劉超琴

摘要：660MW亞臨界燃煤機(jī)組升級(jí)改造，汽輪機(jī)低壓旁路增加甩負(fù)荷工況，保證凝汽器安全運(yùn)行。全開減溫水閥加大減溫水量，并不能達(dá)到預(yù)期甩負(fù)荷工況時(shí)汽輪機(jī)低壓旁路出口要求的壓力和溫度，且導(dǎo)致嚴(yán)重的水擊、噪音、振動(dòng)等。

關(guān)鍵詞：前饋控制；濕蒸汽；低壓旁路；焓值；管道布置

1.設(shè)備概述

電廠鍋爐是巴威的B&WB-2028/17.43-M，汽輪機(jī)是TOSHIBA，汽機(jī)旁路是Sulzer液動(dòng)HBSE/NBSE系列，高壓旁路（主蒸汽）和低壓旁路（再熱蒸汽）二級(jí)串聯(lián)，旁路系統(tǒng)裝置有旁路閥、減溫水調(diào)節(jié)閥等。電廠升級(jí)改造，增加甩負(fù)荷工況，保證凝汽器安全運(yùn)行。

甩負(fù)荷工況出現(xiàn)，電廠將低壓旁路減溫水閥全開，增加噴水量，低壓旁路出口蒸汽仍不能降到120℃，過(guò)噴的減溫水和不合理的管道布置，導(dǎo)致旁路閥后管道嚴(yán)重水擊、噪音和振動(dòng)。

2.低壓旁路系統(tǒng)減溫不夠原因分析

針對(duì)低壓旁路系統(tǒng)減溫不夠的現(xiàn)象，對(duì)旁路系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)檢查和重新核算。設(shè)備容量符合工況運(yùn)行要求，旁路閥和減溫水閥運(yùn)行正常，管道無(wú)阻塞，蒸汽流速合理，減溫設(shè)備彈簧噴嘴啟閉良好。最后，從控制曲線和管道損壞推測(cè)旁路蒸汽減溫不夠的原因：DCS為溫度反饋控制，現(xiàn)場(chǎng)管道布置復(fù)雜，凝汽器入口沒(méi)有水幕保護(hù)裝置。

汽水循環(huán)遵循焓值守恒，焓值不能直接測(cè)量，只能通過(guò)過(guò)熱蒸汽或者水的溫度來(lái)推算。蒸汽的溫度控制傳統(tǒng)上是通過(guò)反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，即測(cè)量下游減溫點(diǎn)的溫度。大多數(shù)情況是最可行的辦法，但限制是測(cè)點(diǎn)溫度必須具有5-10℃或者更高的過(guò)熱度，因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)溫度僅反映過(guò)熱蒸汽的焓值。飽和狀態(tài)下，溫度與流體的狀態(tài)無(wú)關(guān)，它可以是100%的水，也可以是100%的蒸汽，或者二者混合物，但是焓值的變換卻非常依賴于汽水混合的狀態(tài)。

蒸汽管道有多個(gè)彎頭，造成不穩(wěn)流。當(dāng)蒸汽和水混合的焓值低于飽和度時(shí)，彎頭會(huì)導(dǎo)致汽水分離而引發(fā)的振動(dòng)和噪音等，最嚴(yán)重的汽水分離會(huì)堵住凝汽器前消能器的孔，容易損壞消能器和凝汽器。過(guò)量噴水后水滴不能迅速全部蒸發(fā)，蒸汽中游離的水撞擊管壁造成侵蝕并且水滴沿管壁流動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)械故障、溫度測(cè)量失誤等。

3.改造方案

針對(duì)旁路系統(tǒng)減溫不足和分析可能的原因，設(shè)計(jì)了如下改造方案：

方案1：給定現(xiàn)場(chǎng)工況條件下讓旁路設(shè)備廠家重新設(shè)計(jì)旁路系統(tǒng)，提高設(shè)備容量，同時(shí)修改現(xiàn)場(chǎng)管道布置，使低壓旁路系統(tǒng)靠近凝汽器，蒸汽出口直接排入凝汽器，保證系統(tǒng)運(yùn)行安全。優(yōu)點(diǎn)是從根本上完全滿足所有運(yùn)行工況參數(shù)要求，避免潛在水擊、噪音和振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)；缺點(diǎn)是重新采購(gòu)旁路系統(tǒng)設(shè)備，設(shè)計(jì)和布置現(xiàn)場(chǎng)管道，工程大，周期長(zhǎng)，費(fèi)用昂貴。

