9F燃機(jī)-汽輪機(jī)單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中汽包水位自動(dòng)控制策略分析

周陽(yáng)　程途（江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇常州 231011）

9F燃機(jī)-汽輪機(jī)單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中汽包水位自動(dòng)控制策略分析

周陽(yáng)程途
（江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇常州 231011）

以熱力循環(huán)為基礎(chǔ)的火力發(fā)電機(jī)組，機(jī)組啟動(dòng)到運(yùn)行、到停機(jī)全過(guò)程自動(dòng)是電廠自動(dòng)化控制的一項(xiàng)重要課題，本文針對(duì)9F燃機(jī)-汽輪機(jī)單軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中余熱鍋爐汽包水位控制特點(diǎn)，及本廠9F燃機(jī)-汽輪機(jī)單軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐汽包水位自動(dòng)控制中的一些不足，進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出控制策略建議，以供大家一同探討。

汽輪機(jī) 汽包水位 溫度匹配

隨著科技高速發(fā)展，大型火力發(fā)電機(jī)組的啟、停、運(yùn)行，均走向高度自動(dòng)化，但由于各電廠熱力系統(tǒng)不盡相同，存在各種差異，再加上設(shè)備狀況參差不齊，在自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)上總存在著各種問(wèn)題，本文針對(duì)9F燃機(jī)－汽輪機(jī)單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在汽包水位自動(dòng)化控制中所遇到的問(wèn)題，進(jìn)行一些分析、提出建議，以供大家一同探討。

1　現(xiàn)高、中、低壓汽包全程自動(dòng)控制所面臨的問(wèn)題

9F燃機(jī)－汽輪機(jī)單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組所配套的余熱鍋爐（以下簡(jiǎn)稱(chēng)余爐）為三壓三汽包鍋爐，由高、中、低壓三個(gè)系統(tǒng)組成。該型機(jī)組的啟動(dòng)又分冷、溫和極熱三種狀態(tài)，這三種狀態(tài)是按汽輪機(jī)高壓內(nèi)上缸壁溫決定的。燃機(jī)在啟動(dòng)溫度匹配過(guò)程中，其排煙溫度受汽輪機(jī)缸溫控制，排煙溫度在371℃至566℃之間變化。機(jī)組停機(jī)后，汽輪機(jī)缸溫的下降是一個(gè)緩慢的過(guò)程，而停機(jī)后余爐溫度的下降要比汽輪機(jī)缸溫下降的快得多。正常情況下，余爐要比汽輪機(jī)提前3天降至室溫。非正常情況下，如余爐搶修、放水，1天后甚至6小時(shí)左右，余爐壓力即可降至0，余爐在很短時(shí)間內(nèi)即可接近常溫，而此時(shí)汽輪機(jī)缸溫可能還有400℃左右，機(jī)組啟動(dòng)后，匹配溫度較高。由于煙溫/水溫差較大，造成余爐水位在機(jī)組啟動(dòng)階段的控制存在著許多復(fù)雜性。

1.1汽輪機(jī)、余熱鍋爐均為冷態(tài)

（余爐的冷、熱態(tài)由于沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定，這里根據(jù)本文要求暫定：冷態(tài)，余爐汽包壓力均為0，所有省煤器內(nèi)水溫接近于室溫；熱態(tài)，高壓汽包壓力≥3.7MPa，高壓省煤器出口水溫≥150℃。汽輪機(jī)依據(jù)規(guī)程，高壓內(nèi)上缸溫度≤204℃為冷態(tài)，≥204℃為熱態(tài)?！峦├鋺B(tài)時(shí)，燃機(jī)啟動(dòng)后的匹配溫度為371℃，燃機(jī)排煙溫度低，溫度匹配時(shí)間長(zhǎng)，汽輪機(jī)加載時(shí)間長(zhǎng)，爐水膨脹劇烈程度低，高、中、低壓爐水依次膨脹，且為正向膨脹。在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，高壓汽包水位一般升高300mm左右，中壓汽包水位升高150mm左右，低壓汽包水位升高300mm左右。造成水位升高的原因有：

（1）省煤器、蒸發(fā)器中水受熱膨脹。（2）蒸發(fā)器中水蒸發(fā)，出現(xiàn)大量的汽泡，造成水位升高。（3）給水調(diào)整閥內(nèi)漏。（4）旁路開(kāi)啟、主蒸汽閥開(kāi)啟等等，造成汽包壓力下降，引起虛假水位升高。（5）低壓汽包還存在由于凝汽器水位過(guò)高，為減少向系統(tǒng)外排水，而過(guò)度進(jìn)水現(xiàn)象。

1.2汽輪機(jī)、余爐均為熱態(tài)

