超超臨界二次再熱機(jī)組調(diào)試技術(shù)

王 強(qiáng)

(大唐東北電力試驗(yàn)研究院有限公司， 吉林 長春 130012)

0 引言

超臨界二次再熱機(jī)組以安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保而被廣泛關(guān)注。特別是隨著煤價(jià)上漲，其優(yōu)勢更為明顯的表現(xiàn)出來。我國已經(jīng)投運(yùn)及在建的二次再熱機(jī)組主要有華能萊蕪、華電萊州、大唐東營、國電蚌埠、國電泰州、華電句容、國電宿遷、華能安源、江西豐城、國華北海、粵電惠來、深能河源、大唐雷州、國華清遠(yuǎn)等電廠的數(shù)十臺(tái)機(jī)組。但在我國二次再熱技術(shù)起步較晚，相對(duì)較為成熟的一次再熱機(jī)組的研究、運(yùn)行、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較弱，需要不斷的在實(shí)踐及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)中優(yōu)化，使得二次再熱技術(shù)更為成熟。

1 某設(shè)備及系統(tǒng)概述

某電廠二期工程的鍋爐為東方電氣股份有限公司設(shè)計(jì)制造的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，鍋爐型號(hào)為:DG1785.49/32.45-II14。采用π型布置，單爐膛、二次中間再熱、前后墻對(duì)沖燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置。三煙道煙氣擋板的控制為東鍋首次應(yīng)用。二次再熱超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，選用上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)的西門子汽輪機(jī)，型式為：超超臨界、二次中間再熱、單軸、五缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N660-31/600/620/620。最大連續(xù)出力為697.749 MW，額定出力660 MW。機(jī)組取消調(diào)節(jié)級(jí)，采用全周進(jìn)汽滑壓運(yùn)行方式，同時(shí)采用了補(bǔ)汽技術(shù)(左右側(cè)各一個(gè)補(bǔ)汽閥)。汽輪機(jī)具有十級(jí)回?zé)岢槠~定轉(zhuǎn)速為3 000轉(zhuǎn)/分。

2 模擬量控制及問題解析[1]

(1)二次再熱機(jī)組因其具有較高的經(jīng)濟(jì)性，相對(duì)于常規(guī)同容量的一次再熱機(jī)組蒸發(fā)量、給水流量偏小，水冷壁對(duì)水、煤變化比較敏感。在變負(fù)荷時(shí)發(fā)現(xiàn)水冷壁、省煤器、過、再熱器壁溫有超溫現(xiàn)象，根據(jù)不同負(fù)荷工況及超溫程度修改變負(fù)荷前饋對(duì)水、煤的作用幅度以及滯后時(shí)間，并在升降負(fù)荷時(shí)根據(jù)實(shí)際曲線分開設(shè)置前饋量及變化速率。優(yōu)化變負(fù)荷時(shí)風(fēng)量的前饋，仍然保證加負(fù)荷時(shí)多加風(fēng)，減負(fù)荷時(shí)少減風(fēng)的理念，對(duì)燃料的富氧燃燒及壁溫的控制能有很好的改善。優(yōu)化后，基本上解決了變負(fù)荷時(shí)水冷壁超溫的現(xiàn)象。且其對(duì)機(jī)組其他主要參數(shù)影響較小。

