防止直流鍋爐給水系統故障造成水冷壁壁溫超限的控制策略

摘 要：直流鍋爐給水系統發生故障，由于給水流量的大幅下降，燃燒系統的慣性，導致水煤比嚴重失調，水冷壁內的工質進入到異常工況，輕則造成部分水冷壁壁溫超限，重則造成水冷壁大面積超溫、爆管，機組非停。文章針根據水冷壁壁溫超限的要因分析，找到給水系統故障時控制策略，從而保障水冷壁及機組的安全運行。

關鍵詞：直流鍋爐；給水系統；水冷壁壁溫

1 概述

華潤電力唐山豐潤有限公司熱電聯產2×350MW超臨界燃煤發電機組，鍋爐為北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產的超臨界變壓直流爐，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、緊身封閉布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。給水系統配置2×50%BMCR的汽動給水泵。水冷壁分為螺旋水冷壁和垂直水冷壁兩個部分，分別裝設94個壁溫測點。

2 水冷壁壁溫升高的必然性

直流鍋爐通過給水泵的壓力一次性的通過各受熱面而變成過熱蒸汽，工作原理如圖1所示。

在直流鍋爐蒸發受熱面中，由于工質的流動不是依靠汽水密度差來推動，而是通過給水泵壓頭來實現，工質一次通過各受熱面，蒸發量D等于給水量G，直流鍋爐的循環倍率K=G/D=1。直流鍋爐運行期間，工質在受熱面內流動過程是沒有明顯的、固定的，預熱、蒸發、過熱分界點，所以，在工況變化時，各受熱面長度會發生變化。

對于超臨界壓力以上壓力運行的超臨界鍋爐水冷壁，工質溫度沒有對應壓力下飽和溫度的限制，水冷壁中工質的溫度隨著吸熱量的增加不斷上升，管壁內工質的溫度是變化的，它與熱負荷和工質流量有關，熱負荷越大，工質流量越小的爐管內工質的溫度越高。直流鍋爐水冷壁工質一次通過所有受熱面，也就是說，工質必然要經過所謂“蒸干”傳熱惡化的過程，此時，管內對流換熱系數大大下降，相同負荷下，由于熱負荷造成的管壁溫度增量大大上升。針對水冷壁壁溫升高的這種必然，我們的控制策略是：減少下輻射區域水冷壁受熱面的單位吸熱量，其中，關鍵是控制工質在水冷壁下輻射區出口的溫度低于該工作壓力對應的擬臨界溫度，也就是說，使工質的“蒸干“點不發生在熱負荷最強的燃燒區域。這樣，我們就有效的避免了水冷壁管壁溫度超限的發生。

3 對于給水泵、小汽輪機或前置泵跳閘造成的RB動作正常壁溫控制策略

3.1 我廠RB邏輯

在機組協調控制方式下，機組兩臺給水泵運行，如果出現單臺給水泵跳閘，同時，機組負荷大于170MW的情況下，鍋爐主控強制手動，輸出快速下降到運行輔機所能承受的最大出力。這時機爐協調控制方式自動退出，控制系統自動轉為汽機跟蹤運行方式。RB發生后不需要運行人員手動進行干涉。

3.2 案例分享

3.2.1 單臺小機跳閘后，RB處理失敗案例

事故前機組運行情況：#1機組負荷268MW，主再汽溫度557/555℃，主汽壓力21.84MPa，主汽流量753T/h，給水流量809t/h，4臺制粉系統運行，總煤量117T/H，過熱度14℃，A、B汽泵運行；6：51發現1B小機主泵前軸承振動大，Y：65μm，X：54μm，6：54 1B小機主泵前軸承振動大跳閘；RB動作，自動降負荷至175MW，7：09鍋爐垂直水冷壁溫度高跳閘；處理過程：7：00運行人員為了穩定負荷增加煤量，煤量由68噸加至90噸；7：01輔汽壓力低，1A小機調門全開，給水流量最低至339噸，垂直水冷壁溫度開始升高；7：03運行人員開始減少煤量，最低煤量減至66噸，水冷壁壁溫持續升高；7：09垂直水冷壁大面積超溫，鍋爐MFT，其中，垂直水冷壁94個壁溫測點全部超過保護動作值540℃，最高值達到585℃，超出保護定值45℃。

3.2.2 單臺小機跳閘后，RB處理成功案例

事故前機組運行情況：#2機組有功263MW，主汽壓力23.16MPa，主汽流量896t/h，鍋爐給水流量905t/h，主再汽溫度560/565℃，總煤量110t/h，三臺制粉系統運行，A、B汽動給水泵運行，機組運行穩定。00：33發現#2機組給水流量下降，RB動作，檢查A給水泵跳閘，檢查RB動作正常；#2機組RB動作后，煤量自動減至69t/h，控制系統自動切為TF，負荷最低降至165MW，主汽壓力最低降至16.77MPa，給水流量最低降至547t/h；綜合閥位最低至65.76%，過熱度最高升至25℃，主再汽溫最高升至563/574℃，水冷壁壁溫均正常，其中垂直水冷壁測點6壁溫度最高為446℃。

