汽機(jī)高壓主汽調(diào)門開度異常下降原因及預(yù)防措施

吳森南

摘要：近期，高壓主汽調(diào)門在部分負(fù)荷段出現(xiàn)調(diào)門開度異常下降，有時(shí)幅度達(dá)到20%左右。高壓主汽調(diào)門的異常下降，降低汽輪機(jī)的做功能力，其次增加高壓主汽在調(diào)門處的節(jié)流損失，降低汽輪機(jī)的效率，對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有較大的影響。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán);調(diào)門異常;鍋爐效率;燃機(jī)排氣溫度

一、高壓調(diào)門異常下降現(xiàn)象

某廠機(jī)組為西門子F級(jí)燃?xì)狻羝麊屋S聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，汽輪機(jī)型號(hào)為HE 型三壓再熱雙缸凝汽式汽輪機(jī)。在正常運(yùn)行過程中，汽機(jī)高、中壓系統(tǒng)處于滑壓運(yùn)行，高、中壓調(diào)門保持全開。近期機(jī)組兩班制運(yùn)行期間，高壓主汽調(diào)門在部分時(shí)間的高負(fù)荷段，出現(xiàn)了調(diào)門開度異常下降的現(xiàn)象。嚴(yán)重時(shí)，調(diào)門開度從99.8%異常下降至81.8%，下降幅度較大。

二、高壓主汽壓力控制策略簡介

機(jī)組啟動(dòng)至正常運(yùn)行期間，高壓主汽壓力控制過程如下：

（1）燃機(jī)點(diǎn)火后，高壓主汽壓力處于壓力限制模式。壓力大于高壓旁路壓力設(shè)定值后，高壓旁路逐漸開啟至100%。高壓主汽壓力大于2MPa后，高壓旁路逐漸關(guān)小至固定開度。

（2）當(dāng)高壓主汽壓力大于8.43MPa后，高壓旁路由ASA模式切至USP模式。此時(shí)高壓旁路壓力設(shè)定值接受高壓單元主汽壓力設(shè)定值。

（3）當(dāng)高壓旁路開度<5%，高壓缸第一級(jí)動(dòng)葉前壓力>2.5 MPa后，高壓主汽由壓力限制模式切換至初始?jí)毫δＪ健?/p>

三、高壓主汽調(diào)門開度異常下降原因分析

機(jī)組運(yùn)行中，影響高壓主汽調(diào)門開度因素較多，最主要和常見的原因一般有：高壓主汽流量測點(diǎn)故障、高壓調(diào)門控制系統(tǒng)故障、高壓主汽壓力異常下降。

1、高壓主汽流量測點(diǎn)故障

運(yùn)行中，高壓主汽三個(gè)流量測點(diǎn)兩兩之間偏差大于3t/h，會(huì)導(dǎo)致高壓主汽調(diào)門開不足。檢查三個(gè)高壓主汽流量測點(diǎn)，運(yùn)行期間沒有發(fā)現(xiàn)通道故障，兩兩之間的偏差保持在1.5 t/h之內(nèi)，沒有出現(xiàn)異?；蛘叽蟮钠?。

2、高壓主汽調(diào)門控制系統(tǒng)異常

高壓主汽調(diào)門控制由TAB啟動(dòng)裝置、Speed控制器、adm控制器、TSE計(jì)算控制器、高壓主汽壓力控制器及汽機(jī)高壓系統(tǒng)保護(hù)組成。在發(fā)生異常期間，汽機(jī)控制系統(tǒng)工作正常，沒有發(fā)生控制器故障報(bào)警或者控制異?，F(xiàn)象。

3、高壓主汽實(shí)際壓力異常偏低

高壓系統(tǒng)滑壓運(yùn)行過程中，隨著高壓主汽實(shí)際壓力低于滑壓線，兩者差值逐漸減小。如果高壓主汽實(shí)際壓力低于高壓主汽設(shè)定值，控制器會(huì)關(guān)小高壓主汽調(diào)門，提升實(shí)際壓力。

