肖江飛

(中國能源建設(shè)集團(tuán)華北電力試驗研究院有限公司， 天津 300171)

目前，我國火電機組以高參數(shù)、大容量、污染物低排放甚至近零排放等為發(fā)展目標(biāo)，火電去產(chǎn)能也在進(jìn)行中。配合能源轉(zhuǎn)型及能源安全的需要，基于“上大壓小”、“煤電一體化”的考慮，一批600 MW、1 000 MW等級超(超)臨界火電機組也在逐步規(guī)劃建設(shè)中。超臨界火電機組熱效率高、煤耗低，相比亞臨界火電機組更加節(jié)能、環(huán)保，在火電領(lǐng)域占有重要地位，是我國新增火電機組的首要選擇。

超臨界機組直流鍋爐沒有汽包，干態(tài)運行時工質(zhì)在各受熱面間的流動完全依靠給水泵，工質(zhì)經(jīng)過各受熱面吸熱后，產(chǎn)生滿足機組參數(shù)要求的過熱蒸汽[1-2]。通常通過調(diào)整控制分離器出口過熱度(中間點過熱度)維持上游水冷壁及后續(xù)過熱器的壁面不超溫且保持蒸汽參數(shù)平穩(wěn)，而中間點過熱度又會受到水冷壁內(nèi)汽水分界點及工質(zhì)流量、爐內(nèi)熱量等因素的影響。中間點過熱度過低，說明汽化點靠后，水煤比過高；中間點過熱度過高，說明汽化點靠前，水煤比偏低。因此，為保持超臨界機組鍋爐運行平穩(wěn)及蒸汽參數(shù)合理，要保持合適的水煤比。當(dāng)機組在較高負(fù)荷運行時，單臺汽動給水泵會出力驟減甚至跳閘，由于主蒸汽壓力維持在較高水平，給水壓力不足，水煤比會驟然下降，汽化點大幅度前移，中間點過熱度迅速上升，受熱面大面積超溫，導(dǎo)致機組因壁溫、汽溫超限或給水流量低越限等原因跳閘[3-5]。

筆者以某350 MW超臨界火電機組在中高負(fù)荷運行時，單臺汽動給水泵跳閘前后的參數(shù)變化及處理過程為例，分析單臺汽動給水泵跳閘后的處理方式及注意點。

1 機組概況

1.1 鍋爐

該機組鍋爐型號為SG-1172/25.4-M4428，鍋爐為四角切圓布置、超臨界參數(shù)變壓運行、螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、尾部煙氣擋板調(diào)溫、半露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)Π形鍋爐。設(shè)計燃用煙煤，采用5臺中速磨煤機正壓直吹制粉系統(tǒng)。鍋爐燃燒系統(tǒng)采用微油點火(布置在A層)，并配有3層常規(guī)主油槍(分別布置在輔助風(fēng)AB、BC、DE層)。一次風(fēng)機采用變頻離心風(fēng)機，送風(fēng)機采用動葉可調(diào)軸流風(fēng)機，引風(fēng)機采用雙級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機。爐后尾部拉出布置2臺三分倉容克式空氣預(yù)熱器。過熱器設(shè)兩級噴水減溫器，再熱器設(shè)一級事故噴水減溫器。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況主要技術(shù)參數(shù)見表1(文中蒸汽壓力均為表壓)。

表1 鍋爐BMCR工況下主要參數(shù)

1.2 汽輪機

該機組汽輪機型式為超臨界中間再熱抽汽凝汽式、單軸、一次中間再熱、兩缸兩排汽，采用高中壓合缸、低壓缸雙流的布置方式；型號為C350-24.2/0.4/566/566，額定功率為350 MW，額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。

1.3 給水系統(tǒng)

給水系統(tǒng)設(shè)置2臺50%BMCR容量的汽動給水泵(運行用)，每臺汽動給水泵設(shè)置1臺前置泵；同時，機組設(shè)置1臺配有液力耦合器的30%BMCR容量電動給水泵(啟動用)。

1.4 機組運行方式

機組主要承擔(dān)基本負(fù)荷，也可用于調(diào)峰。機組能從汽輪機最大連續(xù)功率(TMCR)工況負(fù)荷到與鍋爐最低穩(wěn)定運行相一致的負(fù)荷范圍內(nèi)安全運行，并采用定-滑-定運行方式。機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)承擔(dān)機組負(fù)荷變動時重要的參數(shù)(如主蒸汽的壓力和溫度、給水流量)的調(diào)控，主要控制方式包括基本方式、汽輪機跟隨(TF)控制方式、爐跟隨控制方式、協(xié)調(diào)控制方式。

