高壓加熱器跳閘對超臨界機組的影響及處理

薛森賢

(廣東珠海金灣發電有限公司，廣東珠海 519060)

0 引言

高壓加熱器在火電廠抽汽回熱系統中占有非常重要的地位，給水通過高壓加熱器被加熱從而提高了循環效率。高壓加熱器的故障停運直接導致機組的效率降低、煤耗增加，從而影響電廠的正常運行和經濟性。高壓加熱器跳閘后，由于給水溫度的劇烈變化，負荷、汽溫、煤水比控制難度較大。通過機組正常運行工況下高壓加熱器跳閘后對超臨界機組汽輪機及鍋爐的影響進行分析，提出了超臨界直流鍋爐高壓加熱器跳閘后的正確操作方式。

金灣電廠的鍋爐、汽輪機、回熱系統的基本情況如下:鍋爐型號為 SG1910/25.40－M960，采用定 －滑－定運行方式，單爐膛、四角切圓燃燒、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型超臨界直流爐。燃煤設計煤種為神府東勝煤，校核煤種為晉北煙煤。汽輪機由上海汽輪機有限公司生產的引進型超臨界凝汽式汽輪機(N600/24.2/566/566)，旁路配置為40%BMCR高壓旁路。汽輪機為中間一次再熱、三缸四排汽、單軸雙背壓凝汽式機組。回熱系統由3個高壓加熱器、4個低壓加熱器和1個除氧器構成，除氧器采用滑壓運行。

1 高壓加熱器跳閘對超臨界機組的影響

1)高壓加熱器跳閘后，機組負荷快速上升的原因是由于高壓加熱器跳閘使進入汽輪機內的蒸汽量驟然增加。額定負荷下，高壓加熱器的抽汽量約為220 t/h，高壓加熱器跳閘后，本來應該抽到高壓加熱器的蒸汽量進入汽輪機，導致汽輪機增加約50～70 MW負荷。但是鍋爐的產汽量并沒有增加，因此機組只是短時過負荷，然后負荷會漸漸回落。

2)高壓加熱器跳閘后，中間點溫度會短時快速上升，是因為高壓加熱器跳閘后主汽門前壓力瞬間升高導致給水流量的下降，如果汽泵調節特性好的話，給水流量很快就增加到設定值。另外就是高壓加熱器雖然跳閘，但是省煤器內的水容積約為167 m3，高壓加熱器水側的水容積約為20 m3，大部分已被加熱的水導致中間點溫度延時下降。再加上鍋爐的熱慣性作用，也導致中間點溫度延時下降。但中間點溫度一旦開始有反應，將以6～7℃/s的速度快速下降。

3)以一次機組600 MW負荷高壓加熱器跳閘為例，再熱器出口壓力從3.783 MPa經78 s后上升至4.512 MPa，再經310 s后，再熱器出口壓力重新下降至3.832 MPa。壓力上升的原因是高壓加熱器跳閘后，高壓缸和中壓缸進汽量增加，導致再熱器系統進汽壓力升高從而使整個系統壓力升高。

4)高壓加熱器跳閘后，給水溫度降低。帶同樣負荷，需要增加一定的燃料，增加的燃料量可以通過簡單計算得出。機組600 MW時高壓加熱器解列前給水溫度為279℃，解列后給水溫度降低了179℃，給水溫度每降低10℃，供電煤耗增加0.83 g/kWh(600 MW數據)，通過計算可以得出帶相同負荷需要增加的煤量。T為標準煤量，T=［(279－179)/10］× 0.83 ×660 000=5.47 t/h，然后根據實際換算成實際煤量(只是個粗略值，可作為調整參考)。

5)高壓加熱器跳閘后對鍋爐效率的影響:高壓加熱器跳閘后鍋爐排煙溫度降低了，這主要是因為高壓加熱器跳閘后省煤器入口給水溫度降低了，省煤器吸熱增大從而使鍋爐排煙溫度降低。一般對于鍋爐來說，排煙溫度每降低1℃，鍋爐效率可以提高約0.05個百分點，所以高壓加熱器跳閘后對鍋爐效率還是有所提高的。

6)高壓加熱器跳閘后對鍋爐燃燒的影響:高壓加熱器跳閘后，空氣預熱器出口一、二次風溫均降低了，這會對鍋爐在低負荷造成一定的影響。一次風熱風溫度的降低，將會影響到鍋爐制粉系統的干燥出力，特別是在燃用含水分較大的煤種時，但從多次高壓加熱器跳閘過程來看，鍋爐燃燒工況基本未發生變化，各臺制粉系統出口溫度基本都在可控范圍之內;對鍋爐燃燒影響較大的是二次風溫的降低，由于金灣電廠多次高壓加熱器跳閘均在70%負荷以上進行的，所以對鍋爐的燃燒影響還是不太明顯的。

