TCA對高壓汽包水位的影響

摘 要：介紹浙江大唐國際紹興江濱熱電有限責任公司TCA系統在不同負荷下對高壓汽包水位影響。

關鍵詞：TCA；高壓汽包；回水調閥；燃機

1概述

紹興江濱燃機項目機組采用日本三菱M701F4燃氣—蒸汽聯合循環發電機組，當#2機組投入AGC運行后，機組的負荷將在300MW至450MW之間運行。隨著負荷的變化，TCA回水至高壓汽包的流量也不斷的在發生調整。特別是機組負荷在300MW運行時，#2機組的高壓汽包水位將發生劇烈的波動。影響了機組的安全可靠運行。

2 TCA回水至高壓汽包的控制邏輯

三菱M701F4機組中，高壓給水經TCA加熱后將回到凝汽器或是高壓汽包，當機組的負荷小于90MW時，高壓給水經TCA后將回到凝汽器。當機組負荷大于90MW后，高壓給水經TCA后將從回凝汽器側切換至高壓汽包側，TCA回水至高壓汽包的控制方法和我們通常使用的控制流量方法有著明顯不同，通常我們控制一段管道流量通過測量調閥前或是閥后的流量然后將流量信號作為反饋信號輸入到控制系統中，數據處理后給調節閥下達調整的指令，調閥不斷的開大或是開小閥門的開度，以保證流量的穩定。然而在三菱控制系統中TCA的流量控制，沒有引入這個流量測點信號，而是通過燃機的負荷得到一個設定流量W，而后利用這個設定流量通過一系列計算修正后得出一個指令如式（1），這個指令在經過位置換算（曲線1）從而下達到就地調閥進行開關：

CV= （1）

式（1）中，CV為調閥開度控制指令，W為給水流量設定，t/h；ΔP為流量調閥前后的差壓，MPa；γ為水密度，t/m3。

3 TCA回水對高壓汽包水位的影響

機組在高負荷穩定運行時（機組負荷大于400MW以上），根據燃機負荷就可以確定W和γ這兩個參數不會發生變化， △P會受到高壓給水調閥開度變化的影響，高壓給水調閥開大或關小會造成△P 變大或變小（機組在高負荷穩定運行下，高壓給水調節閥的會進行微小的調整不會導致給水泵出口壓力大幅的變化），所以 不會出現很大的偏差，所以CV值變化很小，在經過位置換算后TCA回水至高壓汽包的調門開度始終是全開。因而在高負荷穩定運行時TCA回水至高壓汽包的流量變基本不會發生變化，決定高壓汽包水位的變化主要受到高壓給水回路的調節，目前高壓汽包水位三沖量調節沒有投入，僅使用了單沖量調節，在給水調閥投入自動的情況的，利用水位信號作為輸入信號，TCA流量波動小的情況下，剛好起到滿足調節的要求，水位在設定的范圍內波動。

當機組從滿負荷降負荷停機期間，開始階段會出現高壓汽包的水位有緩慢上升的趨勢，主要因為機組在降負荷停機中，由于燃氣蒸汽聯合循環機組降負荷過程中，燃機開始負荷降低的速率較快，余熱鍋爐的壓力降低有一個緩慢的過程。CV只要取決于W、γ和 ， 在燃機負荷下降的初始階段，TCA回水至高壓汽包的流量維持不變，只有當燃機的負荷低于250MW時，TCA回水至高壓汽包的流量才會跟隨負荷的變化而發生變化。又因為在降負荷過程中TCA回水溫度變化小，即γ的數值變化也小，雖然在降負荷階段中 的數值在增大，使CV值減小，但是在經過最終的位置換算后TCA回水至高壓汽包的調閥還在全開位置。所以隨著燃機負荷的降低，煙氣溫度和流量的降低，高壓汽包的壓力逐漸的降低，TCA回高壓汽包的流量逐漸的增加，高壓給水調閥不能快速的進行調整，造成了機組在高負荷往下降的過程中出現高壓汽包的水位逐漸的升高的現象。

