超临界火电机组高加跳闸处理方法的探讨

2022-02-08国能太仓发电有限公司

电力设备管理 2022年24期

国能太仓发电有限公司陈树

某发电公司使用2×630MW机组锅炉，该锅炉是一种变压运行超临界直流炉，具备多方面的优势性能，主要包括一次中间再热、单炉膛、国产超临界参数、变压运行、平衡通风、固态排渣。所使用的汽轮机型号为N630-24.2/566/566，具备超临界压力、凝汽器室汽轮机、单轴、一次中间再热、三缸四排汽的特性。在抽汽方式应用方面，汽轮机回热系统具有典型的“三高四低一除氧”特性。该火电机组在过程中，出现一次高负荷高加跳闸事故，事故出现时火电机组的负荷快速上升50MW，虽然未对整个机组运行造成严重影响，但也影响了机组正常运行。

相关人员分析发现，原因是高加危急疏水调门未能有效打开，高加水位高三值问题引发高加解列。所以，在汽包锅炉运行中，虽然高加解列的处理相对较为简单，但直流炉的处理则有较大的难度，若是处理不当，易导致各种故障，包括除氧器水位事故、锅炉汽温超温事故、压力波动事故[1]。如果事态严重，则可能导致机组出现打闸停机和汽轮机水冲击事故。因此，必须加强超临界火电机组高加跳闸的预防性处理工作，做好全过程管理，防患于未然。本文结合当前超临界火电机组高加跳闸处理的一些研究成果，进行更为深层次的分析探究。

1 调整汽机侧给水量的要点

表1为某发电公司抽汽给水参数，从表1可以看出，火电机组高加总抽汽量相对较大，如果按照汽耗率3t/MW进行计算，则一旦出现高加跳闸事故，会导致机组负荷上升的瞬间幅度较大。满负荷运行状态下出现高加跳闸事故时，有功功率的最高上升值可以达到100MW以上，若某段的抽汽量越少，高加跳闸事故后的有功功率上升幅度也会相应越小。

表1 抽汽给水参数

检测后发现，火电机组在运行过程中，锅炉汽水分离器的过热度维持在3～5℃，处于偏低状态。出现高加跳闸事故后，给水温度也会因此急剧降低，机组负荷处于635MW的定值时，由之前的278.5℃降低至186.8℃，下降值达到91.7℃。另外，某发电公司的省煤器容积为98m3，同时因为过热度偏低，所以出现高加跳闸事故时，火电机组省煤器出口温度维持高加跳闸前温度的时间相对较短。

通过计算可以得出，省煤器的热水在全部进入至水冷壁时，需要花费的时间为98/1546.596 =3.8min，也因此得出要促使给水温度降低至除氧器出口的温度，花费时间为3.8min。高加跳闸事故中，解列高加水侧和汽侧可以不考虑高加的水容积，则在短时间内便可促使给水泵出口水温和省煤器进口水温保持相近或一致。机组负荷不同时，省煤器的水容积不发生变化，机组负荷值越低时，给水流量也会越低。也正因如此，高加跳闸事故出现后，无法短时间内让给水温度降低至除氧器出口温度，两者温度要达到相近或一致的时间越长时，运行人员便可以有更多的时间处理高加跳闸事故。

额定工况下出现高加跳闸事故后，发现给水流量在切除前后有较大的变化，前后相差367t/h，即3.8min后发现给水流量被减少367t/h，减少的速率可以达到96.58t/min。经过分析最终决定，在高加跳闸事故出现后，将给水流量的降低速率控制在60t/min，确定这一参数后，在给水温度发生突然性下降之前，便可将水流量降低228t/h，待给水温度突然性下降后，依然可以采用60t/min这一速率，操作时间设定在2.32min，且可以根据现场条件及时调整和修正。除此之外，火电机组的负荷较低时，因为给水温度要降低至除氧器出口温度水平所花费的时间较长，所以可适当降低给水流量降低速率[2]。

2 调整锅炉侧给煤量的要点

某发电公司火电机组处于额定工况下，热耗达到7524kJ/kWh，而在高加切除后，热耗达到7743kJ/kWh。在出现高加跳闸事故后，同样机组负荷的热耗增加量是219kJ/kWh。结合公式：发电煤耗=热耗/（锅炉效率×管道效率×标准煤发热量），可得出增加的煤耗是8.1g/kWh，即219/（93.5%×99%×29307.6）。当火电机组每小时的发电量在63.5×10000kWh时，可以增加的每小时煤量为5.1435t，即8.1×63.5×10000。如果是按照炉煤的发热量5060.55kcal/kg计算，则设计煤种量可以达到7.11t。

另一家发电公司检测结果显示，在高加投运工况下，给水流量可达到1714.84t/h，燃料量可以达到213.49t/h，水煤比达到8.03。而在高加切除工况下，给水流量、燃料量、水煤比的值分别为1490.88t/h、217.59t/h、6.85。在635MW的高加投运工况下，给水流量值为1913t/h，燃料量为258.36t/h，水煤比为7.40，在高加切除工况下，给水流量、燃料量、水煤比分别是1546.595t/h、265.47t/h、5.82。可以看出，经过高加切除处理后，火电机组的运行可以重新恢复至稳定状态，具有一定的规律，即给水流量可以有所减少，燃料量有所增加，水煤比有所降低。

