李捍華，鄭衛(wèi)東，梁海騰，邵帥

（華能玉環(huán)發(fā)電廠，浙江玉環(huán)317604）

1 000 MW火電機(jī)組外置蒸汽冷卻器及控制保護(hù)邏輯

李捍華，鄭衛(wèi)東，梁海騰，邵帥

（華能玉環(huán)發(fā)電廠，浙江玉環(huán)317604）

1 000 MW超超臨界火電機(jī)組3號(hào)抽氣蒸汽過(guò)熱度相對(duì)較高，通過(guò)在回?zé)嵯到y(tǒng)增加外置蒸汽冷卻器是提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的有效方法。華能玉環(huán)發(fā)電廠1 000 MW超超臨界機(jī)組采用了一種新型加熱疏水型外置蒸汽冷卻器設(shè)置方式，工作參數(shù)較低，水側(cè)設(shè)計(jì)壓力僅9.5 MPa。討論了液位控制和保護(hù)邏輯的配合應(yīng)用，這一設(shè)置方式投資回收期短，具有更好的運(yùn)行特性。

超超臨界；外置蒸汽冷卻器；加熱疏水型

隨著對(duì)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)性的要求不斷提高，大型機(jī)組高壓加熱器蒸汽冷卻器正呈現(xiàn)由內(nèi)置向外置發(fā)展的趨勢(shì)。使用外置式蒸汽冷卻器是充分利用抽汽過(guò)熱度、提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的有效手段。

對(duì)于一次再熱超超臨界機(jī)組，比較成熟的技術(shù)是對(duì)3號(hào)高壓加熱器設(shè)外置式的蒸汽冷卻器，3號(hào)抽汽來(lái)自再熱后汽輪機(jī)中壓缸的第一級(jí)抽汽，溫度較高。華能玉環(huán)發(fā)電廠1 000 MW機(jī)組額定工況下三抽蒸汽溫度465℃，而該抽汽壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度較低，僅216℃，蒸汽過(guò)熱度約250℃。低負(fù)荷過(guò)熱度更高，對(duì)應(yīng)的回?zé)峒訜崞鲹Q熱溫差增大，溫差換熱引起的不可逆損失增加。華能玉環(huán)發(fā)電廠機(jī)組三抽蒸汽冷卻器采用內(nèi)置方式，如果將這些高品質(zhì)的熱量利用于較高能位上，則可提高回?zé)嵯到y(tǒng)的效率。

1 常用的外置蒸汽冷卻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前主流外置蒸汽冷卻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為串聯(lián)式和并聯(lián)式。這2種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都是充分利用3號(hào)抽氣的過(guò)熱度，提高回?zé)嵯到y(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

超超臨界機(jī)組高壓給水額定運(yùn)行壓力一般在30MPa以上，設(shè)備和給水管系設(shè)計(jì)壓力在38MPa以上，由于被加熱介質(zhì)為高壓給水，所以設(shè)備制造難度增大、造價(jià)和運(yùn)行安全控制要求提高。

1.1 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)

（1）串聯(lián)式全容量結(jié)構(gòu)：將蒸汽冷卻器放置于1號(hào)高壓加熱器出口，與1號(hào)高壓加熱器串聯(lián)，加熱介質(zhì)為3號(hào)抽氣，被加熱介質(zhì)為100%給水，如圖1所示。

（2）串聯(lián)式部分容量結(jié)構(gòu)：與全容量結(jié)構(gòu)不同的是，增設(shè)旁路門，這樣被加熱介質(zhì)為部分給水，如圖2所示。

外置蒸汽冷卻器串聯(lián)設(shè)置的形式，三抽蒸汽過(guò)熱度跨越3個(gè)抽汽能級(jí)，利用較高能位加熱給水，提高了給水的終溫，能有效降低熱耗，提高熱力循環(huán)效率。但是，由于設(shè)置外置蒸汽冷卻器后進(jìn)入3號(hào)高壓加熱器的蒸汽品質(zhì)降低，三抽蒸汽量會(huì)增大，這樣機(jī)組出力會(huì)降低，特別是夏季時(shí)，會(huì)對(duì)機(jī)組負(fù)荷帶來(lái)一定影響。

圖1 串聯(lián)式全容量結(jié)構(gòu)

圖2 串聯(lián)式部分容量結(jié)構(gòu)

1.2 并聯(lián)式結(jié)構(gòu)

并聯(lián)式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：將外置蒸汽冷卻器與1號(hào)高壓加熱器并聯(lián)，加熱介質(zhì)為3號(hào)抽氣，被加熱介質(zhì)為部分給水，如圖3所示。

圖3 并聯(lián)式結(jié)構(gòu)

