防止直流鍋爐給水系統(tǒng)故障造成水冷壁壁溫超限的控制策略

摘 要：直流鍋爐給水系統(tǒng)發(fā)生故障，由于給水流量的大幅下降，燃燒系統(tǒng)的慣性，導(dǎo)致水煤比嚴(yán)重失調(diào)，水冷壁內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)入到異常工況，輕則造成部分水冷壁壁溫超限，重則造成水冷壁大面積超溫、爆管，機(jī)組非停。文章針根據(jù)水冷壁壁溫超限的要因分析，找到給水系統(tǒng)故障時(shí)控制策略，從而保障水冷壁及機(jī)組的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：直流鍋爐；給水系統(tǒng)；水冷壁壁溫

1 概述

華潤(rùn)電力唐山豐潤(rùn)有限公司熱電聯(lián)產(chǎn)2×350MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐為北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產(chǎn)的超臨界變壓直流爐，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。給水系統(tǒng)配置2×50%BMCR的汽動(dòng)給水泵。水冷壁分為螺旋水冷壁和垂直水冷壁兩個(gè)部分，分別裝設(shè)94個(gè)壁溫測(cè)點(diǎn)。

2 水冷壁壁溫升高的必然性

直流鍋爐通過(guò)給水泵的壓力一次性的通過(guò)各受熱面而變成過(guò)熱蒸汽，工作原理如圖1所示。

在直流鍋爐蒸發(fā)受熱面中，由于工質(zhì)的流動(dòng)不是依靠汽水密度差來(lái)推動(dòng)，而是通過(guò)給水泵壓頭來(lái)實(shí)現(xiàn)，工質(zhì)一次通過(guò)各受熱面，蒸發(fā)量D等于給水量G，直流鍋爐的循環(huán)倍率K=G/D=1。直流鍋爐運(yùn)行期間，工質(zhì)在受熱面內(nèi)流動(dòng)過(guò)程是沒(méi)有明顯的、固定的，預(yù)熱、蒸發(fā)、過(guò)熱分界點(diǎn)，所以，在工況變化時(shí)，各受熱面長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化。

對(duì)于超臨界壓力以上壓力運(yùn)行的超臨界鍋爐水冷壁，工質(zhì)溫度沒(méi)有對(duì)應(yīng)壓力下飽和溫度的限制，水冷壁中工質(zhì)的溫度隨著吸熱量的增加不斷上升，管壁內(nèi)工質(zhì)的溫度是變化的，它與熱負(fù)荷和工質(zhì)流量有關(guān)，熱負(fù)荷越大，工質(zhì)流量越小的爐管內(nèi)工質(zhì)的溫度越高。直流鍋爐水冷壁工質(zhì)一次通過(guò)所有受熱面，也就是說(shuō)，工質(zhì)必然要經(jīng)過(guò)所謂“蒸干”傳熱惡化的過(guò)程，此時(shí)，管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)大大下降，相同負(fù)荷下，由于熱負(fù)荷造成的管壁溫度增量大大上升。針對(duì)水冷壁壁溫升高的這種必然，我們的控制策略是：減少下輻射區(qū)域水冷壁受熱面的單位吸熱量，其中，關(guān)鍵是控制工質(zhì)在水冷壁下輻射區(qū)出口的溫度低于該工作壓力對(duì)應(yīng)的擬臨界溫度，也就是說(shuō)，使工質(zhì)的“蒸干“點(diǎn)不發(fā)生在熱負(fù)荷最強(qiáng)的燃燒區(qū)域。這樣，我們就有效的避免了水冷壁管壁溫度超限的發(fā)生。

3 對(duì)于給水泵、小汽輪機(jī)或前置泵跳閘造成的RB動(dòng)作正常壁溫控制策略

3.1 我廠(chǎng)RB邏輯

在機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式下，機(jī)組兩臺(tái)給水泵運(yùn)行，如果出現(xiàn)單臺(tái)給水泵跳閘，同時(shí)，機(jī)組負(fù)荷大于170MW的情況下，鍋爐主控強(qiáng)制手動(dòng)，輸出快速下降到運(yùn)行輔機(jī)所能承受的最大出力。這時(shí)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式自動(dòng)退出，控制系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為汽機(jī)跟蹤運(yùn)行方式。RB發(fā)生后不需要運(yùn)行人員手動(dòng)進(jìn)行干涉。

