超臨界機組給水RB經驗和應用探討

摘要：本文通過介紹660MW超臨界燃煤機組給水RB試驗的程序和方法，對給水RB試驗前的檢查項目、RB控制策略、燃燒優化調整、給水控制以及試驗重點監視項目等的重點描述，使大家了解給水RB試驗的整個過程，掌握給水RB試驗的方法，避免試驗過程中造成設備的損壞事故的發生，防止經濟利益的損失。

關鍵詞：給水RB試驗；控制策略；燃燒優化；給水控制

汽輪機為上海汽輪機有限公司生產的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機。汽輪機型號：N66025/600/600該汽輪機采用復合變壓運行方式；汽輪機具有八級非調整回熱抽汽。每臺機組配兩臺50%的汽泵，電泵僅是啟動電泵（不是全壓泵），未設有聯啟電泵RB。

1 試驗過程描述

2月17日，靖江電廠#2機組（660MW超超臨界機組），負荷在610MW進行汽泵RB，整個RB過程基本無人干預，極其成功，中間溫度控制在35～53℃（先升后將的趨勢）基本穩定，保證水冷壁受熱面安全；主汽溫度下降僅17℃，；8min后負荷降至目標負350MW（365MW是復位負荷），主汽壓力滑至185MPa；運行給水泵出力僅在1100t/h左右，轉速4700rpm左右，輔機各項參數穩定；爐膛負壓最大波動僅800Pa。

2 RB試驗前檢查項目

1）一次風機、送風機、引風機、制粉系統、汽泵狀態檢查，確認設備運轉正常。2）確認給水自動（且2臺汽泵再循環調閥均投入自動，防止出現悶泵）、燃料主控、爐膛負壓自動、總風量自動、一次風壓自動、各臺給煤機自動、各臺磨風量和風溫自動、二次風箱自動、及CCS協調和焓值校正等爐側所有自動投入。3）確認機組負荷660MW，RB功能已投入；且各項主要參數正常（負荷、汽溫、汽壓、燃煤量、給水流量、過熱度及真空、除氧器、凝汽器水位等）。4）鍋爐各項主保護、磨煤機保護及各臺風機、汽動給水泵所有保護均投入。5）主要輔機參數正常（如風機、磨/給煤機、汽泵），無影響帶負荷出力的重大缺陷。6）風機動葉、出口擋板；磨煤機進出口快關門、冷/熱風調門，及汽泵出口門、高/低壓調門等執行機構無卡澀、動作正常。7）2個50%高旁和25%的啟動旁路、低旁、及高/低旁減溫水均投入自動，且應考驗可靠動作；且爐側各再熱器安全門壓緊裝置均全部拆除；（旁路帶有快開功能；如旁路無快開功能，則旁路不應開啟）。8）機組高負荷或滿負荷運行不少于4小時，鍋爐各處金屬充分吸熱、膨脹，各項參數趨于穩定。9）大屏幕顯示主系統運行畫面和RB主要參數曲線。10）熱工專業完成各項RB的靜態仿真試驗，且實際試驗前對各項RB回路等相關邏輯再次確認檢查。11）廠用直流及UPS電源運行正常，能確保事故照明及安全停機的可靠供電，歷史站、SOE（事故追憶 sequence of emergency）工作正常。12）試驗前進行技術交底、安排好各操作盤及相關人員的工作任務；交代清楚試驗步驟、方法、危險點、調整方法及緊急停機條件。13）清理試驗時無關人員、保持現場秩序，與就地人員通訊可靠。

3 RB試驗過程自動控制策略

過程：在RB投入后，就地按下指定設備事故按鈕，設備跳閘，觸發相關RB。RB觸發后，鍋爐由CCS方式（協調）切換至TF方式（機跟隨），汽機主控調節機前壓力以一定速率（02MPa/min）降壓；磨煤機以10秒間隔跳閘（RB指令觸發后首先無延時跳閘F磨、后延時10S跳閘E磨，并聯鎖關閉跳閘磨相關閥門擋板；保留下四臺磨運行，后通過燃燒主控以一定的速率調節至目標負荷對應煤量）；過熱器、再熱器減溫水調節門和各級電動門立即聯鎖關閉；負荷至360MW，RB指令復位。