此時(shí)燃機(jī)啟動(dòng)后的匹配溫度為471℃以上，燃機(jī)排煙溫度高，溫度匹配時(shí)間短，汽輪機(jī)加載時(shí)間短，爐水膨脹劇烈程度相對(duì)較低，由于余爐的高、中壓部分溫度相對(duì)較高，機(jī)組啟動(dòng)后在鼓風(fēng)作用下，高、中壓部分的熱量被吹到低壓部分，造成余熱鍋爐低壓部分升溫升壓快，而高、中壓部分由于機(jī)組啟動(dòng)后有一個(gè)冷拖及點(diǎn)火并網(wǎng)后排煙溫度存在一個(gè)低溫區(qū)的過(guò)程，高壓部分的爐水會(huì)出現(xiàn)一個(gè)降溫、水位一定幅度下降的過(guò)程。中壓部分則變化不大。當(dāng)燃機(jī)排煙溫度由于受溫度匹配的控制快速升高，超過(guò)高壓爐水溫度后，此時(shí)高、中壓汽包水位開(kāi)始升高，其升高的速度與燃機(jī)排煙溫度和爐水的溫差成一定的比例關(guān)系。在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，高壓汽包水位一般可升高200mm左右，中壓汽包水位升高100mm左右，低壓汽包水位升高250mm左右。

1.3汽輪機(jī)為溫/熱態(tài)、余爐為冷態(tài)

此種情況一般出現(xiàn)在機(jī)組停運(yùn)24小時(shí)后（和余爐的保溫性能有關(guān)），或由于某些檢修等特殊情況，余熱鍋爐溫度被快速降低。在此工況下由于燃機(jī)溫度匹配時(shí)排煙溫度較高，爐水膨脹劇烈，高、中、低壓汽包水位快速升高，且幅值大。如果水位調(diào)整不及時(shí)，或不能做到先期調(diào)節(jié)，高壓汽包水位可升高350mm左右，中壓汽包水位可升高200mm左右，低壓汽包水位升高300mm左右，此狀態(tài)下極易造成機(jī)組因汽包水位高而跳閘。

2　汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)策略及建議

由于存在上述問(wèn)題，因此在設(shè)計(jì)汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)分為兩段，一為機(jī)組啟動(dòng)階段，一為機(jī)組正常運(yùn)行階段。由于機(jī)組在停機(jī)階段時(shí)，其汽水循環(huán)尚在，爐水降溫均勻，所以水位波動(dòng)不大。

2.1機(jī)組啟動(dòng)前的汽包水位限定

由于汽包水位升高有上述5種原因（見(jiàn)：造成水位升高的原因），因此首先應(yīng)控制好機(jī)組啟動(dòng)前的汽包水位。各汽包在啟動(dòng)前保持一個(gè)適當(dāng)?shù)妮^低水位是給爐水膨脹留出空間，同時(shí)這個(gè)水位還要兼顧因機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中冷拖及低負(fù)荷階段時(shí)，對(duì)余爐冷卻造成的水位下降，以防止機(jī)組低水位跳閘。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及對(duì)余爐汽水系統(tǒng)的計(jì)算，高壓汽包合適的啟動(dòng)允許水位是－610mm～－280mm，中壓汽包水位允許啟動(dòng)是－190mm～－50mm，低壓汽包水位允許啟動(dòng)條件是－1322mm～－300mm。凝汽器水位的高低也應(yīng)在機(jī)組啟動(dòng)前加以限制，水位以400～550mm之間為佳，可以使凝汽器具備一個(gè)安全的水容積，可以承受一定的過(guò)度充水。

2.2利用蒸發(fā)器的定期排污閥控制汽包水位

由于機(jī)組啟動(dòng)后，余爐升到一定壓力必須有一個(gè)爐水排污的過(guò)程，因此可以把高、中壓蒸發(fā)器的定期排污也納入機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的水位調(diào)節(jié)中去，這樣可以既起到啟動(dòng)中余爐的排污作用，又可以更好地控制汽包水位?？稍O(shè)定機(jī)組啟動(dòng)階段，高、中壓汽包壓力＞0.5MPa，且機(jī)組點(diǎn)火成功后，高、中壓給水泵運(yùn)行時(shí)，此時(shí)當(dāng)實(shí)際水位高過(guò)汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的設(shè)定值50mm時(shí)，發(fā)短脈沖開(kāi)對(duì)應(yīng)的定期排污閥，使水位下降或減緩水位升高。當(dāng)水位正常后自動(dòng)關(guān)閉（手動(dòng)開(kāi)啟定期排污閥則不受此邏輯控制），但當(dāng)汽包水位達(dá)低一值時(shí)強(qiáng)制發(fā)關(guān)短脈沖信號(hào)，關(guān)相應(yīng)的定期排污閥。

2.3啟動(dòng)階段汽包水位自動(dòng)值的設(shè)定

在機(jī)組啟動(dòng)階段對(duì)汽包水位的自動(dòng)設(shè)定值的確定是有一定難度的，因?yàn)椴煌膯?dòng)狀態(tài)有不同的啟動(dòng)水位要求，這里有機(jī)組冷熱態(tài)特性，還有閥門(mén)、設(shè)備、系統(tǒng)、人員等問(wèn)題。因此這個(gè)問(wèn)題可以交給運(yùn)行人員去解決，只要這個(gè)設(shè)定值在機(jī)組啟動(dòng)允許范圍內(nèi)，DCS均應(yīng)確認(rèn)水位設(shè)定有效，并作為啟動(dòng)水位自動(dòng)控制使用。