2 跳閘處理過程

2.1 跳閘前機組狀態(tài)

汽動給水泵跳閘前機組負(fù)荷控制模式為TF控制方式，定壓運行，燃料主控已投自動，輔機故障減負(fù)荷(RB)未投。1臺電動給水泵及1臺汽動給水泵在運行，A、B、C、D磨煤機投入且各磨煤機出力基本相同。汽動給水泵跳閘前鍋爐主要參數(shù)見表2。

表2 給水泵跳閘前鍋爐主要參數(shù)

2.2 跳閘后處理措施

2.2.1 穩(wěn)定給水流量防止鍋爐斷水

在02:42:33，1臺汽動給水泵跳閘，給水流量急劇下降。在02:42:42，鍋爐給水質(zhì)量流量最低降至239 t/h，之后迅速開大電動給水泵勺管，增加電動給水泵出力，調(diào)整給水流量，給水質(zhì)量流量在330～370 t/h波動一段時間后，將給水質(zhì)量流量穩(wěn)定至345 t/h。

2.2.2 防止水煤比嚴(yán)重失調(diào)

在02:42:51，緊急停運D磨煤機；在02:43:00，緊急停運C磨煤機。但停運磨煤機前未解除燃料自動，導(dǎo)致燃料主控將C、D磨煤機減少的煤量轉(zhuǎn)加至A、B磨煤機，并未及時有效減少燃燒率，隨后手動減少A、B磨煤機給煤質(zhì)量流量至55～60 t/h。

2.2.3 維持爐膛負(fù)壓

在02:43:12，爐膛負(fù)壓波動明顯，可達(dá)-1 000 Pa，引風(fēng)機負(fù)壓自動跳出，各煤火檢小幅擺動，從監(jiān)視畫面可見爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定。在02:43:54，迅速投運微油及AB層1號、3號角大油槍助燃，手動調(diào)整爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，隨后從監(jiān)視畫面可見火檢穩(wěn)定，燃燒情況好轉(zhuǎn)。給水質(zhì)量流量、總給煤質(zhì)量流量、爐膛負(fù)壓運行曲線見圖1(數(shù)據(jù)采集日期為2019年6月21日)。由圖1可得：在操作人員停運D磨煤機后，爐膛負(fù)壓有小幅度波動，但尚未等爐膛負(fù)壓恢復(fù)正常就停運C磨煤機，導(dǎo)致爐膛負(fù)壓進(jìn)一步波動，影響燃燒穩(wěn)定性，所幸未觸發(fā)爐膛壓力保護(hù)。

圖1 處理過程中鍋爐主要參數(shù)的變化

2.2.4 穩(wěn)定蒸汽參數(shù)

在鍋爐側(cè)進(jìn)行處理的同時，汽輪機側(cè)在定壓運行模式下緩慢關(guān)小主蒸汽調(diào)節(jié)閥，一方面，防止主蒸汽溫度下降過快對汽輪機產(chǎn)生不利影響；另一方面，降低主蒸汽壓力可減少給水阻力，有利于較快恢復(fù)給水流量。主蒸汽溫度開始下降后，鍋爐側(cè)迅速全關(guān)主蒸汽一、二級減溫水調(diào)節(jié)閥及截止閥，再熱蒸汽溫度有下降趨勢時及時開大再熱煙氣擋板，調(diào)整水煤比并使中間點過熱度至合理范圍。

蒸汽主要參數(shù)的部分歷史運行曲線見圖2(數(shù)據(jù)采集日期為2019年6月21日)。

圖2 處理過程中蒸汽主要參數(shù)的變化

2.3 處理效果分析

在02:59:01，投入空氣預(yù)熱器吹灰器防止可燃物在空氣預(yù)熱器內(nèi)積累。隨后機組逐漸調(diào)整至穩(wěn)定工況：給水質(zhì)量流量為338 t/h，總給煤質(zhì)量流量為52 t/h，微油油槍及AB層對角的2個主油槍投運，主蒸汽壓力為15.84 MPa，主蒸汽溫度為534 ℃，再熱蒸汽溫度為526 ℃，機組負(fù)荷為115.5 MW，中間點過熱度為36.5 K。