4 燃燒優化控制

RB燃料的控制思路是：RB發生后，切除鍋爐主控的自動，鍋爐指令由RB目標值折算的燃料量開環控制，即RB目標值折算的煤量是由RB發生前一時刻的煤量與負荷的比值，乘以RB目標負荷計算出來的，這樣基本可使其帶至目標負荷的對應煤量，同時有效避免煤質變化引起的RB目標煤量的偏差。同時對于保留的磨煤機在跳磨后有煤量閉鎖邏輯。

RB的跳磨由原以上跳閘F、E、B磨，保留A、B、C磨運行改為以跳閘F、A、E磨的順序，保留中間3臺B、C、D磨運行，其因火焰中心的上移，有利于減緩主汽/再熱溫度下降；同時使水冷壁蒸發段相比（第一種方案）退后，對于水冷壁安全運行有所裨益（即防止其超溫）。 還有對于跳閘磨的間隔時間由原來8S，改為10S，時間延長，依據主要是前跳閘2臺磨的汽溫、負壓參數依據，進而保證負壓的可控范圍內，也有利于主汽/再熱汽溫的控制。

其總風量、一次風壓按照其鍋爐指令或煤量指令進行調節，但是在RB期間，需重點注意因磨跳閘造成的一次風壓突升，（期間最高由10.7KPa瞬時升高至12.4KPa，在風機安全運行范圍內），對此部分電廠為防止風機失速，在非一次風機RB過程中，一次風機動葉有超馳關小5%～8%的邏輯。

5 滑壓曲線的關鍵性

在RB過程中，尤其是給水RB，滑壓曲線直接關系到其RB成功，因為在TF方式下的下，主汽壓力設定值直接影響汽輪機調速汽門的開度，一方面影響機組減負荷的速率，而其也密切影響到分離器出口溫度、主汽溫度等參數，如在RB過程中實際主汽壓力下降過快或過低，會使對應鍋爐的蓄熱量快速減少，進而造成主汽溫度下降幅度過大；另一方面直接影響到四抽和冷再的壓力，進而決定運行汽泵是否正常，如在部分電廠RB過程中，為了控制爐側汽溫下降速率，保持較高的主汽壓力，對應大機調門關小，四抽和冷再的壓力減少，進而發生運行汽泵打不上水，造成MFT的事故。

靖江電廠給水RB，滑壓曲線采取與負荷對應曲線，即原目標負荷350MW對應的18.3MPa的主汽壓力，其滑壓速率調整至0.5MPa/min，經試驗證明其基本合理，不僅有利于減緩主汽溫度下降，適當快速關小大機調門；也保證四抽壓力的可靠性，期間四抽壓力維持在0.74MPa左右。

在此強調四抽或冷再壓力的維持，是保證運行汽泵是否正常出力的前提；同時為防止RB過程出現意外，RB試驗時可依靠啟動鍋爐或臨機保證輔助蒸汽母管壓力，一方面汽泵汽源作為備用，同時也是抽封等備用汽源。

6 RB的給水控制和溫度控制

給水控制的主要思路是，RB動作后（一臺汽泵跳閘后），運行汽泵超馳以最大的速率提高轉速15S，后依靠原協調自動曲線設計的水煤比曲線，負荷對應的給水量進行汽泵控制。 同時給水量也采用中間點的溫度修正（中間點溫度上漲時，適當增加給水量；下降則相反）。

