馮忠寶，劉一凡，司瑞才，姚瑩瑩

(國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院，長春 130021)

現(xiàn)代鍋爐的特點之一就是蒸汽流量顯著提高，混合容積相對減小，水位變化速度很快，容易造成汽包滿水或者鍋爐燒干。鍋爐汽包水位高度，是確?；痣姀S安全生產(chǎn)和提供優(yōu)質(zhì)蒸汽的重要參數(shù)。汽包水位過低會影響自然循環(huán)的正常進行，嚴重時會使個別上水管壁局部過熱而爆管，因此，鍋爐汽包水位控制非常重要。

1 機組概況

某廠4號機組是哈爾濱汽輪機廠有限責任公司制造的 C350/270-16.7/0.4/537/537型亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸、抽汽凝汽式汽輪機，該機組于2011年1月13日通過168小時試運行并移交生產(chǎn)。為了減少節(jié)流損失，2017年6月，哈爾濱汽輪機廠對4號機組進行了2閥控制改造，改造后綜合閥位在58.5%～67.2%時采用2閥控制方式，綜合閥位在67.2%以上及58.5%以下時執(zhí)行原有順序閥控制方式。

2 問題描述

2018年1月 6日 22:05:00，4號機負荷 245 MW，主蒸汽流量930 t/h，主蒸汽壓力14.7 MPa，給水流量915 t/h。4號爐 A、B、C、D制粉系統(tǒng)運行，A、B、C熱網(wǎng)加熱器運行。

22:07:00，機組一次調(diào)頻動作，綜合閥位指令由92.55%降至91.75%，4號高壓調(diào)節(jié)閥由15%關(guān)至0%，3號高壓調(diào)節(jié)閥由100%關(guān)至45%，壓力開始由14.9 MPa緩慢上升至 15.2 MPa，主蒸汽流量開始出現(xiàn)緩慢下降。

22:09:00，主蒸汽流量最低降至872 t/h，給水流量降至803 t/h，此時主蒸汽壓力逐漸升高，最高升至 16.2 MPa。

22:11:00，由于主蒸汽壓力升高，鍋爐汽包水位開始下降，最低降至－103 mm，A給水泵汽輪機轉(zhuǎn)速由4 811 r/min升至5 051 r/min;B給水泵汽輪機轉(zhuǎn)速同步增加，輔助蒸汽聯(lián)箱壓力未出現(xiàn)幅度較大波動(0.74～0.85 MPa)，10 min 后汽包水位逐漸恢復。

22:13:00，主蒸汽流量恢復至930 t/h。

4號機汽包水位的報警值和跳機值為:低跳機值為－330 mm，高報警值為140 mm，高跳機值為240 mm，事件發(fā)生時汽包水位在－103～+65 mm波動，波動幅度較大，為電廠運行人員的操作帶來了一定的困難，且汽包水位波動存在潛在的跳機風險。

3 事件分析

4號機組帶供熱運行，4段抽汽器帶熱網(wǎng)加熱器，給水泵汽輪機當前工況下的汽源為輔助蒸汽，輔助蒸汽由冷端再熱蒸汽提供。事件后調(diào)取分布式控制系統(tǒng)(DCS)曲線，發(fā)現(xiàn)4號機除1月6號這次汽包水位波動較大外，相同情況于1月8日也發(fā)生過，而這兩次水位波動大的直接原因完全相同，都是在一次調(diào)頻給出指令負荷調(diào)整，4號汽輪機4號高壓調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉瞬間出現(xiàn)的。可以得出結(jié)論:4號汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥門閥位變化后導致主蒸汽流量大幅波動是引起汽包水位大幅波動的直接原因;主蒸汽流量波動后，汽包水位自動調(diào)節(jié)不及時，給水跟蹤品質(zhì)差是汽包水位大幅波動的根本原因。

3.1 主蒸汽流量大幅波動原因分析

4號高壓調(diào)節(jié)閥門流量線性度及3、4號高壓調(diào)節(jié)閥門重疊度參數(shù)的設(shè)置與實際不符，導致機組一次調(diào)頻時容易出現(xiàn)負荷較大波動，且4號調(diào)節(jié)閥門在綜合閥位92%時，閥位從10%開度直接關(guān)閉至0，閥位曲線突變，由于調(diào)節(jié)閥門迅速關(guān)閉，造成主蒸汽門前后壓力短時間內(nèi)變化較大，門前壓力迅速升高，門后壓力迅速降低，而主蒸汽流量是根據(jù)門后調(diào)節(jié)級壓力進行計算。主蒸汽流量的計算公式為:

式中:QM為主蒸汽流量;k為流量系數(shù);P1為調(diào)節(jié)級壓力;T0為額定主蒸汽溫度;T1為當前主蒸汽溫度。

由公式(1)可以看出，k、T0均為定值，而T1變化幅度可以忽略不計，因此當調(diào)節(jié)級壓力P1迅速下降時，造成主蒸汽流量較大幅度下降，進而增加了給水自動調(diào)節(jié)難度。

3.2 汽包水位自動調(diào)節(jié)問題分析

汽包水位自動調(diào)節(jié)不及時可能有2個原因:一個是調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置不合理;另一個是運行方式或者執(zhí)行機構(gòu)存在問題。在排除執(zhí)行機構(gòu)機械原因后，給水泵汽源作為分析的重點。該給水泵汽輪機設(shè)計工況下有2路汽源，四段抽汽和輔助蒸汽供汽，其中輔助蒸汽包括冷端再熱蒸汽和老廠來汽。一般情況下輔助蒸汽是給水泵汽輪機調(diào)試期間汽源，正常運行工況汽源應采用四段抽汽。四段抽汽供汽壓力跟機組負荷成正比，最高壓力低于輔助蒸汽壓力，正常運行壓力為0.4 MPa左右，輔助蒸汽壓力為0.7 MPa左右。4號機組汽包水位波動期間，給水泵汽輪機的汽源為冷端再熱蒸汽，冷端再熱蒸汽通過輔汽聯(lián)箱后進入給水泵汽輪機。本文對于各種汽源供汽時的給水調(diào)節(jié)特性進行了對比分析。

圖1為輔助蒸汽帶給水泵時水位波動情況，圖2為四段抽汽帶給水泵時水位波動情況，兩者均為負荷250 MW帶供熱模式。圖1、圖2比較了在相同負荷工況下，給水泵汽輪機不同汽源供汽，汽包水位波動情況，四段抽汽作為汽源時，給水泵指令與實際轉(zhuǎn)速跟蹤較好，兩條曲線密合度較高。

圖3為210 MW負荷輔助蒸汽帶給水泵水位波動情況，比較圖1、圖3不同負荷、相同汽源下，給水泵汽輪機相同汽源供汽，汽包水位波動情況，在低負荷情況下下，給水泵指令轉(zhuǎn)速跟蹤較好。

圖1、圖4比較了相同負荷工況(250 MW帶供熱模式)，給水泵汽輪機在輔助蒸汽作為給水泵汽源情況下，不同進氣參數(shù)，汽包水位波動情況。圖1為輔助蒸汽壓力0.80 MPa的汽包水位波動情況，圖4為輔助蒸汽壓力0.69 MPa的汽包水位波動情況，可見在蒸汽壓力較低時，給水泵指令轉(zhuǎn)速跟蹤較好。

圖1 250 MW負荷輔助蒸汽為汽源時汽包水位波動情況(蒸汽壓力0.80 MPa)

圖2 250 MW負荷四段抽汽為汽源時汽包水位波動情況

圖3 210 MW輔助蒸汽為汽源時汽包水位波動情況

圖4 250 MW負荷輔助蒸汽為汽源時汽包水位波動情況(蒸汽壓力0.69 MPa)

綜上所述:由四段抽汽作為給水泵汽輪機的汽源，汽包水位穩(wěn)定波動，波動范圍在該廠運行規(guī)程要求范圍之內(nèi);低負荷輔助蒸汽作為給水泵汽輪機的汽源，汽包水位穩(wěn)定波動，波動范圍在該廠運行規(guī)程要求范圍之內(nèi);水位自動調(diào)節(jié)參數(shù)滿足調(diào)節(jié)要求;給水泵汽輪機低壓調(diào)節(jié)汽閥(LPGV)開度在20%以下及35%～45%內(nèi)線性較好，給水泵汽輪機LPGV開度在20%～35%變時閥門線性度差，兩次水位波動期間，給水泵LPGV開度均在20%～35%;機組雖沒有帶滿負荷運行，但由于供熱期間，主蒸汽流量達到930 t/h，接近額定主蒸汽流量，可以看出輔助蒸汽供汽量基本滿足給水泵汽輪機運行要求。