外置蒸汽冷卻器并聯(lián)設(shè)置的形式，三抽蒸汽過(guò)熱度跨越2個(gè)抽汽能級(jí)，與1號(hào)高壓加熱器并聯(lián)加熱給水，利用較高能位，排擠了更高品質(zhì)的一抽蒸汽，能有效降低熱耗，同時(shí)被排擠的一抽蒸汽具有更高做功能力，增加了機(jī)組出力裕量。

2 新型外置蒸汽冷卻器的設(shè)置方式

華能玉環(huán)電廠采用了一種新型的外置蒸汽冷卻器設(shè)置方式，利用高過(guò)熱度抽汽加熱末級(jí)加熱器疏水，如圖4所示，目的在于通過(guò)采用壓力相對(duì)低的新系統(tǒng)，在提高熱力系統(tǒng)效率的同時(shí)，降低設(shè)備制造、造價(jià)和運(yùn)行安全控制難度，擴(kuò)大節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用范圍。

圖4 外置蒸冷器設(shè)置方式

系統(tǒng)流程如下：3號(hào)抽蒸氣通過(guò)蒸汽管系，先進(jìn)入外置蒸汽冷卻器，加熱1號(hào)高壓加熱器的疏水。高過(guò)熱度蒸汽被冷卻后成為低過(guò)熱度的蒸汽，再進(jìn)入3號(hào)高壓加熱器。1號(hào)高壓加熱器的疏水進(jìn)入外置蒸汽冷卻器，被加熱汽化后，產(chǎn)生的蒸汽引回1號(hào)高壓加熱器加熱器，加熱給水。與外置蒸汽冷卻器并聯(lián)設(shè)置的形式相比，新系統(tǒng)壓力相對(duì)低，設(shè)備和管系等的造價(jià)低，安全性高，控制難度降低。

外置蒸汽冷卻器結(jié)構(gòu)為管板+U型換熱管。這種外置蒸汽冷卻器與傳統(tǒng)蒸汽冷卻器、高壓加熱器介質(zhì)流程大為不同。傳統(tǒng)加熱器殼程為加熱蒸汽，管程為被加熱給水；而這種外置蒸汽冷卻器殼程為被加熱疏水，管程為加熱蒸汽。

外置蒸汽冷卻器布置在汽機(jī)車間0m層、凝汽器與鍋爐之間，1號(hào)高壓加熱器布置在汽機(jī)車間17m平臺(tái)，由于被加熱介質(zhì)為1號(hào)高壓加熱器正常疏水，1號(hào)抽蒸汽額定工作壓力為9.23 MPa，遠(yuǎn)低于給水壓力36.5 MPa，且與1號(hào)高壓加熱器存在近17m高度差，所以安全系數(shù)較高。

外置蒸汽冷卻器正常工作液位為高于殼體中心線350mm，低液位跳閘值為高于殼體中心線275 mm，高液位跳閘值為高于殼體中心線500 mm。邏輯定義基準(zhǔn)零位為正常工作液位，則液位高跳閘值為+150mm、液位低跳閘值為-75mm。

3 新型外置蒸汽冷卻器的控制方案

3.1 閥門設(shè)備

在1A/1B號(hào)高壓加熱器危機(jī)疏水0m層管道上，危機(jī)疏水前隔絕門前各安裝1個(gè)三通，各安裝1臺(tái)FISHER氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，采用FISHER DVC6200單通道定位器，帶失氣、電、信號(hào)保位功能，聯(lián)合控制外置蒸汽冷卻器液位，2路疏水合并后進(jìn)入外置蒸汽冷卻器。外置蒸汽冷卻器產(chǎn)生的飽和蒸汽分流后，經(jīng)17m層1A/1B高壓加熱器入口三通回到1A/1B高壓加熱器。閥門布局如圖5所示。

圖5 閥門布局示意

3.2 液位控制

液位控制采用單PID、變參數(shù)方式。1A/1B疏水調(diào)節(jié)閥均處于自動(dòng)狀態(tài)下，采用一套參數(shù)；當(dāng)1A/1B疏水調(diào)門閥任意一個(gè)為手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，采用另一套參數(shù)；當(dāng)液位測(cè)量系統(tǒng)異常情況下，自動(dòng)將1A/1B疏水調(diào)節(jié)閥切手動(dòng)狀態(tài)，并報(bào)警提示。實(shí)際調(diào)試期間測(cè)試1A/1B疏水調(diào)閥偏差很少，所以未設(shè)置運(yùn)行人員調(diào)節(jié)偏差功能，控制邏輯見(jiàn)圖6。

圖6 玉環(huán)電廠外置蒸冷器液位控制邏輯

液位監(jiān)測(cè)采用3組差壓變送器送信號(hào)至保護(hù)、調(diào)節(jié)和顯示的方式。原設(shè)計(jì)液位測(cè)量為全尺寸測(cè)量裝置，采用ROUSMOUNT差壓變送器，正負(fù)壓側(cè)冷凝筒間距與外置蒸汽冷卻器內(nèi)壁尺寸相同，達(dá)到1 600mm，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 變送器信號(hào)與液位關(guān)系