2.4機(jī)組水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的啟動(dòng)階段與正常運(yùn)行階段的分界點(diǎn)

機(jī)組水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的啟動(dòng)階段與正常運(yùn)行階段的分界點(diǎn)可以

選擇在250MW，即機(jī)組負(fù)荷達(dá)250MW后，機(jī)組水位自動(dòng)控制進(jìn)入正常運(yùn)行模式，且此時(shí)即使負(fù)荷再返回到250MW以下，啟動(dòng)階段的水位控制相關(guān)邏輯也不會(huì)再投入，直到下次機(jī)組啟動(dòng)。如此時(shí)高、中、低壓汽包水位偏低（高壓汽包水位＜－280mm、中壓汽包水位＜－50mm、低壓汽包水位＜－300mm）可作一次提醒告警，告知相應(yīng)汽包水位偏低。對(duì)于汽包水位調(diào)節(jié)過(guò)程中單沖量及三沖量的轉(zhuǎn)換則不受上述邏輯的影響，只需在原DCS上根據(jù)水位調(diào)整情況進(jìn)行適當(dāng)完善即可。由于部分機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的相關(guān)水位控制用限制邏輯早在2 5 0 M W前就已退出，此時(shí)的負(fù)荷點(diǎn)主要是一個(gè)象征作用，主要用于對(duì)運(yùn)行人員的提醒，以及對(duì)啟動(dòng)時(shí)投用的相關(guān)邏輯進(jìn)行一個(gè)檢視。

2.5中壓并汽階段中壓汽包水位波動(dòng)問(wèn)題

啟動(dòng)并汽階段中壓汽包的水位波動(dòng)主要問(wèn)題是：中壓過(guò)熱器向再熱器并汽過(guò)程中由于蒸汽流量、壓力出現(xiàn)波動(dòng)變化對(duì)汽包產(chǎn)生影響，造成“虛假水位”形成水位上下大幅波動(dòng)。流量、壓力出現(xiàn)波動(dòng)變化的主要原因是閥門(mén)開(kāi)啟的初始階段，閥門(mén)稍開(kāi)5%，即可造成中壓汽包水位突升80mm以上，此情況與閥門(mén)線性有關(guān)，也和汽包汽水循環(huán)不足有關(guān)，通過(guò)改變中壓過(guò)熱器壓力調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性及閥門(mén)線性，以及通過(guò)開(kāi)大中壓旁路及開(kāi)啟中壓蒸發(fā)器定期排污閥加強(qiáng)汽水流通，可以改善中壓汽包的壓力波動(dòng)情況，有利于改善中壓汽包在機(jī)組中壓并汽階段的水位波動(dòng)現(xiàn)象。

中壓過(guò)熱器出口壓力調(diào)節(jié)與中壓旁路壓力調(diào)節(jié)在中壓并汽過(guò)程中應(yīng)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)切換，如采用自動(dòng)方式，應(yīng)設(shè)置“并汽指令按鈕”，“并汽指令按鈕”的投入需符合中壓并汽條件。當(dāng)并“汽指令按鈕”激活后，中壓過(guò)熱器出口壓力調(diào)節(jié)閥在自動(dòng)狀態(tài)下維持汽包壓力，中壓旁路壓力調(diào)節(jié)閥則以一定的速率緩慢下關(guān)，當(dāng)中壓汽包水位下跌較快，與水位自動(dòng)設(shè)定值偏差達(dá)－50mm時(shí)，中壓旁路壓力調(diào)節(jié)閥停止關(guān)閉，保持開(kāi)度不變，直到中壓汽包水位與水位自動(dòng)設(shè)定值偏差＜－50mm時(shí)，繼續(xù)下關(guān)，直到關(guān)到0%，當(dāng)中壓旁路壓力調(diào)節(jié)閥開(kāi)度＜2%后（表示閥門(mén)關(guān)閉），將中壓旁路自動(dòng)設(shè)定值由當(dāng)前值加上0.24MPa，并小于上限，即保持中壓旁路在機(jī)組正常運(yùn)行始終處于關(guān)閉狀態(tài)，直到汽輪機(jī)卸載或中壓過(guò)熱器超壓。一但汽輪機(jī)卸載、中壓過(guò)熱器出口壓力調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，中壓旁路自動(dòng)設(shè)定值將回到當(dāng)前值，參與中壓汽包壓力調(diào)節(jié)，同時(shí)也盡可能減小中壓汽包的水位波動(dòng)，同時(shí)“并汽指令按鈕”自動(dòng)退出。

3　結(jié)語(yǔ)

以上是針對(duì)9F燃機(jī)－汽輪機(jī)單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中，汽包水位調(diào)節(jié)在實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題，及如何采用自動(dòng)控制策略的個(gè)人見(jiàn)解，作為拋磚引玉，希望大家共同探討。

周陽(yáng)（1981—），男，江蘇常州人，助理工程師，研究方向：燃機(jī)技術(shù)管理。