4 改進措施及效果

經(jīng)與廠家聯(lián)系，需要在停機前對4號高壓調(diào)節(jié)閥門進行重新優(yōu)化，因4號機組承擔供熱保民生的任務(wù)，暫時無法提供重新優(yōu)化調(diào)節(jié)閥門的條件，因此經(jīng)協(xié)商在下次停機前對調(diào)節(jié)閥門進行重新優(yōu)化。一般情況下輔助蒸汽聯(lián)箱是供給水泵汽輪機調(diào)試期間汽源，建議4號機正常運行工況采用四段抽汽提供汽源，該廠4號機四段抽汽為熱網(wǎng)加熱器提供汽源，若再作為給水泵汽輪機的汽源，負荷變動時，可能存在四抽起源不足的情況，為運行調(diào)整帶來一定的困難。在無法用四段抽汽帶給水泵汽輪機的情況下，降低輔助蒸汽聯(lián)箱壓力，從而提高給水泵汽輪機進汽調(diào)節(jié)閥門的開度。

根據(jù)給水泵汽輪機進汽設(shè)計曲線以及試驗可知，給水泵汽輪機工作調(diào)節(jié)特性在進汽調(diào)節(jié)閥門開度大于35%的工況下要優(yōu)于閥位在25%的工況。調(diào)整輔助蒸汽聯(lián)箱壓力后，汽包水位波動得到了較大程度的改善，輔助蒸汽聯(lián)箱壓力調(diào)整前后參數(shù)對比情況見表1。

表1 輔助蒸汽聯(lián)箱壓力調(diào)整前后參數(shù)對比

5 結(jié)論及建議

通過以上分析可知，本次水位波動根本原因是帶給水泵汽輪機給水流量跟蹤品質(zhì)差。由于電廠供暖期用汽量等其他因素限制，帶給水泵汽輪機目前采用輔助蒸汽汽源供汽，汽壓偏高，造成帶給水泵汽輪機LPGV低開度運行，轉(zhuǎn)速跟蹤線性差，影響鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)品質(zhì)，導致汽包水位波動偏差較大，影響機組運行安全。本次水位波動的直接原因是主機4號高壓調(diào)節(jié)閥門特性存在閥位突變區(qū)，閥門瞬間落下后，主蒸汽門前后壓力偏差大，調(diào)節(jié)級壓力迅速下降，導致主蒸汽流量瞬間波動較大，客觀加劇了給水自動跟蹤的惡化，加劇汽包水位波動?；谏鲜龇治?，給出以下建議。

a.建議電廠采用四段抽汽汽源作為帶給水泵汽輪機供汽，確保帶給水泵汽輪機進汽壓力、流量穩(wěn)定，提高給水自動調(diào)節(jié)品質(zhì)。

b.在冬季供暖等特殊工況無法使用四段抽汽供汽時，建議電廠降低輔助蒸汽聯(lián)箱壓力，使帶給水泵汽輪機LPGV開度處于35%以上運行，并對輔助蒸汽壓力、溫度加強監(jiān)視，確保供汽量、汽壓穩(wěn)定。若此種方式為長期運行方式，應與設(shè)計院進行供汽管徑核算，確保帶給水泵汽輪機汽源穩(wěn)定可靠。

c.盡快與電調(diào)廠家聯(lián)系，重新優(yōu)化主機4號調(diào)節(jié)閥門線性，消除閥位線性突變區(qū)，防止主蒸汽流量突變，在現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥特性情況下，出現(xiàn)機組綜合閥位低于92%，4號調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉較小的情況下，可適當降低主蒸汽壓力，避開4號高調(diào)閥線性突變區(qū)運行。

d.在運行中嚴密監(jiān)視鍋爐給水流量的變化，保持給水流量與主蒸汽流量平衡，控制汽包水位在合理范圍內(nèi)。當汽包水位超限時，應該監(jiān)視事故放水門自動開啟，否則應立即手動開啟，如果汽包水位繼續(xù)上升，可開啟集中下降管放水閥門，如水位仍不下降，可進行減負荷等方式進行調(diào)整。

e.如果因電氣或汽輪機原因甩負荷時，必須及時根據(jù)電負荷情況控制給水流量，必要時停運部分制粉系統(tǒng)，保持給水流量與主蒸汽流量偏差在正常范圍內(nèi)。機組投停熱網(wǎng)系統(tǒng)時，應緩慢操作進汽電動閥門，防止液位調(diào)節(jié)閥門及熱加進汽閥門開關(guān)過快造成負荷波動，對汽包水位產(chǎn)生影響。