3.3 控制策略

對于給水泵、小汽輪機或前置泵跳閘而導致的給水系統故障，機組觸發RB以后，首先不要人為干預，盡量依靠邏輯調整，同時檢查以下邏輯動作正確：

（1）機組協調模式切為機跟隨模式，自動切為滑壓運行。

（2）負荷指令目標值降至50%，功率開始下降。

（3）磨煤機保留臺數正確，磨跳閘時間間隔為10秒。

（4）燃料自動閉鎖增，燃料量逐漸下降。

（5）汽機閥位指令閉鎖增，調門開度逐漸關閉。

RB動作過程中，如因自動調節系統性能不好，導致風量、負壓、汽溫、中間點溫度、水冷壁溫度、給水流量等帶保護的重要參數失去控制，發生大幅變化，應立即解除相應調節系統的自動，進行手動調整。當水煤比、過熱度調整穩定后，根據給水泵出力再進一步調節機組負荷。

4 對于單臺給水泵出力下降等故障不具備RB動作、給水系統轉機跳閘RB拒動，壁溫控制策略

4.1 單臺給水泵出力下降，處理成功案例分享

事故前機組運行情況：#1機組有功270MW，主汽壓力23.1MPa；主汽流量866t/h，鍋爐給水流量927t/h，主/再汽溫度563/566℃，總煤量142t/h，A、B、C、D四臺磨煤機運行，A、B汽動給水泵運行，機組運行穩定。21：15發現#1機組給水流量下降，1A給水泵小機入汽調門由70%降減至25%，鍋爐主給水流量由927t/h降至449t/h，1A給水泵給水流量由460t/h減至144t/h（實際出力為0）。立即解除AGC，急停1D磨煤機，減煤量至70t/h，投入B1，B3油槍穩燃，調整鍋爐燃燒正常；全開冷再至輔汽調門，開啟1/2機輔汽聯絡門，提高小機進汽壓力；隨著主汽壓力的下降逐漸關小調門，負荷最低降至136MW，主汽壓力最低降至18.3MPa，綜合閥位最低至52.1%，過熱度最高升至44℃，主/再汽溫最高升至578/567℃，垂直水冷壁壁溫測點6、7、8、53、54、55超過500℃，其中垂直水冷壁測點8壁溫度最高為527℃，低于保護動作值13℃；23：20故障原因查清，逐漸回復機組負荷。

4.2 針對單臺給水泵出力下降等故障的控制策略

當單臺給水泵出力下降，另一臺給水泵出力有裕度的情況下，下降的出力必然由令一臺給水泵承擔，此時的水煤比、過熱度不會有大的波動。該種情況下，我們需要盡量維持兩臺給水泵的出力平衡，同時檢查給水泵出力下降原因，針對不同的原因，采取進一步針對性的措施，這里不進行闡述。

對于給水流量大幅下降，給水在水冷壁內的相變點大幅波動，加之故障發生時，給水流量的下降是非常快速的，而鍋爐的燃燒系統是帶有延時性的，也就是說，對于故障后的水冷壁管壁熱負荷水平是升高的。所以，為防止水冷壁壁溫升高時我們應采取的措施：

4.2.1 增大給水流量方面

（1）立即將協調模式切為基本方式，汽機通過主汽調門控制主汽壓力，要保證主蒸汽壓力穩定下滑至17.5MPa，根據水冷壁壁溫及過熱度上升情況，可適當降低主汽壓力至15至17.5MPa，減小給水系統阻力，可提高給水流量。保證鍋爐給水量，嚴禁在機組降負荷過程中出現主蒸汽壓力上升。

（2）立即手動開大冷再至輔汽調節門，提高輔汽壓力（禁止壓力超限，輔汽聯箱安全閥動作）或者根據臨機負荷情況，開大臨機至本機的輔汽供氣聯絡門，進而，提高給水泵出力。同時，加強正常運行汽動給水泵各項參數的監視。

4.2.2 減少燃料方面

快速減少鍋爐燃料至事故前50%或急停上層磨煤機至三臺運行（注意：該工況下，雖然協調方式已切為基本方式，但爐主控仍然保持在故障工況前的燃料量，此時，即使緊急停運上層磨煤機，總煤量也不會下降，需要手動降低燃料指令），降低總燃料量，恢復水煤比正常（7.0～7.5），控制過熱度正常（5～30℃），防止水冷壁超溫。調整過程中盡量維持給水流量的穩定，通過改變燃料量來改變水煤比，控制過熱度。尤其是，水冷壁壁溫上升時，降燃料量低于50%燃料量5T/h左右，維持稍高的水煤比，當汽溫、水冷壁壁溫穩定，并有下降趨勢時，恢復至正常的水煤比。

5 結束語

超臨界直流鍋爐的給水系統經常會有小的異常發生，而給水系統發生異常后，如何保證水冷壁壁溫的不超溫、不超限是運行人員的事故處理中的關鍵控制參數。文章把水冷壁壁溫升高的根本原因結合到日常的事故處理中，為運行人員在給水系統故障情況下的壁溫控制提供了依據，從而保證了機組的安全運行。

參考文獻

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[3]華潤電力唐山豐潤有限公司企業標準.Q/CRPTSFR-FP-104.001-2

014 350MW機組集控運行規程[S].

作者簡介：王志強（1982，04-），男，遼寧省朝陽市，沈陽工程學院熱能與動力工程專業，工程師，現任華潤唐山豐潤熱電有限公司發電部值長。