根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，在實(shí)際壓力大于高壓主汽控制器設(shè)定值，高壓調(diào)門正常全開。在實(shí)際壓力小于高壓主汽控制器設(shè)定值后，高壓主汽調(diào)門開始關(guān)小，抬升高壓實(shí)際壓力，保持實(shí)際壓力不小控制器設(shè)定值，控制系統(tǒng)動(dòng)作正常。

四、高壓主汽實(shí)際壓力下降的原因分析

高壓主汽壓力下降的原因較多，結(jié)合燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的特點(diǎn)，最主要的原因有燃機(jī)排氣溫度及余熱鍋爐高壓受熱面的換熱效率。

1、燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度

燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度由燃?xì)廨啓C(jī)排氣計(jì)算溫度TATK確定。TATK是通過預(yù)設(shè)控制模式進(jìn)行控制，負(fù)荷-排氣溫度的數(shù)據(jù)曲線根據(jù)調(diào)試數(shù)據(jù)保存在機(jī)組控制邏輯。運(yùn)行時(shí)根據(jù)保存的負(fù)荷-排氣溫度對(duì)應(yīng)曲線，通過OTC溫控器、IGV溫控器，實(shí)現(xiàn)燃機(jī)排氣溫度和負(fù)荷-排氣溫度曲線相一致。

燃?xì)廨啓C(jī)排氣計(jì)算溫度TATK的計(jì)算方法是：24只三支型熱電偶溫度信號(hào)計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)的平均排氣溫度、壓氣機(jī)進(jìn)口平均溫度及轉(zhuǎn)速三個(gè)信號(hào)，通過公式TATK=TATact-（K1+K3×TCLact）×TCLact-K2×（1-n/n0）計(jì)算TATK。

（1）#3燃機(jī)負(fù)荷-排氣溫度曲線對(duì)實(shí)際排氣溫度的影響

燃機(jī)在前期為了降低NOX排放，燃燒器進(jìn)行9孔改8孔的技改。技改后進(jìn)行了燃燒調(diào)試，形成新的負(fù)荷-排氣溫度的數(shù)據(jù)曲線。在汽機(jī)嚙合前，IGV溫控定值為560℃;IGV開啟至280MW之間，TATK為575℃;在負(fù)荷280-340MW之間，溫控值為573℃;在330MW以上，溫控值在567℃左右。

由此可知，#3機(jī)組在高負(fù)荷段，尤其是340MW以上，由于燃機(jī)排氣計(jì)算值下降，引起余熱鍋爐的進(jìn)口煙氣溫度下降，導(dǎo)致高壓系統(tǒng)蒸發(fā)量變少，壓力下降低于控制值，高壓主氣壓力控制器通過關(guān)小高壓調(diào)門提升實(shí)際壓力不低于控制值。

（2）環(huán)境溫度對(duì)燃機(jī)排氣溫度的影響

根據(jù)燃機(jī)排氣計(jì)算溫度計(jì)算公式可知，燃機(jī)實(shí)際排氣溫度將隨著壓氣機(jī)進(jìn)口溫度正向波動(dòng)。即環(huán)境溫度越低，燃機(jī)實(shí)際排氣溫度越低，反之則相反。

由運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，機(jī)組負(fù)荷300MW，環(huán)境溫度由5.7℃將至3.5℃時(shí)，燃機(jī)實(shí)際排氣溫度由573℃將至570℃，高壓主汽調(diào)門開度由99.6%逐漸關(guān)小至85.6%;機(jī)組負(fù)荷330MW，環(huán)境溫度由6.5℃將至3.5℃時(shí)，燃機(jī)實(shí)際排氣溫度由576℃將至568℃，高壓主汽調(diào)門開度由99.3%逐漸關(guān)小至91.8.6%。

由此可知，由于機(jī)組運(yùn)行環(huán)境溫度較低，尤其是低于3.5℃后，引起燃機(jī)實(shí)際排氣溫度下降，余熱鍋爐的進(jìn)口煙氣溫度下降，導(dǎo)致高壓系統(tǒng)蒸發(fā)量變少。