方案2：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況條件重新核算需要的減溫水量，修改DCS控制邏輯，安裝插入式減溫器，增加上游蒸汽的溫度壓力測(cè)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是維持現(xiàn)有管道系統(tǒng)和旁路設(shè)備，修改DCS控制邏輯，增加低壓旁路系統(tǒng)上游蒸汽溫度壓力檢測(cè)裝置容易實(shí)現(xiàn)，插入式減溫器構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低，安裝和維護(hù)便利，工程小，時(shí)間短；缺點(diǎn)是對(duì)DCS控制精度有較高要求，大管道上安裝插入式的減溫器，汽水霧化效果不太理想。

合理布置插入式減溫器位置，噴水后濕蒸汽不遇到管道彎頭，經(jīng)消能器直接進(jìn)入凝汽器，采用前饋控制，DCS能很好的控制減溫水量，選擇方案2能帶來(lái)較理想的效果。

4.實(shí)施改造方案

4.1控制方法

低壓旁路出口蒸汽溫度接近飽和溫度，測(cè)點(diǎn)溫度不能準(zhǔn)確僅反映過(guò)熱蒸汽的焓值，典型的溫度測(cè)點(diǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，此時(shí)前饋溫度控制是很好的解決方案。前饋溫度控制是基于對(duì)需求的減溫水量的計(jì)算，在凝汽器排氣應(yīng)用中，這種方法因?yàn)樘峁┝酥T多優(yōu)點(diǎn)而非常有用。根據(jù)電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，推薦的目標(biāo)焓值是2650 kj/kg，與凝汽器內(nèi)焓值接近。

4.2計(jì)算

甩負(fù)荷工況時(shí)，蒸汽出口壓力0.8Mpaa，對(duì)應(yīng)的飽和溫度170℃，要求的蒸汽溫度120℃。根據(jù)焓值守恒和質(zhì)量守恒：入口蒸汽流量Mi（691.5t/h），入口蒸汽焓值Hi（3535.31kj/kg），需要的減溫水流量Mw（待定），減溫水焓值Hw（155.95kj/kg），出口蒸汽流量Mo（Mi+Mw）；現(xiàn)有設(shè)備：出口蒸汽壓力0.8Mpaa，出口蒸汽溫度180℃，出口蒸汽焓值Ho1（2792.44kj/kg）計(jì)算需要的減溫水流量：Mw1=Mi*（Ho1-Hi）/（Hw-Ho1）= 691.5*（3535.31-2792.44）/（691.5-155.95）=194.84t/h；甩負(fù)荷工況：出口蒸汽目標(biāo)焓值Ho2（2650kj/kg）計(jì)算需要的減溫水流量：Mw2=Mi*（Ho2-Hi）/（Hw-Ho2）= 691.5*（3535.31-2650）/（691.5-155.95）=245.46t/h；甩負(fù)荷工況時(shí)需要額外增加噴水量的質(zhì)量M=245.46-194.84=50.62t/h。

4.3設(shè)備排布

從現(xiàn)場(chǎng)管道布置得知閥后管道長(zhǎng)度小于2米，減溫水來(lái)不及全部轉(zhuǎn)換成干蒸汽，高速濕蒸汽極易沖壞管道?？紤]空間局限和低壓旁路系統(tǒng)進(jìn)入凝汽器之前有多個(gè)彎頭，則蒸汽閥出口必須為干蒸汽，推薦噴水位置在凝汽器消能器入口。甩負(fù)荷工況時(shí)，減溫水閥先噴入194.84t/h減溫水，使出口蒸汽壓力0.8Mpa時(shí)溫度減低到180℃，同時(shí)利用DCS控制在凝汽器入口的減溫器再噴入大于50.62t/h減溫水，使進(jìn)入凝汽器里消能器中濕蒸汽的焓值保證維持在2650kj/kg，此焓值的飽和濕蒸汽通過(guò)消能器降壓后進(jìn)入凝汽器，壓力急劇下降，蒸汽等焓降溫到120℃，安全、快速、穩(wěn)定。

5.結(jié)束語(yǔ)

該改造方案是最經(jīng)濟(jì)的，改造后能夠那組進(jìn)入凝汽器的蒸汽溫度達(dá)到120℃，避免過(guò)量噴水導(dǎo)致對(duì)管道彎頭的水擊，增加了低旁旁路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能，提高了電廠適應(yīng)不同負(fù)荷變化能力。

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