超超臨界鍋爐干濕態(tài)轉換分析

陳小強，羅志浩，尹 峰

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

超超臨界鍋爐在啟動階段25%～27%BMCR工況時，爐內(nèi)蒸汽的蒸發(fā)量逐漸大于鍋爐水冷壁最小給水流量，鍋爐由濕態(tài)轉入干態(tài)即直流運行。在此階段的運行過程中，如何保證轉干過程順利進行和汽水分離器入口過熱度的平穩(wěn)，以及將包括啟動系統(tǒng)在內(nèi)的相關自動投入，一直是超超臨界鍋爐啟動過程中的技術難點。在國電北侖電廠6號機組調(diào)試期間，采取了一系列措施，較好地解決了上述問題。本文根據(jù)華能玉環(huán)電廠、國電北侖電廠超超臨界機組干濕態(tài)轉換過程中暴露的問題，詳細介紹超超臨界機組干濕態(tài)轉換中的運行方式調(diào)整和控制策略修改。

1 濕態(tài)轉干態(tài)的技術難點

1.1 省煤器入口流量波動

圖1是國電北侖電廠三期超超臨界機組的啟動系統(tǒng)示意圖，華能玉環(huán)電廠機組的啟動系統(tǒng)也基本相似。啟動系統(tǒng)由啟動分離器、再循環(huán)泵、儲水箱、水位控制調(diào)節(jié)閥等組成。

圖1 超超臨界機組啟動系統(tǒng)示意圖

直流鍋爐啟動系統(tǒng)的主要目的是在鍋爐啟動、低負荷運行（蒸汽流量低于爐膛所需的最小流量時）及停爐過程中，通過啟動系統(tǒng)建立并維持水冷壁內(nèi)的最小流量，避免鍋爐水冷壁金屬管超溫，同時滿足機組啟、停及低負荷運行時對蒸汽流量的要求，并實現(xiàn)工質(zhì)的熱量回收。

從圖1中可以看出，機組未進入干態(tài)運行時，省煤器入口給水流量由通過給水泵的給水和自爐循泵出口的再循環(huán)流量組成。機組從濕態(tài)轉向干態(tài)后，啟動系統(tǒng)停止運行，省煤器入口的給水全部來自給水泵。當機組處于濕態(tài)轉干態(tài)的過程中時，隨著鍋爐蒸發(fā)量的加大，汽水分離器的液位逐漸降低，再循環(huán)流量逐漸減小，最終完全消失。在此過程中，給水泵的上水量逐漸增大，維持省煤器入口流量不低于鍋爐的最小給水量，同時要注意鍋爐受熱面的金屬壁溫，尤其是水冷壁的金屬壁溫。

如果給水泵和爐循環(huán)泵再循環(huán)流量調(diào)節(jié)速率不匹配，在轉干態(tài)過程中容易出現(xiàn)省煤器入口給水流量波動過大，嚴重時甚至會因省煤器入口流量低低造成鍋爐MFT。因為在濕態(tài)工況時，再循環(huán)流量要占鍋爐總給水流量的65%左右，在轉干態(tài)過程中，燃料、給水往往處于手動狀態(tài)，一旦燃料量增加速度過快，分離器液位快速下降，造成再循環(huán)流量劇減或者爐循泵跳閘，瞬間使再循環(huán)流量全部喪失。而給水泵無法在較短時間內(nèi)彌補流量的減少，從而造成鍋爐因省煤器入口流量低而MFT。

1.2 過熱度波動

直流鍋爐進入干態(tài)運行的標志之一是汽水分離器入口有一定的過熱度。在實際機組轉干態(tài)運行過程中，往往因為汽壓、給水量、燃料量的波動，造成汽水分離器入口過熱度來回波動，時正時負。在這樣的狀態(tài)下，汽水分離器儲水箱的液位也波動頻繁，致使爐循泵再次啟動。直流鍋爐轉干態(tài)運行的過程往往要反復多次，較長時間內(nèi)鍋爐處于干濕態(tài)切換的邊界。

1.3 金屬管壁超溫

華能玉環(huán)電廠3號機組在濕態(tài)轉干態(tài)過程中，一度出現(xiàn)水冷壁管多處超溫，運行人員被迫增加給水量。給水量增加后，管壁超溫有所緩解，但過熱度下降、汽水分離器儲水箱液位立即上升，機組又重新回到濕態(tài)運行。而后運行人員增加燃料量，繼續(xù)轉干，金屬管壁又超溫。在這樣的不斷調(diào)整過程中，負荷逐漸升高，最后在650 MW附近才轉成干態(tài)。

濕態(tài)轉干態(tài)期間容易出現(xiàn)水冷壁管超溫，與鍋爐點火方式、水冷壁節(jié)流圈尺寸等有關。以華能玉環(huán)電廠3號機組為例，按照原設計，鍋爐點火要從上層開始。但由于電廠在最下層安裝了等離子，點火是從最下層燃燒器開始的，致使爐膛火焰下移，燃燒區(qū)的吸熱量較多。鍋爐水冷壁節(jié)流圈的直徑相對偏小，低負荷下水冷壁各管路流量分配不均，是引起管壁超溫的另一個原因。

1.4 儲水箱液位波動

影響儲水箱液位的因素很多，主要有汽壓、燃料量、給泵轉速、鍋爐再循環(huán)流量、WDC閥的開度等。如果這些因素得不到很好的控制，或者調(diào)節(jié)速率沒有匹配好，儲水箱液位就會波動。一旦儲水箱液位波動，反過來又影響再循環(huán)流量、省煤器入口給水量，進而加劇儲水箱液位的波動。

