB工況。

運(yùn)行方式是低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)開(kāi)度指令小于70%時(shí)，高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)用來(lái)控制低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)前壓力，目標(biāo)值曲線如圖3所示，低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)指令開(kāi)度大于70%時(shí)，高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)開(kāi)度指令取自上述壓力控制器與圖1所示函數(shù)控制器輸出的大值。

圖3 低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)前壓力控制目標(biāo)值

4 高壓汽源控制方式改進(jìn)后汽源切換試驗(yàn)

高壓汽源控制方式改進(jìn)后，重新進(jìn)行了高、低壓汽源切換試驗(yàn)。在小機(jī)低壓汽源迅速失去的工況下，小機(jī)的最低轉(zhuǎn)速?gòu)母倪M(jìn)前的457 r/min上升到改進(jìn)后的2 962 r/min，振蕩過(guò)程由若干次減小到1次，效果明顯。圖4是改進(jìn)前后兩次試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比。可見(jiàn)，控制方式改進(jìn)后，高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)的響應(yīng)時(shí)刻大大提前，低壓調(diào)門(mén)前失壓時(shí)間明顯縮短，小機(jī)高、低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)開(kāi)度、低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)前壓力很快穩(wěn)定，小機(jī)控制穩(wěn)定性與快速性得到極大提高。

圖4 配汽方式改進(jìn)前后切換試驗(yàn)曲線對(duì)比

上述試驗(yàn)是在汽泵出系的情況下進(jìn)行的，為了檢驗(yàn)汽泵在真實(shí)工作下的情況，進(jìn)行了汽泵在線狀態(tài)下高、低壓汽源的切換試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)機(jī)組負(fù)荷維持在455 MW不變，汽泵A為試驗(yàn)泵，汽泵B為主力泵，試驗(yàn)前調(diào)整汽泵A出水量，使其略比汽泵B少，以確保機(jī)組給水系統(tǒng)安全。試驗(yàn)時(shí)遠(yuǎn)方電動(dòng)關(guān)閉四抽到小機(jī)A電動(dòng)閥，使小機(jī)A快速失去低壓汽源，觀察小機(jī)A高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)的動(dòng)作情況與轉(zhuǎn)速變化情況，同時(shí)觀察汽泵A出水變化情況，圖5是這次試驗(yàn)過(guò)程中的主要參數(shù)變化曲線。

圖5 配汽方式改進(jìn)后在線切換試驗(yàn)曲線

圖5表明，在改進(jìn)后的控制方式下，在小機(jī)A低壓汽源迅速失去后，高壓汽源能夠很快使小機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)，保持給水系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定，而改進(jìn)前一旦低壓汽源失去，小機(jī)就會(huì)失去動(dòng)力，機(jī)組最終會(huì)因給水流量低而跳閘。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明，改進(jìn)后的控制方式能夠有效應(yīng)對(duì)對(duì)低壓汽源快速失壓這種異常工況。

5 高壓汽源控制方式改進(jìn)后汽泵RB試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)在汽泵RB工況下，改進(jìn)后的高壓汽源控制方式對(duì)是否能確保機(jī)組安全，進(jìn)行了1臺(tái)汽泵的RB試驗(yàn)。試驗(yàn)前機(jī)組負(fù)荷605 MW，A，B 2臺(tái)汽泵穩(wěn)定運(yùn)行，試驗(yàn)時(shí)手動(dòng)停運(yùn)汽泵B，電泵不啟動(dòng)，機(jī)組負(fù)荷迅速自動(dòng)減到380 MW左右，圖6是試驗(yàn)過(guò)程中汽泵A的相關(guān)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，汽泵B跳閘后，小機(jī)A低壓調(diào)節(jié)汽門(mén)響應(yīng)及時(shí)，高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)在RB動(dòng)作約50 s后參與調(diào)節(jié)，在沒(méi)有電泵參與調(diào)節(jié)的情況下，全程給水供應(yīng)正常，汽泵高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)控制方式的改進(jìn)能滿(mǎn)足機(jī)組RB工況的需要。

6 結(jié)語(yǔ)

圖6 配汽方式改進(jìn)后RB試驗(yàn)曲線

小機(jī)高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)控制方式改進(jìn)后，在四抽汽源突然失去的情況下，響應(yīng)速度得到極大的提高，采用“滑壓”的方式形成其控制目標(biāo)值，避免了正常工況下因高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)頻繁開(kāi)啟而造成的能量損失，一臺(tái)汽泵RB發(fā)生后，另一臺(tái)汽泵參數(shù)響應(yīng)及時(shí)，機(jī)組給水系統(tǒng)可成功應(yīng)對(duì)這種突發(fā)

Improvement and Practice of Steam Supply Switching Mode for Steam-driven Feed Water Pump

CHEN Zhong-yuan1，F(xiàn)AN Yin-long2，ZHANG Bao2，YU Shao-song1
（1.Zhejiang Zheneng Yueqing Power Generation Co.，Ltd，Yueqing Zhejiang 325609，China; 2.Zhejiang Electric Power Testand Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper introduces the typical steam supply configuration for feed water pump steam turbine,identifies the problems，improves the control approach for high pressure steam supply and performs the steam supply switching test and RUNBACK （RB）test.The test result indicates that the improvement approach is helpful to enhance the reliability of the feed water system operation.

steam-driven feed water pump；steam distribution curve；steam supply switching；high pressure steam adjusting valve

TK267

B

1007-1881（2010）11-0039-04