2、余熱鍋爐效率對(duì)高壓主汽壓力的影響

余熱鍋爐高壓受熱面換熱效率隊(duì)高壓主汽壓力影響密切，受熱面換熱效率高，高壓主汽系統(tǒng)蒸發(fā)量大，高壓主汽壓力提高。由于機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間將近10年，共啟動(dòng)了1122次，鍋爐受熱面不可避免的存在腐蝕、沖刷磨損等現(xiàn)象，引起受熱面換熱效率下降。

在B修期間，對(duì)余熱鍋爐高、中、低壓汽包進(jìn)行了內(nèi)、外表面結(jié)構(gòu)情況檢查。高壓受熱面內(nèi)表面光滑，結(jié)垢情況良好，對(duì)高壓系統(tǒng)受熱面的換熱效率影響不大。受熱面外表面存在一定程度的銹蝕和臟污，通道底部存在積存銹蝕物。鍋爐高壓系統(tǒng)受熱面外部存在一定程度的銹蝕和臟污，一定程度降低了高壓系統(tǒng)受熱面的換熱效率，導(dǎo)致高壓系統(tǒng)產(chǎn)汽量下降，高壓主汽壓力有一定程度下降。

五、總結(jié)

綜合上述分析，#3機(jī)組運(yùn)行中在部分工況下出現(xiàn)高壓主汽調(diào)門異常關(guān)小的原因是：在機(jī)組高負(fù)荷段（340MW以上）燃機(jī)實(shí)際排氣溫度因排氣計(jì)算溫度的下降而降低，在環(huán)境溫度降低（低于3.5℃）的情況下燃機(jī)實(shí)際排氣溫度因環(huán)境溫度的下降而降低，導(dǎo)致余熱鍋爐進(jìn)口煙氣溫度下降，熱源相對(duì)減少，且余熱鍋爐因受熱面外表面銹蝕臟污及穿墻管煙氣泄漏導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低，兩者因素疊加，引起高壓系統(tǒng)蒸發(fā)量降低，高壓主汽壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)值甚至低于高壓主汽壓力控制器設(shè)定值，觸發(fā)高壓主汽壓力控制器動(dòng)作，通過關(guān)小高壓調(diào)門的開度提升實(shí)際壓力不低于設(shè)定值。

六、改善措施

高壓主汽調(diào)門異常關(guān)小降涉及的因素較多，有些是機(jī)組本身設(shè)定的控制參數(shù)（排氣計(jì)算溫度）、燃機(jī)特性及客觀因素，較難以改善。有些可以通過運(yùn)行調(diào)整、檢查及消缺可以進(jìn)行改善。針對(duì)可以改善的部分，特提出以下改善措施：

（1）堅(jiān)強(qiáng)主汽流量測量偏差的監(jiān)控。防止因高壓主汽三點(diǎn)流量測點(diǎn)數(shù)值兩兩之間偏差大于3t/h引起調(diào)門異常。如發(fā)現(xiàn)接近臨界偏差值，及時(shí)通知檢修進(jìn)行校驗(yàn)。

（2）在兼顧燃燒穩(wěn)定性、NOX排放指標(biāo)的情況下，盡可能提高高負(fù)荷段燃機(jī)排氣計(jì)算溫度。

（3）保證汽水化學(xué)品質(zhì)合格。防止運(yùn)行中因汽水化學(xué)品質(zhì)超標(biāo)引起流通部分的結(jié)垢和腐蝕;

（4）改善汽水系統(tǒng)的保養(yǎng)方式。機(jī)組停機(jī)后繼續(xù)探索更加的停機(jī)保養(yǎng)方式，防止和減緩汽水流通部分的結(jié)構(gòu)和腐蝕;

（5）加強(qiáng)鍋爐受熱面外表面銹蝕情況的檢查。適當(dāng)?shù)那闆r下，對(duì)鍋爐受熱面外表面進(jìn)行除銹清理，提高受熱面換熱效率;

（6）加強(qiáng)鍋爐密封情況及內(nèi)部護(hù)板固定情況的檢查。改善穿墻管的泄漏程度，防止內(nèi)部通道護(hù)板松脫及保溫材料的散落。