(2)本項(xiàng)目設(shè)定的水煤比調(diào)節(jié)為通過中間點(diǎn)溫度控制給水流量，運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際工況手動(dòng)設(shè)定過熱度。當(dāng)主蒸汽壓力>22.13 MPa 以后，水的飽和溫度恒定為374.15 ℃，為了控制的方便和直觀性，當(dāng)壓力大于臨界壓力以后設(shè)定虛擬的過熱度。運(yùn)行人員在調(diào)節(jié)過熱度設(shè)定值的時(shí)候以壁溫及過熱器減溫水調(diào)閥開度為依據(jù)，保證壁溫在安全范圍內(nèi)且盡可能貼近控制值，保證減溫水調(diào)閥在中、高負(fù)荷段有恰當(dāng)?shù)拈_度，保證對(duì)主蒸汽溫度的控制有效、及時(shí)，保證機(jī)組在額定參數(shù)下“壓紅線”運(yùn)行。特別注意：調(diào)整過熱度時(shí)，在保證安全的前提下要緩調(diào)、勤調(diào)。大幅改變過熱度設(shè)定時(shí)會(huì)對(duì)主蒸汽壓力造成比較大的擾動(dòng)，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)當(dāng)燃燒工況及汽輪機(jī)調(diào)門開度不變的情況下，給水流量擾動(dòng)50 t會(huì)對(duì)主蒸汽壓力產(chǎn)生1.2 MPa左右的壓力擾動(dòng)。調(diào)試過程中還發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)時(shí)單獨(dú)用給水調(diào)節(jié)中間點(diǎn)溫度時(shí)容易對(duì)主蒸汽壓力造成擾動(dòng)，壓力呈波動(dòng)狀態(tài)。中間點(diǎn)溫度修正給水流量、主汽壓力、鍋爐主控的相互耦合情況見圖1，波動(dòng)幅值見表1。通過圖1及表1可以看出由于中間點(diǎn)溫度單獨(dú)對(duì)給水修正導(dǎo)致的主蒸汽壓力大幅度波動(dòng)，從而使鍋爐主控也一直處于較大幅度的調(diào)整中，出現(xiàn)了震蕩的情況。通過增加煤量輔助修正中間點(diǎn)溫度的邏輯，大幅加水的同時(shí)減少煤量，大幅減水的同時(shí)增加煤量。不僅使得溫度控制更為快速準(zhǔn)確，同時(shí)對(duì)主蒸汽壓力的擾動(dòng)更小。最終調(diào)整的目的是保證鍋爐主控的輸出與實(shí)際負(fù)荷匹配， 中間點(diǎn)溫度與主汽壓力維持在設(shè)定值，中間點(diǎn)溫度修正接近于0。注意：煤量對(duì)中間點(diǎn)溫度修正要設(shè)置一定的死區(qū)(即優(yōu)先保證給水先調(diào)節(jié)，水煤比輸出的給水流量超過一定值后開始調(diào)節(jié)給煤量)，給煤量的調(diào)整動(dòng)作要及時(shí)且恢復(fù)及時(shí)。煤量輔助修正中間點(diǎn)過熱度函數(shù)見表2。

表1 水煤比修正給水、主汽壓力、鍋爐主控的耦合峰值

表2 水煤比輸出的給水流量與給煤量修正

(3)當(dāng)煤質(zhì)變化較大時(shí)，自動(dòng)方式下的煤量熱值校正功能(BTU)并不能很好適用，具有校正時(shí)間長、滯后和穩(wěn)定性差等固有弊端。所以要運(yùn)行人員手動(dòng)修正(BTU)使中間點(diǎn)溫度對(duì)給水的修正趨于合理，使鍋爐主控輸出的功率與機(jī)組實(shí)際數(shù)值匹配，然后再切換BTU為自動(dòng)方式。建議增加設(shè)計(jì)煤種與實(shí)際煤種偏差較大時(shí)的煤質(zhì)報(bào)警，提醒運(yùn)行人員注意。運(yùn)行人員調(diào)整BTU時(shí)一定要注意，每次變動(dòng)不得超過2 t煤且待壓力反向變動(dòng)趨于穩(wěn)定后進(jìn)行下一次調(diào)節(jié)，圖2所示為運(yùn)行人員調(diào)整BTU過度導(dǎo)致的負(fù)荷壓力波動(dòng)的情況。運(yùn)行人員在4分鐘內(nèi)BTU修正由0.86變?yōu)?.92，煤量改變了20 t，主蒸汽壓力波動(dòng)了1.5 MPa，對(duì)協(xié)調(diào)系統(tǒng)造成了極大的擾動(dòng)。

圖1 水煤比修正給水、主汽壓力、鍋爐主控的耦合

圖2 運(yùn)行人員手動(dòng)調(diào)整BTU不當(dāng)

(4)送、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)RB時(shí)，根據(jù)給水流量的函數(shù)曲線降低給水流量的過程中發(fā)現(xiàn)水冷壁、過熱器、再熱器壁溫有超溫的現(xiàn)象，對(duì)不同RB工況修改給水流量滯后時(shí)間，對(duì)于超溫較大的情況，增加邏輯判斷設(shè)計(jì)超馳增加給水流量的邏輯，同時(shí)兼顧主蒸汽壓力的變化、降負(fù)荷速率、超高壓調(diào)門開度等情況進(jìn)行綜合處理。

(5)磨煤機(jī)RB未能及時(shí)觸發(fā)邏輯分析，燃料RB的判斷條件為，磨煤機(jī)跳閘且當(dāng)前運(yùn)行的給煤機(jī)最大給煤量比當(dāng)前實(shí)際負(fù)荷小20 MW且磨煤機(jī)跳閘則觸發(fā)燃料RB。磨煤機(jī)取10 s跳閘信號(hào)，磨煤機(jī)跳閘置給煤機(jī)給煤量0t/h，但設(shè)置了一個(gè)2.5 t/s的速率，所以未能觸發(fā)燃料RB，將此切換速率修改為50 t/s后，燃料RB動(dòng)作正常。