汽動給水泵突然跳閘，給水流量及鍋爐蒸發(fā)量迅速下降，主蒸汽溫度小幅上漲；伴隨燃燒率急劇減少，主蒸汽溫度開始下降。受鍋爐蓄熱及水煤比失調(diào)的影響，中間點過熱度在10 min內(nèi)連續(xù)上漲且峰值較高，導(dǎo)致垂直水冷壁后墻壁有2個溫度測點達(dá)到報警值(478 ℃)，未觸發(fā)“分離器出口溫度高(490 ℃)”主保護(hù)。在整個過程中，主蒸汽溫度波動約25 K，再熱蒸汽溫度波動約36 K，爐膛負(fù)壓可波動至-1 079.8 Pa。

3 處理要點

運行中發(fā)生單臺汽動給水泵跳閘，若處理不及時，很容易導(dǎo)致給水流量波動甚至觸發(fā)給水流量低、給水泵全停保護(hù)；鍋爐蓄熱需要經(jīng)過一段時間后釋放，可能會觸發(fā)壁溫超限保護(hù)等[6-8]。由于主蒸汽壓力較高，一旦某臺汽動給水泵跳閘，另一臺汽動給水泵無法維持原有給水流量，若通過開汽輪機主蒸汽調(diào)節(jié)閥迅速降低主蒸汽壓力以維持合適的給水流量，極易造成主蒸汽溫度下降過快，對汽輪機造成不利影響；然而，如果主蒸汽壓力降低過慢，又不易較快恢復(fù)給水流量，所以需要合理控制主蒸汽壓力下降速度。在處理過程中，主蒸汽壓力緩慢從19.5 MPa降至15.84 MPa，并且未導(dǎo)致主蒸汽溫度波動過大。但是，急停上兩層磨煤機的間隔時間過短，對爐膛燃燒造成了較大影響，使?fàn)t膛負(fù)壓忽高忽低，易引起全爐膛滅火；并且停運磨煤機前未解除燃料自動，導(dǎo)致燃燒率不能盡快降低，使水煤比嚴(yán)重失調(diào)、中間點過熱度波動較大，但是尚未造成受熱面大面積超溫。另外，給水泵跳閘后，調(diào)整電動給水泵至其出力極限后，未及時將鍋爐給煤流量調(diào)整至該工況下鍋爐對應(yīng)的給煤量，造成較長時間的水煤比失調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致中間點過熱度后續(xù)上漲較快，最高可達(dá)75.8 K。綜上，在單臺汽動給水泵跳后，應(yīng)注意以下幾點控制要求。

3.1 穩(wěn)定蒸汽參數(shù)

單臺汽動給水泵跳閘后，運行人員需要手動快速增加電動給水泵勺管指令，加強對電動給水泵的監(jiān)視，防止電動給水泵因轉(zhuǎn)速、電流、軸溫等參數(shù)超限發(fā)生跳閘；嚴(yán)密監(jiān)視鍋爐側(cè)主蒸汽壓力與給水泵出口壓力，保持兩者有一定差值，避免由于給水泵無法克服壓差導(dǎo)致鍋爐給水中斷；同時，燃燒率急劇下降將引起主蒸汽壓力下降，手動操作主蒸汽調(diào)節(jié)閥緩慢關(guān)閉使主蒸汽壓力上升。在燃燒率下降及主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度減小的綜合作用下，主蒸汽壓力及機組負(fù)荷穩(wěn)步下降，防止主蒸汽壓力下降過快導(dǎo)致主蒸汽溫度在短時間內(nèi)大幅下降。

3.2 防止水煤比失調(diào)

單臺汽動給水泵跳閘后，由于一定時間內(nèi)水煤比失調(diào)，會導(dǎo)致蒸汽溫度有以下變化：

(1) 給水流量驟降會引起汽水總流量降低，使工質(zhì)汽化點前移；給水流量下降速度大于爐膛內(nèi)燃料量下降速度時，可能引起主蒸汽溫度上升。

(2) 鍋爐快速減負(fù)荷、燃燒率下降時，會使各段受熱面?zhèn)鳠崃考眲∽兓?，煙氣的流量、溫度都將下降，?dǎo)致對流傳熱面吸熱減少，且低溫過熱器以對流傳熱為主，屏式過熱器以輻射傳熱為主，高溫過熱器兼有輻射和對流傳熱，再熱器以對流傳熱為主，故蒸汽溫度在處理后期會有下降趨勢。