當機組負荷降至300MW左右運行時，高壓汽包給水調閥投入自動的情況下，高壓汽包會發生劇烈的波動，主要是因為TCA回水至高壓汽包引起的。根據燃機和汽機的負荷分配比例為2：1，此時的燃機負荷在200MW附近，此時根據公式（1）得到CV的數值在變小，通過位置換算后得到TCA回水至高壓汽包調門的開度將關小到40%-65%之間，以降低TCA回水至高壓汽包的流量，可是此時的實際流量卻是在80t/h-120t/h之間波動要比設定值大很多，造成汽包大量上水，在蒸汽流量較少的情況下，導致汽包水位快速上升，需要手動參與控制。如繼續投入高壓給水自動模式下，由于汽包水位調節屬于單沖量調節，在水位高的情況下，高壓給水會緩慢的往下關閉，在關閉過程中造成給水泵出口壓力，致使TCA入口壓力升高，使此時 增大，引起TCA回水至高壓汽包調閥的關小，使TCA回水的流量減少，在高壓給水調閥關小情況下，汽包的補水量不足，又引起汽包水位下降。這時高壓給水調閥會增大開度，增加上水量，連鎖引起TCA入口壓力下降，導致 減少，使TCA回水至高壓的調閥增大開度，補水流量又大于蒸發量，不停的進行這樣的循環，使汽包水位發生劇烈的波動。分析水位劇烈波動主因是TCA實際流量大于設定值，設定值較小，相對于蒸發量來說，即使TCA回水的設定流量發生波動對高壓汽包水位造成的影響很微弱，基本可以忽略不計，然而現在實際流量卻遠大于設定值，實際流量的波動對高壓汽包的水位會造成較大的波動。造成TCA回水流量實際值遠大于設定值的原因，主要歸咎于前文提到的TCA流量控制方式。這種控制方式需要配合一個高精度防磨損的閥門，然而在機組經過長周期運行后，此閥門在高溫高壓已經由很大的磨損，沒有設計時的調整特性。可以將TCA回水至高壓汽包調閥看成一個文丘里管根據伯努利定理和連續性方程，式（2）、式（3）可推導出流量計算方程式，式（4）：

（2）

（3）

（4）

式（4）中， S2為閥門處截面積， S2為閥前管道面積； 為調閥前后的差壓，γ為流體密度。

通過對比式（1）和式（4）可以看出，隨著TCA回水到高壓汽包調門的磨損，在相同的閥門指令下， S2的面積變大了，調閥的 和γ是一樣的，S1只與管道有關一樣不會發生變化，所以在S2變大的情況的，整個流量通過式（4）可以得知在增大，而在式（1）中卻不能體現出來。最終隨著機組的運行，TCA回水至高壓汽包的流量會越來越偏離設定值。

4 結語

為解決在長期運行后，出現TCA回水導致高壓汽包水位的波動，可以采取兩種措施，一種是重新購買一個新的閥門，但是這個閥門要與之前閥門的特性一致，這樣會造成成本上升。另一種也就是我們現在正使用的方法，修改位置換算參數的數據（如曲線2）和燃機負荷與TCA流量設定值得參數。從而改變閥門的開度。這樣就能使機組在300MW時，TCA回水至高壓汽包流量穩定。最終使汽包水位的穩定運行。

參考文獻：

[1] 毛丹， 諸粵珊. 三菱 M701F 燃氣輪機控制系統特點分析[J] .電氣時代增刊： ABB 杯第三屆全國自動化系統工程師論文大賽論文集.

[2] 王惠民. 流體力學基礎（第3版）[M].清華大學出版社，2013.

[3] 方繼輝，王榮.M701F4燃機TCA異常跳機事故分析[J].能源與節能，2016，（124）：130-131.

作者簡介：

張必湧（1988.10～），男，漢族，福建福州人，浙江大唐國際紹興江濱熱電有限責任公司，助理工程師，本科學歷，研究方向：燃機電廠TCA系統和高壓汽包。