(6)高負(fù)荷(600 MW以上負(fù)荷)階段以1.5%～2%變負(fù)荷或者蒸汽吹灰時(shí)，發(fā)現(xiàn)配置100%出力的給水泵汽輪機(jī)低調(diào)全開，高調(diào)開度較大且動(dòng)作較快。對(duì)給水流量的擾動(dòng)較大，會(huì)發(fā)現(xiàn)給水流量在1700 t/h±50 t/h上下波動(dòng)，給水泵汽輪機(jī)低調(diào)與高調(diào)的重疊度曲線。函數(shù)見表3：

表3 給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速PID與低壓調(diào)門及高壓調(diào)門指令關(guān)系

建議修改此函數(shù)曲線見表4：

表4 修改后給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速PID與低壓調(diào)門及高壓調(diào)門指令關(guān)系

修改后的曲線使得高調(diào)開度根據(jù)PID輸出更加平緩，不致于導(dǎo)致給水流量大幅波動(dòng)的情況發(fā)生。后面優(yōu)化中也可以考慮通過高壓調(diào)門控制低壓主汽門前壓力，低壓調(diào)門控制轉(zhuǎn)速。避免兩個(gè)調(diào)門均控制轉(zhuǎn)速導(dǎo)致給水流量波動(dòng)的情況發(fā)生。

(7)東方鍋爐生產(chǎn)的660 MW超超臨界二次再熱尾部三煙道煙氣擋板的π型鍋爐為首次應(yīng)用，所以對(duì)于煙氣擋板對(duì)于再熱器汽溫的控制還處于試驗(yàn)階段，根據(jù)相關(guān)研究制定控制策略為：相對(duì)固定二次再熱器煙氣擋板開度(防止三煙道擋板相互影響并對(duì)一再、二再汽溫造成擾動(dòng))，一次再熱器煙氣擋板可以控制一次再熱器和二次再熱器吸熱量的偏差，同時(shí)用低溫過熱器煙氣擋板來控制一次再熱器和二次再熱器的總吸熱量。如果煙氣擋板極易卡澀則煙氣擋板的自動(dòng)投入要慎重。投入自動(dòng)后煙氣擋板對(duì)再熱器汽溫的調(diào)整是一個(gè)緩慢的過程，調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置的不宜過于靈敏，再熱器汽溫的調(diào)節(jié)是煤水比、燃燒、配風(fēng)、減溫水多方面的調(diào)整，應(yīng)該主要以燃燒調(diào)整、配風(fēng)為主，事故狀態(tài)下投入減溫水調(diào)節(jié)的方式。

3 上汽西門子汽輪機(jī)調(diào)試問題解析[2]

(1)上汽西門子汽輪機(jī)普遍存在極熱態(tài)、熱態(tài)啟機(jī)后空負(fù)荷3000 rpm運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易造成高排溫度高而切缸，二次再熱機(jī)組超高排溫度、高排溫度在這種情況下超溫現(xiàn)象更為明顯，在本項(xiàng)目發(fā)生過因并網(wǎng)不及時(shí)導(dǎo)致切缸，而并缸過程有一定風(fēng)險(xiǎn)性。為了避免發(fā)生切缸，一定要與調(diào)度部門確定好并網(wǎng)時(shí)間，再進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，沖至3 000轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，檢查沒有問題后要及時(shí)并網(wǎng)。

(2) 第一次真空嚴(yán)密性試驗(yàn)不合格。進(jìn)行了第二次試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中真空下降較多，及時(shí)終止試驗(yàn)，啟動(dòng)全部真空泵，軸封壓力顯示正常，但是真空依然維持不住，真空下降至25 kPa，機(jī)組停機(jī)。大機(jī)真空低跳閘有兩個(gè)條件：1.真空<30 kPa，三取二跳機(jī)；2.真空進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)(有中壓缸至低壓缸連通管壓力的函數(shù)見表5)三取二，延時(shí)5 min跳機(jī)。