3.2 案例分享

3.2.1 單臺(tái)小機(jī)跳閘后，RB處理失敗案例

事故前機(jī)組運(yùn)行情況：#1機(jī)組負(fù)荷268MW，主再汽溫度557/555℃，主汽壓力21.84MPa，主汽流量753T/h，給水流量809t/h，4臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，總煤量117T/H，過(guò)熱度14℃，A、B汽泵運(yùn)行；6：51發(fā)現(xiàn)1B小機(jī)主泵前軸承振動(dòng)大，Y：65μm，X：54μm，6：54 1B小機(jī)主泵前軸承振動(dòng)大跳閘；RB動(dòng)作，自動(dòng)降負(fù)荷至175MW，7：09鍋爐垂直水冷壁溫度高跳閘；處理過(guò)程：7：00運(yùn)行人員為了穩(wěn)定負(fù)荷增加煤量，煤量由68噸加至90噸；7：01輔汽壓力低，1A小機(jī)調(diào)門(mén)全開(kāi)，給水流量最低至339噸，垂直水冷壁溫度開(kāi)始升高；7：03運(yùn)行人員開(kāi)始減少煤量，最低煤量減至66噸，水冷壁壁溫持續(xù)升高；7：09垂直水冷壁大面積超溫，鍋爐MFT，其中，垂直水冷壁94個(gè)壁溫測(cè)點(diǎn)全部超過(guò)保護(hù)動(dòng)作值540℃，最高值達(dá)到585℃，超出保護(hù)定值45℃。

3.2.2 單臺(tái)小機(jī)跳閘后，RB處理成功案例

事故前機(jī)組運(yùn)行情況：#2機(jī)組有功263MW，主汽壓力23.16MPa，主汽流量896t/h，鍋爐給水流量905t/h，主再汽溫度560/565℃，總煤量110t/h，三臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，A、B汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。00：33發(fā)現(xiàn)#2機(jī)組給水流量下降，RB動(dòng)作，檢查A給水泵跳閘，檢查RB動(dòng)作正常；#2機(jī)組RB動(dòng)作后，煤量自動(dòng)減至69t/h，控制系統(tǒng)自動(dòng)切為T(mén)F，負(fù)荷最低降至165MW，主汽壓力最低降至16.77MPa，給水流量最低降至547t/h；綜合閥位最低至65.76%，過(guò)熱度最高升至25℃，主再汽溫最高升至563/574℃，水冷壁壁溫均正常，其中垂直水冷壁測(cè)點(diǎn)6壁溫度最高為446℃。

3.3 控制策略

對(duì)于給水泵、小汽輪機(jī)或前置泵跳閘而導(dǎo)致的給水系統(tǒng)故障，機(jī)組觸發(fā)RB以后，首先不要人為干預(yù)，盡量依靠邏輯調(diào)整，同時(shí)檢查以下邏輯動(dòng)作正確：

（1）機(jī)組協(xié)調(diào)模式切為機(jī)跟隨模式，自動(dòng)切為滑壓運(yùn)行。

（2）負(fù)荷指令目標(biāo)值降至50%，功率開(kāi)始下降。

（3）磨煤機(jī)保留臺(tái)數(shù)正確，磨跳閘時(shí)間間隔為10秒。

（4）燃料自動(dòng)閉鎖增，燃料量逐漸下降。

（5）汽機(jī)閥位指令閉鎖增，調(diào)門(mén)開(kāi)度逐漸關(guān)閉。

RB動(dòng)作過(guò)程中，如因自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能不好，導(dǎo)致風(fēng)量、負(fù)壓、汽溫、中間點(diǎn)溫度、水冷壁溫度、給水流量等帶保護(hù)的重要參數(shù)失去控制，發(fā)生大幅變化，應(yīng)立即解除相應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自動(dòng)，進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。當(dāng)水煤比、過(guò)熱度調(diào)整穩(wěn)定后，根據(jù)給水泵出力再進(jìn)一步調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷。

4 對(duì)于單臺(tái)給水泵出力下降等故障不具備RB動(dòng)作、給水系統(tǒng)轉(zhuǎn)機(jī)跳閘RB拒動(dòng)，壁溫控制策略

4.1 單臺(tái)給水泵出力下降，處理成功案例分享

事故前機(jī)組運(yùn)行情況：#1機(jī)組有功270MW，主汽壓力23.1MPa；主汽流量866t/h，鍋爐給水流量927t/h，主/再汽溫度563/566℃，總煤量142t/h，A、B、C、D四臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，A、B汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。21：15發(fā)現(xiàn)#1機(jī)組給水流量下降，1A給水泵小機(jī)入汽調(diào)門(mén)由70%降減至25%，鍋爐主給水流量由927t/h降至449t/h，1A給水泵給水流量由460t/h減至144t/h（實(shí)際出力為0）。立即解除AGC，急停1D磨煤機(jī)，減煤量至70t/h，投入B1，B3油槍穩(wěn)燃，調(diào)整鍋爐燃燒正常；全開(kāi)冷再至輔汽調(diào)門(mén)，開(kāi)啟1/2機(jī)輔汽聯(lián)絡(luò)門(mén)，提高小機(jī)進(jìn)汽壓力；隨著主汽壓力的下降逐漸關(guān)小調(diào)門(mén)，負(fù)荷最低降至136MW，主汽壓力最低降至18.3MPa，綜合閥位最低至52.1%，過(guò)熱度最高升至44℃，主/再汽溫最高升至578/567℃，垂直水冷壁壁溫測(cè)點(diǎn)6、7、8、53、54、55超過(guò)500℃，其中垂直水冷壁測(cè)點(diǎn)8壁溫度最高為527℃，低于保護(hù)動(dòng)作值13℃；23：20故障原因查清，逐漸回復(fù)機(jī)組負(fù)荷。

