单台100%容量给水泵组小机汽源切换研究
2018-01-19朱太春张伟
朱太春，张伟
(神华国华永州发电有限责任公司，湖南永州425000)
单台100%汽动给水泵组在机组调试、运行过程中，如出现小汽轮机汽源切换不及时，或汽源切换过程中不平稳，将造成给水流量大幅波动，主再热气温也随之波动，不仅造成锅炉氧化皮生成、脱落，还甚至造成机组停机。
1 汽动给水泵组概况
某电厂给水泵汽轮机是东方电气集团东方汽轮机有限公司生产的，型号为G40-1.0；给水泵汽轮机型式为下排汽凝汽式，自带水冷凝汽器运行；额定功率为32.7 MW，给水泵效率为87%，转速为4 849 r/min。内效率为86.32(额定功率时)。给水泵是荏原机械淄博有限公生产的，型号为20×20×21-5stgHDB(主泵)； 600×400 KS(前置泵)。 构成汽动给水泵组方式为给水泵—小汽轮机—变速箱—前置泵〔1〕。
2 小汽轮机汽源设置方式
小汽轮机采用三路汽源作为其工作用汽，启动汽源即辅汽，四抽汽源及冷再汽源〔1〕。
2.1 辅汽汽源
调试阶段由于机组尚未投入正常运行，四抽和冷再汽源均无法投用，小机采用由启动炉供给辅汽联箱的蒸汽作为其启动调试汽源。该汽源压力、温度和流量在调试阶段能够满足小机转速调节需要。为了避免启动炉长时间运行，当冷再压力1 MPa以上时，可以投入冷再供辅汽联箱这路，停止启动炉运行，但在四抽压力达到0.512 MPa时，因尽早将四抽供辅汽联箱这路投入，将冷再供辅汽联箱这路切至热备用状态，避免辅汽联箱压力大幅波动导致给水流量大幅波动。
在正常运行过程中，由于辅汽压力、温度和流量的限制，仅能维持小机最大出力大概在30%。随着机组负荷的升高，锅炉上水量不断增大，汽泵出力逐渐增加，小机汽源要由辅汽切换为四抽供给，以满足机组更高负荷的需要。目前投产的机组中，在启动阶段，都要进行小机辅汽向四抽的汽源切换，切换过程和控制方式也非常成熟。在切换的过程，汽泵流量、转速基本不会有太大的波动，对机组的正常运行不会产生影响。
机组正常运行时，考虑辅汽作为小机的热备用汽源，在负荷低于40%以下，四抽压力低于0.512 MPa时〔2〕，通过冷再将辅汽联箱压力调整至0.512 MPa以上，此时辅汽为小机提供主要汽源，避免小机高低压汽源切换时引起给水流量大幅波动。
2.2 四抽汽源
四抽汽源作为小机正常运行中的主要汽源，在机组启动阶段，当机组负荷逐渐升高时，四抽汽源要取代辅汽汽源，控制小机转速。当机组需要快速上水或主汽压力上升较快造成给水泵上水困难时，小机调门逐渐开大，四抽汽源无法满足转速调节需要，当小机低压调门逐渐开大至80%以上，此时需要高压汽源的补充，以达到调整小机转速的目的。在冷再和四抽汽源切换的过程中，既要保证小机转速尽可能小的波动，又要保证切换后小机转速振荡次数最少，这时高低压调节阀的重叠度要调整好，以尽快恢复转速稳定状态，这样才能保证机组正常的给水流量调节，保证机组异常工况需要。
2.3 冷再汽源
冷再汽源作为机组运行过程中的低负荷、高负荷汽源，和事故情况下的备用汽源，机组负荷过低或过高时四抽压力过低，无法满足小机用汽需要，需要将汽源切换至冷再供给；事故情况下，四抽汽源失去，需要备用汽源为小机供汽，保证汽泵正常运行，为锅炉提供足够的上水流量。
3 汽源切换过程中存在的问题
1)某厂1 000 MW超超临界机组，给水系统配置单台100%汽泵给水泵组，在机组升负荷过程中，汽源切换过程中导致给水流量低，锅炉MFT。
在进行汽源切换过程中曾出现的问题:小机汽源快速失去时，小机高、低压调门响应速度慢，转速由3 500 rpm下降至457 rpm，汽泵完全失去出力，导致锅炉上水流量低保护动作。随着高调门开启，转速上升过快，从457 rpm上升至4 615 rpm，超调幅度较大，转速上升之后波动幅度较大，且经过多次振荡衰减才逐渐恢复稳定。高压调节阀跟踪滞后，导致转速迅速下降。长期低负荷运行，高压调门会出现现象，导致需要动作时而无法正常动作，或者出现突开突关现象。