表5 低壓連通管對(duì)應(yīng)的真空跳機(jī)值

圖3 真空嚴(yán)密性跳機(jī)曲線

第一次真空嚴(yán)密性不合格分析為軸封汽壓力低導(dǎo)致漏真空(試驗(yàn)時(shí)軸封壓力為設(shè)計(jì)值3.5 kPa)，所以進(jìn)行第二次真空嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)將軸封壓力提高到8 kPa后真空仍然下降，直到觸發(fā)跳機(jī)保護(hù)。從曲線中可以看到軸封壓力提高后，汽封冷卻水液位是不斷下降的。所以判斷實(shí)際造成真空低跳機(jī)原因?yàn)椋狠S封漏氣經(jīng)軸封加熱器后進(jìn)入軸加疏水U型管(正壓)，凝汽器真空為-90 kPa，若兩個(gè)壓力的絕對(duì)值大于U型管內(nèi)水柱所對(duì)應(yīng)的壓力，則U型管內(nèi)的水將被吸入凝汽器，無法達(dá)到密封的效果，相當(dāng)于從軸封直接漏汽至凝汽器，真空必然降低。建議停機(jī)之后對(duì)此U型管進(jìn)行詳細(xì)檢查和分析，查看具體高度水柱能夠達(dá)到10 m對(duì)應(yīng)的100 kPa壓力值，如果達(dá)不到則進(jìn)行優(yōu)化改造。另外以后再做真空嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn)時(shí)，一旦發(fā)生此種情況，要及時(shí)終止試驗(yàn)、恢復(fù)真空的同時(shí)將軸封加熱器疏水管路至軸加疏水U型管至凝汽器手動(dòng)門關(guān)掉，讓軸封疏水不再進(jìn)入凝汽器，而是排入地溝。可暫時(shí)控制住真空，避免跳機(jī)事故的發(fā)生。

(3)本臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)的高旁容量為40%，沖轉(zhuǎn)期間為了保持合適的沖轉(zhuǎn)壓力和溫度要求只啟動(dòng)一臺(tái)磨煤機(jī)帶30 t煤量運(yùn)行，并網(wǎng)初期維持初始負(fù)荷，高旁會(huì)很快收完，高旁全關(guān)后DEH側(cè)的汽機(jī)主控會(huì)自動(dòng)切換為壓力控制，如果此時(shí)燃燒出現(xiàn)波動(dòng)會(huì)造成汽輪機(jī)為了維持壓力而關(guān)小調(diào)門，造成所帶負(fù)荷過小甚至逆功率的可能。要求在并網(wǎng)初期嚴(yán)密監(jiān)視超高壓調(diào)門及高壓調(diào)門的開度，及時(shí)調(diào)整燃燒保持合適的主蒸汽壓力及溫度的上升速率。主蒸汽壓力過低時(shí)要及時(shí)將壓力控制切換為負(fù)荷控制。

(4)汽輪機(jī)軸封壓力控制投入自動(dòng)以后設(shè)定值默認(rèn)為3.5 kPa，運(yùn)行人員改動(dòng)不了。PID沒有設(shè)置跟蹤邏輯，所以為了避免投入自動(dòng)時(shí)，壓力偏差大導(dǎo)致軸封進(jìn)汽閥或者溢流閥波動(dòng)，手動(dòng)調(diào)整軸封壓力在3.5 kPa附近投入軸封壓力自動(dòng)。當(dāng)軸封進(jìn)汽由進(jìn)汽調(diào)閥控制時(shí)，若軸封進(jìn)汽溫度<320 ℃，延時(shí)180 s后全關(guān)軸封進(jìn)汽調(diào)門，全關(guān)后又恢復(fù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。此邏輯是為了避免軸封進(jìn)汽溫度過低，對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻，在機(jī)組3000 rpm或是低負(fù)荷期間進(jìn)汽調(diào)門關(guān)閉過程中會(huì)造成軸封進(jìn)汽壓力很低，容易使冷空氣進(jìn)入汽缸并且影響真空，此功能還有待于繼續(xù)觀察。運(yùn)行人員要監(jiān)視好軸封進(jìn)汽溫度，溫度低時(shí)及時(shí)投入加熱裝置，根據(jù)真空及機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況由運(yùn)行人員選擇是否投入此功能。

4 結(jié)論

本工程為超超臨界二次再熱機(jī)組，控制及保護(hù)有其特殊性。調(diào)試過程中制定了合理的控制策略，并對(duì)變負(fù)荷前饋對(duì)風(fēng)、水、煤的作用幅度及作用時(shí)間進(jìn)行了變參數(shù)的優(yōu)化，對(duì)壁溫超溫的情況(特別是RB期間)設(shè)計(jì)了超馳加水的邏輯功能。提出了煤質(zhì)變化較大需要手動(dòng)修改BTU時(shí)的注意事項(xiàng)，增加中間點(diǎn)溫度對(duì)煤的輔助調(diào)節(jié)，對(duì)穩(wěn)定主汽壓力及鍋爐主控與實(shí)際負(fù)荷的匹配非常有益。優(yōu)化了給水泵汽輪機(jī)低壓調(diào)門、高壓調(diào)門的線性關(guān)系，避免高壓調(diào)門開啟后給水流量的大幅波動(dòng)。制定了合理的煙氣擋板調(diào)溫方式。對(duì)于二次再熱西門子汽輪機(jī)在啟動(dòng)調(diào)試期間的切缸、真空低跳機(jī)事故、并網(wǎng)初期注意事項(xiàng)以及軸封壓力的控制及系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了合理的運(yùn)行方式及解決方案，保證了機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。