4.2 針對(duì)單臺(tái)給水泵出力下降等故障的控制策略

當(dāng)單臺(tái)給水泵出力下降，另一臺(tái)給水泵出力有裕度的情況下，下降的出力必然由令一臺(tái)給水泵承擔(dān)，此時(shí)的水煤比、過(guò)熱度不會(huì)有大的波動(dòng)。該種情況下，我們需要盡量維持兩臺(tái)給水泵的出力平衡，同時(shí)檢查給水泵出力下降原因，針對(duì)不同的原因，采取進(jìn)一步針對(duì)性的措施，這里不進(jìn)行闡述。

對(duì)于給水流量大幅下降，給水在水冷壁內(nèi)的相變點(diǎn)大幅波動(dòng)，加之故障發(fā)生時(shí)，給水流量的下降是非?？焖俚?，而鍋爐的燃燒系統(tǒng)是帶有延時(shí)性的，也就是說(shuō)，對(duì)于故障后的水冷壁管壁熱負(fù)荷水平是升高的。所以，為防止水冷壁壁溫升高時(shí)我們應(yīng)采取的措施：

4.2.1 增大給水流量方面

（1）立即將協(xié)調(diào)模式切為基本方式，汽機(jī)通過(guò)主汽調(diào)門(mén)控制主汽壓力，要保證主蒸汽壓力穩(wěn)定下滑至17.5MPa，根據(jù)水冷壁壁溫及過(guò)熱度上升情況，可適當(dāng)降低主汽壓力至15至17.5MPa，減小給水系統(tǒng)阻力，可提高給水流量。保證鍋爐給水量，嚴(yán)禁在機(jī)組降負(fù)荷過(guò)程中出現(xiàn)主蒸汽壓力上升。

（2）立即手動(dòng)開(kāi)大冷再至輔汽調(diào)節(jié)門(mén)，提高輔汽壓力（禁止壓力超限，輔汽聯(lián)箱安全閥動(dòng)作）或者根據(jù)臨機(jī)負(fù)荷情況，開(kāi)大臨機(jī)至本機(jī)的輔汽供氣聯(lián)絡(luò)門(mén)，進(jìn)而，提高給水泵出力。同時(shí)，加強(qiáng)正常運(yùn)行汽動(dòng)給水泵各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)視。

4.2.2 減少燃料方面

快速減少鍋爐燃料至事故前50%或急停上層磨煤機(jī)至三臺(tái)運(yùn)行（注意：該工況下，雖然協(xié)調(diào)方式已切為基本方式，但爐主控仍然保持在故障工況前的燃料量，此時(shí)，即使緊急停運(yùn)上層磨煤機(jī)，總煤量也不會(huì)下降，需要手動(dòng)降低燃料指令），降低總?cè)剂狭?，恢?fù)水煤比正常（7.0～7.5），控制過(guò)熱度正常（5～30℃），防止水冷壁超溫。調(diào)整過(guò)程中盡量維持給水流量的穩(wěn)定，通過(guò)改變?nèi)剂狭縼?lái)改變水煤比，控制過(guò)熱度。尤其是，水冷壁壁溫上升時(shí)，降燃料量低于50%燃料量5T/h左右，維持稍高的水煤比，當(dāng)汽溫、水冷壁壁溫穩(wěn)定，并有下降趨勢(shì)時(shí)，恢復(fù)至正常的水煤比。

5 結(jié)束語(yǔ)

超臨界直流鍋爐的給水系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)有小的異常發(fā)生，而給水系統(tǒng)發(fā)生異常后，如何保證水冷壁壁溫的不超溫、不超限是運(yùn)行人員的事故處理中的關(guān)鍵控制參數(shù)。文章把水冷壁壁溫升高的根本原因結(jié)合到日常的事故處理中，為運(yùn)行人員在給水系統(tǒng)故障情況下的壁溫控制提供了依據(jù)，從而保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。

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014 350MW機(jī)組集控運(yùn)行規(guī)程[S].

作者簡(jiǎn)介：王志強(qiáng)（1982，04-），男，遼寧省朝陽(yáng)市，沈陽(yáng)工程學(xué)院熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)，工程師，現(xiàn)任華潤(rùn)唐山豐潤(rùn)熱電有限公司發(fā)電部值長(zhǎng)。