由表1可見(jiàn)，液位變送器實(shí)際只能在7~9.25 mA之間運(yùn)行，最大工作范圍僅為允許測(cè)量范圍14.06%，安全系數(shù)較低。所以將全尺寸測(cè)量裝置優(yōu)化為局部測(cè)量裝置，實(shí)際測(cè)量范圍取液位高、低跳閘值+/-60mm，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 優(yōu)化后變送器信號(hào)與液位關(guān)系

這樣優(yōu)化后，液位變送器測(cè)量范圍擴(kuò)大到10.44mA，最大工作范圍擴(kuò)大到允許測(cè)量范圍的65.25%，測(cè)量精度與可靠性大幅提高。在檢修期間再單獨(dú)加裝一個(gè)遠(yuǎn)傳全尺寸測(cè)量裝置。

3.3 保護(hù)邏輯

外置蒸汽冷卻器跳閘邏輯比較簡(jiǎn)單，僅包含汽機(jī)跳閘、手動(dòng)跳閘、液位跳閘、1號(hào)或3號(hào)抽氣斷流條件，見(jiàn)圖7。

圖7 跳閘邏輯

外置蒸汽冷卻器跳閘保護(hù)動(dòng)作后，立即將外置蒸汽冷卻器退出運(yùn)行，隔離外置蒸汽冷卻器水側(cè)所有閥門，開(kāi)啟3號(hào)抽汽旁路閥，待旁路閥完全開(kāi)啟后，關(guān)閉3號(hào)抽汽至外置蒸汽冷卻器進(jìn)出口閥門，防止3號(hào)抽汽斷流。

但在實(shí)際中由于旁路閥采用電動(dòng)閥，且該管道為Φ336mm管道，所以旁路閥動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，近5min，在這段時(shí)間內(nèi)如果1A與1B回汽閥關(guān)閉情況下，3號(hào)抽汽會(huì)繼續(xù)對(duì)外置蒸汽冷卻器內(nèi)疏水進(jìn)行加熱，但此時(shí)產(chǎn)生蒸汽無(wú)法排泄，最終可能導(dǎo)致系統(tǒng)超壓。后進(jìn)行分析，當(dāng)跳閘保護(hù)動(dòng)作后，1A與1B高加來(lái)疏水已經(jīng)被隔離，0m層的外置蒸汽冷卻器內(nèi)疏水要沿Φ336 mm管道上升到17 m平臺(tái)的1號(hào)高加進(jìn)氣管道，可能性非常小，所以對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，取消1A與1B回汽閥的聯(lián)鎖動(dòng)作。跳閘動(dòng)作次序見(jiàn)表3。

表3 跳閘動(dòng)作次序

外置蒸汽冷卻器自2015年1月投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行一直比較穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

增設(shè)外置蒸汽冷卻器能有效利用三抽蒸汽的過(guò)熱度，減少熱耗值，使機(jī)組保持高效運(yùn)行。對(duì)于華能玉環(huán)發(fā)電廠采用的新型加熱疏水型外置蒸汽冷卻器布局結(jié)構(gòu)，由于其運(yùn)行、設(shè)計(jì)壓力相對(duì)較低，設(shè)備、管系投資低，靜態(tài)投資回收期快，工程技改投資回收期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著，同時(shí)由于運(yùn)行、設(shè)計(jì)壓力低，具有更好的運(yùn)行可控性、安全性。

[1]鄭衛(wèi)東，孫長(zhǎng)生，傅望安，等.1 000 MW機(jī)組高加水位測(cè)量偏差分析與處理[J].電力建設(shè),2011,32（6）∶90-93.

（本文編輯：陸瑩）

External Steam Cooler of 1 000 MW Thermal Power Units and Its Control and Protection Logic

LIHanhua，ZHENGWeidong，LIANG Haiteng，SHAO Shuai
（Huaneng Yuhuan Power Plant，Yuhuan Zhejiang 317604，China）

Aiming at high superheat of No.3 extraction steam of 1 000 MW ultra-supercritical thermal units, the paper suggests equipping external steam cooler on regenerative system to improve system economy.A new settingmode for external steam cooler with water heating and drainage is adopted in Huaneng Yuhuan Power Plant，which is characterized by smaller operation parameter and its design pressure atwater side is 9.5 MPa. The paper discusses collaborative application of level control and protection logic,which owns shorter investment payback period and better operating performance.

ultra-supercritical；external steam cooler；heating and drainage type

TK223.3+.7

B

1007-1881（2016）01-0046-04

2015-06-30

李捍華（1973），男，工程師，從事發(fā)電廠熱工檢修工作。