2 改進措施

2.1 調(diào)整汽機的工作方式

機組并網(wǎng)后，汽機可以投本地功率模式、初壓模式。在本地功率模式下，由汽機調(diào)門控制機組功率。

當鍋爐燃燒有擾動時，汽壓會有所波動，蒸汽飽和度也隨之變化，即使汽水分離器入口焓值保持不變，由于飽和溫度的改變，其過熱度也會發(fā)生變化。為了避免濕態(tài)轉干態(tài)過程中過熱度出現(xiàn)波動，在此過程中必須維持汽壓穩(wěn)定，因此汽機應采用初壓模式。初壓模式是由汽機調(diào)門控制主汽壓力，在主汽壓力平穩(wěn)的工況下，蒸汽的飽和溫度相對恒定，有助于保持汽水分離器入口過熱度的穩(wěn)定。

在汽機側投入初壓模式前，應先通過手動方式調(diào)整燃料量，逐漸將高旁完全關閉，然后再將汽機置于初壓模式，避免高旁和汽機調(diào)門同時控制主汽壓力。

2.2 修改再循環(huán)流量設定值

濕態(tài)轉干態(tài)前，首先要將給泵的轉速調(diào)節(jié)投入自動，由給泵控制省煤器入口流量。在保證省煤器入口流量的前提下，投入爐循泵出口的再循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥。在WDC閥、再循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥、給泵三者中，WDC閥自動應最先投入。WDC閥自動投入后，可以在一定程度上維持分離器儲水箱水位穩(wěn)定，即分離器儲水箱液位可以在相對平穩(wěn)的工況下保持在安全范圍內(nèi)。再循環(huán)流量調(diào)節(jié)自動投入后，分離器液位的自動調(diào)節(jié)將更加復雜。汽水分離器儲水箱的液位不僅受WDC閥影響，還要受再循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥開度變化的影響。

再循環(huán)流量設定值是分離器儲水箱液位的函數(shù)。在調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)，當再循環(huán)流量調(diào)節(jié)自動投入后，再循環(huán)流量明顯上升，因為手動控制時，再循環(huán)流量往往相對較低。隨著再循環(huán)流量的上升，給泵出口的系統(tǒng)補水量減少，汽水分離器儲水箱液位下降。一旦液位降低過多，容易造成爐循泵跳閘。因此，調(diào)試中根據(jù)實際情況重新設定了再循環(huán)流量的設定曲線，使其相對平緩，從而減小分離器儲水箱液位的波動幅度。

以北侖電廠6號機組為例，修改前后的再循環(huán)流量設定曲線見圖2。

圖2 再循環(huán)流量設定曲線

2.3 確定機組轉干態(tài)的最佳時機

機組轉干態(tài)之前，應當處于比較穩(wěn)定的濕態(tài)。實際上，機組并網(wǎng)前由于低流量下汽溫較難控制，往往采取開大旁路，增加燃料量、大流量沖洗的策略。在這樣的燃燒工況下，鍋爐的熱負荷已經(jīng)相對較高，實際投用燃料量比較多。

機組并網(wǎng)后，隨著高壓旁路開度的逐漸減小，機組負荷上升。一般超超臨界直流鍋爐的轉干態(tài)點在25%～27%BMCR附近，由于機組轉干前的鍋爐熱負荷已經(jīng)接近或者超過鍋爐轉干點，鍋爐實際工作點在干濕態(tài)轉換點附近，這樣的轉干起點對于轉干操作十分不利。對汽水分離器儲水箱液位的控制尤其不利，因為汽水分離器儲水箱中的液位始終處于較低水平，一旦液位波動低于爐循泵保護定值，將導致在未完成干濕態(tài)轉換時爐循泵跳閘。

北侖電廠6號機組調(diào)試期間，在機組并網(wǎng)前就開始控制燃料量，將鍋爐的實際熱負荷控制在轉干點以下。機組并網(wǎng)后，汽機帶初始負荷，機組負荷在150 MW附近時，總燃料量控制在80 t/h左右，省煤器入口流量控制在850 t/h。在此燃燒工況下，鍋爐處于比較穩(wěn)定的濕態(tài)，以這樣的工況作為轉干的起點是比較合適的。

2.4 確定給水量和燃料量的關系

以北侖電廠6號機組為例，機組并網(wǎng)后，給泵投自動，控制省煤器入口流量為850 t/h，燃料量為81.6 t/h，然后由運行人員手動增加燃料，增加速率為每分鐘2.5 t/h。隨著燃料量的逐步增加，汽水分離器儲水箱液位逐漸降低，再循環(huán)流量逐步減小，直至消失。汽水分離器入口過熱度逐漸升高，最終分離器儲水箱液位低于爐循泵低液位保護定值5 m，爐循泵跳閘，機組轉入直流干態(tài)運行。在給水、再循環(huán)、WDC閥自動均投入的狀態(tài)下，較好地完成了超超臨界鍋爐干、濕態(tài)轉換。

3 結語

通過機組運行方式和再循環(huán)流量設定的調(diào)整，確定適當?shù)霓D干點，協(xié)調(diào)給水、燃料在轉干過程中的動態(tài)關系，較好地解決了干濕態(tài)轉換過程中給水流量、過熱度、儲水箱液位波動等問題，成功實現(xiàn)了超超臨界機組干濕態(tài)轉換過程中的全程給水自動。文中介紹的啟動策略調(diào)整對于其他類型的超超臨界機組也有借鑒作用，但具體參數(shù)設置應根據(jù)實際工況做相應調(diào)整。

[1]尹峰，朱北恒，李泉.超（超）臨界機組協(xié)調(diào)控制特性與控制策略[J].中國電力，2008，41（3）：66-69.

[2]羅志浩，尹峰，姚文偉，等.蘭溪發(fā)電廠超臨界鍋爐啟動系統(tǒng)特點和控制策略[J].浙江電力，2007，26（2）：24-27.