2)某厂1 000 MW超超临界机组，给水系统配置单台100%汽泵给水泵组，机组负荷在250 MW减负至停机过程中辅汽联箱压力由0.71 Mpa降至0.39 Mpa，汽源切换不及时，导致锅炉上水流量低，锅炉MFT。
小机汽源由本机冷段供给，小机在250 MW减负至停机过程中辅汽联箱压力由0.71 Mpa降至0.39 Mpa小机调阀由59%至全开，小机汽源不足导致转速指令与实际值偏差超过500 rpm，“小机升速失败”导致小机跳闸。
3)冷段至辅汽调节门DCS显示全开，调门节流严重，且调门线性很差，在冷段压力较低时导致辅汽联箱压力不足。
4 汽源切换方式选择
4.1 汽源切换时的压力选择
汽源切换时，蒸汽压力的选择尤为关键，如果选择不合适，有可能导致小机调门前压力波动或快速降低，从而影响小机转速，使汽泵出力不稳或突然下降。所以，在进行汽源切换的过程中，要注意控制小汽机进汽压力稳定，防止由于进汽压力降低时，小机调门全开，若此时切换至高压汽源，小机调门会因关闭滞后导致转速飞升。切换压力的选择要考虑小机正常运行过程中高、低压汽源与设计值得偏差，根据现场的实际运行情况，通过实验做一定的修正，确定最终的切换压力。
4.2 调门动作特性
通过实验确定调门在开启和关闭过程中的死区，通过热工调整，避开调门的死区，防止出现调门指令与反馈偏差大问题出现，从而影响给水流量自动调节。在小机调节油系统冲洗、调试阶段要保证质量，防止油质不合格导致调门卡涩情况发生，影响实验结果。
4.3 调门重叠度的设置
所谓调门重叠度是指采用喷嘴调节时，多个调节汽阀依次开启，在前一阀门尚未全开时，下一阀便提前开启。当前阀全打开时，下阀提前开启的量成为阀门的重叠度〔3〕。
阀门重叠度有两种表述:行程重叠度和压力重叠度〔4〕。
行程重叠度: ξH＝1－H1/Hmax
式中H1为后阀开始开启时的前阀行程，Hmax为前阀全开行程。
压力重叠度: ξp＝1－P1/Pmax
式中Pmax和P1为后阀开始开启时，前阀的前、后压力。
调门重叠度的设置可以根据图1通过作图法初步确定调门重叠度的范围，再通过试验确定最佳调门重叠度。最佳重叠度既要保证小机转速的平稳，又要保证小机汽源的节流损失控制在最小。
图1 阀门联合流量特性
重叠度如太小，甚至为负值时，意味着油动机升程在某段范围内不起调节作用，称为空行程，当负荷停留于该工况点时，将导致油动机的晃动；另一方面油动机总升程相应增大，由此而造成速度变动率增大。
重叠度如太大，则意味着在该负荷段存在着两只调门同时节流的现象，一方面节流损失增大；另一方面过大的重叠度造成油动机在较小的行程范围内，对应于较大的负荷变化，也就是说局部速度变动率将很小，这必然会引起负荷的自发漂移，而无法稳定运行。
4.4 逻辑条件的优化
小机汽源切换的逻辑判断条件不能单纯的取一个判断条件，这样容易造成误判断，要从几方面考虑，将机组负荷、汽源压力、小机主汽门前压力等都作为切换的判断条件，保证切换动作准确性。
5 结论
在进行小机汽源切换时要考虑很多因素，在小机调试阶段要做好相关数据统计及存档，并对各种指标进行分析，不断优化，保证汽源切换过程的稳定，从而保证汽动给水泵组的长期安全稳定运行。
〔1〕东方电气集团东方汽轮机有限公司.神华国华永州发电有限责任公司一期工程给水泵汽轮机技术协议〔Z〕.2014.
〔2〕哈尔滨汽轮机厂有限责任公司.神华国华永州发电有限责任公司一期工程汽轮机设备技术协议 〔Z〕.2013.
〔3〕鲁叶茂，曹涛.汽轮机调门最佳重叠度的确定方法 〔J〕.发电设备，2005，19(6):378-379.
〔4〕田松峰，史志杰，闫丽涛.汽轮机控制系统中阀门重叠度的研究 〔J〕.汽轮机技术，2008，50(6):448-450.
〔5〕徐博，董冠良，贾东鞠.热工自动控制中积分饱和现象对自动调节过程的影响及其解决方法 〔J〕.吉林电力，2008，36(4):5-8.