基于此，某发电公司在调整锅炉侧给煤量时，应坚持减少给水流量的数值基准，科学调整额定工况下的给水流量，将367t/h这一降低值作为基数，同时考虑实际负荷占满负荷的比例。结合实际数据来看，在火电机组的负荷值达到450MW，且出现高加解列时，给水流量要适当减少，可设定为260t/h，即450/635×367。同理，火电机组负荷值在450MW且发生高加解列时，给煤量要适当增加，增加值可以设定为5.04t/h，即450/635×7.11。通过严格贯彻“减水加煤，降低水煤比”这一原则，可以确保锅炉侧给煤量调整的准确性和有效性，确保火电机组的有效运行。

3 调整蒸汽温度的要点

超临界火电机组高加跳闸后，过热汽压力会有急剧性上升的情况，此时如果高加跳闸前的火电机组负荷过高，往往过热汽压可以大于26.7MPa，引发PCV阀动作。除此之外，高加跳闸事故会导致再热汽压出现陡升的情况，短时间内达到最高值。检测发现，某发电有限公司在出现高加跳闸事故后，再热汽压可以在78s便达到最高值，而在300s又可以回到原再热汽压值。所出现的过热汽压升高情况，较严重影响到给水速度和质量，常见的情况是可能产生一定的排挤作用，这一作用下导致给水流量会有所减少，甚至汽侧给水控制方式也因此发生变化，由之前的自动形式转为手动。

为此，在处理高加跳闸事故时，要综合考虑各个方面的因素，制订出翔实可行的故障处理方案。如果发现PCV或出现再热器安全门动作这样的问题，则要重点分析一点，即汽压降低后是否可以实现正常回座的效果[3]。总的来说，在出现高加跳闸事故后，要结合实际情况科学调整第一级和第二级的减温水，实现主蒸汽的减温控制目标。也可以采取燃烧的调节方式，以达到主汽温的温度调节效果，再热器温的温度控制中，可以使用再热器烟气挡板、再热器减温水，均可以取得较好的调整蒸汽温度的效果，值得推广应用。

4 协调工况下处理高加跳闸事故的思路与建议

4.1 高加跳闸事故的处理思路

总的来看，如果是正常运行工况，大型的火电机组均使用AGC控制方式，要求火电机组要始终处于良好的协调工况下。但当前我国一些发电公司在火电机组的运行方面存在一定局限性，比如火电机组的控制逻辑设计中存在一定的缺陷，未能设计单独处理高加跳闸的功能模块，导致处理高加跳闸事故的能力不足，无法全过程确保火电机组的安全运行。因此，在协调工况下，处理高加跳闸事故时，应坚持四种处理思路。

首先，在控制方式的处理方面，当高加跳闸事故出现后，现场作业人员可以接收到报警信号，此时便可以立即退出协调控制模式。这一处理过程中，无论是汽机主控还是锅炉主控，均要切换至手动控制模式。

其次，在给水控制方面，考虑到出现高加跳闸事故后给水调节出现问题，无法实现正常的给水调节效果，所以可以退出手动模式。另外，目前一些发电公司所使用的过热器减温水是取自省煤器出口，当给水流量发生变化时，减温效果会因此受到影响。因此，为有效完成给水流量的下调处理，需要先降低燃料量，此时要遵循“先减煤后减水”的原则[4]。结合一些发电公司在超临界火电机组高加跳闸处理方面的经验，可以考虑在原有基础上，将燃料量减少10t/h。通过采取这样的处理方式，主蒸汽超温风险可以大大降低，对主蒸汽的安全运行意义重大。

除此之外，当负荷工况是相同条件时，出现高加跳闸事故后，也可以允许燃料量处于不变状态，降低燃料量的目的是减少给水流量，如果此时中间点的温度在延时后出现变化，同时燃料量可以回归至本来水平，则不会出现主蒸汽温度过低的问题。长时间的研究过程中发现，采取这一处理方法，给水控制效果可以大大提高，再热器减温水、过热器较温水的差值不会太大，达成预期的调节效果。

再次，在锅炉主控的控制中，要重点控制燃料量，应秉承“先小幅减少，后增加至原来的总煤量”这一原则。因为风量可以有效维持在原来状态，且处于自动化的控制模式，所以可以不进行手动干预，全程实现控制锅炉主控的效果。

最后，在中间点温度的控制中，当出现高加跳闸事故后，因为中间点温度会出现延时变化的情况，所以必须进行提前干预。在提前干预时，现场作业人员要明确所要控制的方向。检测发现给水流量不变化时，会出现水煤比逐渐失调的情况，这时也会出现中间点温度下降的情况，甚至是大幅度下降[5]。出现这一情况后，中间点温度控制面临较大困难，过热度不足时势必导致过热器进水，所以要按照要求减少给水流量。目前来看，在给水流量的控制时，应以原有基础为准，在原有基础上将给水流量减少20t/h，同时要控制好减少的速率，应控制为20t/min。

4.2 高加跳闸事故的处理建议

协调工况下处理高加跳闸事故时虽然有较大难度，但在确定处理思路后，可确定具体的措施，通过发挥技术优势、人才优势和管理优势，往往可取得较好的高加跳闸事故处理效果。详细言之，处理高加跳闸事故时，应做好三方面的工作。首先，当前所出现的高加跳闸事故，通常都是水位高保护动作，可出现汽机进水这一风险，在没有明确故障原因时，不能执行立即投回操作。其次，因为当前并没有专门性的高加跳闸控制逻辑，所以多采用人工手动调节方法，无法实现最佳的处理效果，安全性、有效性与可靠性均无法有效保证。为此，为有效消除高加跳闸事故，应加大研究力度，尽快设计出可适用于高加跳闸事故的控制模块。最后，要做好火电机组日常运行中的检测试验，早期发现运行中的风险和故障，实施针对性的处理，以降低高加跳闸事故。