前面運行汽泵超馳提高轉速15S，主要是保證因瞬時一臺汽泵跳閘，及其燃料量變化的相應較慢和鍋爐蓄熱的影響，進行的一個預設水煤比瞬時匹配參數，也有利于保證水冷壁受熱面安全。如預設時間過短，可能會使中間點溫度上漲，易造成水冷壁超溫的問題；如預設時間過長，會造成爐內水冷壁受熱面等吸熱量過大，加速主汽/再熱汽溫下降。主要依靠原2磨RB，及其給水RB的特殊性（一臺給水泵跳閘）進行預設置。分離器出口溫度控制是給水RB的重要點之一，動作期間控制合理的煤水比對超臨界直流鍋爐安全運行極為重要，一臺給水泵跳閘，煤水比嚴重失調，容易發生的就是鍋爐水冷壁超溫。在RB動作后，查曲線約3min后，中間點溫度上身至最高點53℃，部分水冷壁管壁出現快速上漲現象，有幾個點超過470℃（該鍋爐水冷壁壁溫報警515℃）。所以中間點溫度和對應的水冷壁壁溫也是其監視要點之一，根據其特性可適當手動干預，如設置在RB動作前或試驗初期，適當設低其中間點溫度定值；待水冷壁參數等穩定進行修改。RB期間，因燃料量的快速減少，爐膛溫度下降、火焰中心下移，及其水冷壁蒸發段（汽化點）前移，爐膛的輻射吸熱量變大，總煙氣量下降等因素，會造成主汽溫度/再熱蒸汽溫度快速下降，（RB主汽溫度和再熱蒸汽溫度超溫的可能性較少）。所以RB動作后出現連鎖關閉過熱器、再熱蒸汽減溫水調門或閉鎖1min左右，后根據各級受熱面溫升情況進行調節的邏輯。 同時保證汽溫下降速率可控與以上所述燃燒/給水的匹配，滑壓曲線和速率等有很大關系。同時需要指出的是：給水RB，中間點溫度適當，過高水冷壁易超溫，過低則影響主汽溫度，期間尤其是后期恢復過程中需要人為干涉，進行匹配（因鍋爐瞬時的蓄熱量難以匹配）。及其后期主汽/再熱溫度上漲時，注意減溫水自動的根據情況，防止出現超溫現象.

7 給水RB過程注意事項

1）RB觸發后，確認跳閘設備出口門聯關，確認另一側風機、汽泵出力相應增加，達到運行要求，同時不超電流。

2）檢查確認減溫水調節門聯關、制粉系統正常跳閘。否則手動關閉，并依次手動緊急停磨。

3）RB動作時注意監視汽輪機的主要參數，如出現主蒸汽溫度突降至10min下降50℃，或振動、軸溫超限應果斷打閘停機。

4）汽泵RB時，應注意保留汽泵的汽源穩定，且調節門開度余量充足；且在快速升高汽泵轉速時，注意監視汽泵振動、軸溫等各項參數；如出現參數異常、且至跳閘值應果斷打閘。對于非汽泵RB，應嚴密監視2臺汽泵的參數（主要時轉速、出口壓力、流量），防止出現搶水或悶泵事故；如期間出現2臺汽泵搶水或悶泵，可立即切汽泵自動進行手動干預或直接打掉不出力的汽泵，快速調節。

5）RB后注意監視鍋爐主蒸汽溫度、再熱汽溫的監視。

6）RB結束后，輔機并列問題。因操作不當發生風機失速、搶風、汽泵搶水等現象，導致一次風壓、二次風量、爐膛負壓、給水流量等參數劇烈波動。因此在并列設備時不可在低負荷長期停留，及時投入相關自動，注意調節時此增彼減，給水泵并列要配合再循環閥的操作。同時輔機并列后，待各項參數穩定，及時投入自動，注意升負荷速率，不可過快，如出現異常，應暫緩升負荷。