(3) 主蒸汽壓力、機組負(fù)荷的下降速度小于給水流量、燃料量的下降速度，會引起后續(xù)主蒸汽溫度的下降，且調(diào)節(jié)過程中水煤比的變化還會導(dǎo)致蒸汽溫度波動。綜合考慮，主蒸汽和再熱蒸汽的溫度將先升后降，在處理過程中，需要及時增加給水流量、降低鍋爐總?cè)剂狭?、控制水煤比，以保證汽水分離器出口微過熱、蒸汽不超溫。

3.3 穩(wěn)定爐膛燃燒

在處理過程中，需要快速降低燃燒率，為穩(wěn)定燃燒，燃燒器應(yīng)集中投運，避免出現(xiàn)分層，且最底層燃燒器可利用微油穩(wěn)燃，下兩層煤粉燃燒器可只投用一層主油槍即可穩(wěn)燃，停用上層燃燒器還可防止前期蒸汽溫度上漲過高。若要求每套制粉系統(tǒng)平均減負(fù)荷，每臺磨煤機出力平均減少，不僅使燃料量縱向過于分散，尤其是對于穩(wěn)燃能力較低或燒較差煤種的鍋爐，鍋爐內(nèi)燃燒擾動過大；并且單個煤粉噴嘴燃料量驟減，削弱后續(xù)點火能量，會對煤粉燃燒產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致部分制粉系統(tǒng)滅火跳閘，甚至導(dǎo)致全爐膛滅火觸發(fā)鍋爐主保護(hù)跳閘。為穩(wěn)定鍋爐燃燒，停運磨煤機快速降低燃燒率時需要盡量集中保留下層燃燒器。停運磨煤機時需要防止鍋爐給煤量的快速降低導(dǎo)致爐內(nèi)燃燒惡化、燃燒不穩(wěn)、爐膛負(fù)壓波動甚至滅火。調(diào)整過程中還應(yīng)注意鍋爐總風(fēng)量的調(diào)節(jié)，防止總風(fēng)量過大或過小對燃燒產(chǎn)生不利影響，以及應(yīng)將二次風(fēng)箱與爐膛的壓差維持在合適的范圍。

3.4 必要時及時解除燃料自動

在處理過程中，停運磨煤機前未解除燃料自動，導(dǎo)致C、D磨煤機所減煤量短時間增加至A、B磨煤機，造成A、B磨煤機超負(fù)荷運行，極有可能導(dǎo)致磨煤機堵塞，且未能有效盡快減少燃燒率。另外，爐膛負(fù)壓自動切除后需要盡快手動調(diào)整以免觸發(fā)負(fù)壓保護(hù)。

4 結(jié)語

(1) 超臨界直流鍋爐水煤比決定了蒸汽及壁溫等參數(shù)是否在正常區(qū)間、機組能否穩(wěn)定安全經(jīng)濟(jì)運行，在超臨界直流鍋爐運行中，給水流量、燃料量、風(fēng)量及汽輪機調(diào)節(jié)閥開度等參數(shù)的變化都會對蒸汽參數(shù)產(chǎn)生影響。

(2) 機組運行時，當(dāng)單臺汽動給水泵突然跳閘，應(yīng)盡快將機組負(fù)荷穩(wěn)定減少至運行的汽動給水泵最大出力對應(yīng)的機組負(fù)荷，及時調(diào)整水煤比至合理范圍，避免主蒸汽超溫、壁溫超限、給水流量低、運行的汽動給水泵超電流或超溫導(dǎo)致給水泵全停等危險。

(3) 在快速減小鍋爐燃燒率的過程中，應(yīng)密切關(guān)注爐膛負(fù)壓波動，必要時及時投入穩(wěn)燃手段，防止?fàn)t膛滅火及爐膛負(fù)壓保護(hù)動作。

(4) 由于超臨界機組參數(shù)高、容量大，不同機組的特性不同，在遇到類似故障時需要根據(jù)具體情況靈活處理。

筆者對該350 MW超臨界機組單臺汽動給水泵跳閘事件的處理及分析，可為同類型機組類似事故處理提供參考。