7）同時根據超臨界直流鍋爐的特性，在RB動作時，應防止鍋爐受熱面超溫（主要是水冷壁）。

超溫的原因主要有：a）水煤比嚴重失調，給水量降低過多；b）發生汽泵搶水事故；c）直流爐減溫水調閥或總閥超馳關閉時間過長；d）RB后煤量反調；跳閘磨煤機的出入口門未聯鎖關閉。預防措施主要有：a）進行汽泵與汽泵并列運行最大出力試驗，找出并列運行最佳參數；b）直流爐水煤比設定值曲線應在制造廠的基礎上根據當前煤質和實際運行情況修正、優化，中間點溫度自動調節速度應能與降負荷速度相匹配；c）為防止汽溫驟降所做的減溫水調閥超馳關閉應選取適當時間，不應過長；RB觸發并跳磨后應確保總給煤量閉鎖增；d）所有RB試驗跳閘磨應聯鎖關閉出入口快關閘板，保證熱負荷降低速度。

8） 主蒸汽/再熱蒸汽溫度突降。

汽溫驟降原因：a）非給水RB時發生2臺汽泵搶水或悶泵事故。b）直流爐RB水煤比自動控制參數不合適，給水量減少過慢。c）直流爐減溫水調閥或總閥沒有超馳關閉或關閉時機滯后。d）非一次風機RB試驗軸流一次風機失速從停運側跑風，熱一次風壓降低過多。

預控措施：a）進行汽泵與汽泵并列運行最大出力試驗，找出并列運行最佳參數。b）直流爐水煤比設定值曲線應在制造廠的基礎上根據當前煤質和實際運行情況修正、優化，中間點溫度自動調節速度應能與降負荷速度相匹配。c）直流爐RB試驗可增設減溫水調閥的超馳關閉邏輯，避免快速降負荷導致減溫水自動失靈。d）兩級軸流一次風機可設置動葉超馳降低開度指令的邏輯，可設置聯絡風門聯關脈沖指令。

9）爐膛負壓超限。

爐膛負壓超限原因：a）引風機動葉死區大，調節特性不好，自動發散。b）負壓自動調節參數滿足不了劇烈擾動工況下調整要求。c）跳磨間隔時間過短。d）送引風機RB試驗時聯鎖未動作或保留側風機葉片超馳調節過快。e）風機動自動調節回路有指令與反饋偏差超限切除自動邏輯，過早切除自動的應設置合理限值。

預控措施：a）動葉傳動應檢查執行器和機械傳動機構的死區，電動執行機構死區控制在1.5%以內，加上機械傳動機構的曠量，全部死區控制在3%以內。b）爐膛負壓自動應盡早投入，經過充分的擾動試驗優化參數。c）跳磨時間間隔不宜過短，一般在10s左右。d）送引風機RB在送（引）風機跳閘后應同時聯鎖跳閘本側引（送）風機，有超馳增加保留側風機出力邏輯的應注意控制速度不宜過快。e）風機動動葉自動調節回路有指令與反饋偏差超限切除自動邏輯的應設置合理限值，防止無謂切除自動導致試驗失敗。

10）輔機超負荷運行跳閘。

輔機超負荷運行原因：a）保留側輔機未設置調節指令上限。b）保留側輔機自動調節增負荷過快。c）滑壓曲線設置不合適或燃料未及時降至目標值，負荷降低過慢。d）輔機自身有缺陷，帶不了50%額定負荷。

預控措施：a）RB試驗前應根據單側輔機出力試驗結果合理設置試驗輔機調節指令上限，防止超負荷運行。b）保留側輔機調節速度應設置上限，防止過快增加開度指令。c）為保證降負荷速度應合理設置滑壓曲線或采用定壓方式，RB靜態試驗應確保跳磨邏輯的成功性，磨煤機出入口快關閘板在試驗前應確保能正常關閉。

參考文獻：

[1]火力發電建設工程啟動試運及驗收規程[DL/T54372009].

[2]火力發電廠調試技術規范（DL/T 52942013）.

[3]火電發電機組輔機故障減負荷技術規程（DL/T 12132013）.

作者簡介：趙遷（1981），男，工程師，中國能源建設集團華北電力試驗研究院有限公司整套事業部調總、汽輪機技術研究所所長。