7)高壓加熱器跳閘后對鍋爐水動力的影響:由于高壓加熱器跳閘后，水冷壁入口溫度降低，水冷壁入口工質欠焓增大，容易造成鍋爐水循環不良，穩定性變差，導致水冷壁傳熱惡化，水冷壁出口溫度產生偏差。尤其是在低負荷時由于汽水比容差增大，將會使鍋爐水循環不穩定的概率增大。所以在高壓加熱器跳閘后，為了避免發生鍋爐水循環不穩定，應適當提高鍋爐運行壓力，減少汽水比容差。若高壓加熱器跳閘時機組負荷較低，鍋爐給水流量比正常時還少100多t/h，鍋爐水冷壁出口溫度偏差變大，分離器出口溫度的偏差也較大，此時應特別注意鍋爐螺旋管溫度是否有局部超溫現象［1］。

2 超臨界機組高壓加熱器跳閘的處理原則及方法

機組運行時高壓加熱器的跳閘始終是個動態過程。處理原則根據直流爐的運行特點，煤量和給水兩個參數必須是穩住一個。參考值是煤水比和中間點溫度的變化趨勢，平衡點便是中間點溫度或是分離器出口溫度，根據上述處理原則對于高壓加熱器跳閘后的事故處理，負荷段不一樣處理的方法以及存在的操作風險也不盡相同。為此將機組負荷分為高負荷(500～600 MW)、低負荷(300～500 MW)兩個工況進行簡要分析。

2.1 機組在高負荷(500～600 MW)情況下高壓加熱器跳閘

高負荷情況下解列，由于機組高壓加熱器抽汽輪機的汽做功，將會使機組負荷快速上升，鍋爐過、再熱器壓力上升，進而有可能導致鍋爐安全門動作，這時應該解除機組協調控制，快速降低機組負荷，防止鍋爐安全門動作，此時，鍋爐應該迅速將燃料量減至機組負荷的80%～90%左右，同時應該將鍋爐給水量減少，降低鍋爐的水煤比，根據高壓加熱器解列前機組負荷情況大致了解當時高壓加熱器的正常疏水量，將鍋爐給水量降低，給水量減少的幅度取決于高壓加熱器的疏水量(如金灣電廠機組在600 MW負荷時高壓加熱器正常疏水量大約在220 t/h)，即鍋爐此時給水量為減去高壓加熱器正常的疏水量后的給水量，但要注意的是在減水時，不能一下將給水數量減少220 t/h，應該根據給水溫度下降幅度，按比例減少給水量，維持中間點溫度正常，與此同時，及時調整減溫水，使主蒸汽溫度正常［2］。

由于鍋爐本身有一定的蓄熱，且溫度較低的給水進入鍋爐各受熱面需要一定的時間，因此高壓加熱器解列導致給水溫度突降時，鍋爐各段工質溫度會延遲一段時間再下降，所以，減少的水量不能與給水溫度下降同步，應適當地先減一部分水量，然后根據中間點的溫度變化來進行減水，防止一次減水量過大而鍋爐熱負荷因蓄熱沒有降下來造成中間點溫度高保護動作。由于鍋爐給水和燃料的降低，將有助于減輕鍋爐超壓。

2.2 機組在低負荷(300～500 MW)情況下高壓加熱器跳閘

在低負荷的情況下，由于不存在機組過負荷的危險，所以應以汽溫控制為主。將在負荷不超過規定的情況下，為了避免處理中對鍋爐燃燒工況造成不必要的擾動，燃料量可切手動保持不變。在此基礎上根據給水溫度下降的幅度，按比例減少給水流量，維持過熱度的正常。與此同時，及時調整減溫水量，保持主蒸汽溫度正常，并根據過熱度手動干預給水量。待穩定后負荷會下降，此時根據中調負荷重新加煤進行調整。但值得注意的是，在低負荷下高壓加熱器解列鍋爐給水流量將較正常工況下低很多，調節給水流量時容易造成給水流量偏低，引發給水泵工作狀況不穩，甚至有可能引起鍋爐給水流量低保護動作。

另外高壓加熱器解列后由于省煤器入口給水溫度降低較多，將會使空氣預熱器出口一、二次風溫降低，在低負荷情況下，將會對鍋爐燃燒造成一定程度的影響，二次風溫度降低，將會削弱煤粉著火的穩定性;同時，由于磨媒機入口一次熱風溫度降低，也會對磨煤機的干燥出力產生影響，當燃用煤種的水分較大時，應該注意制粉系統運行工況的變化，當制粉系統干燥出力不足時，應該減少制粉系統的出力，增加磨煤機的干燥通風量。

在低負荷時高壓加熱器跳閘后對鍋爐水動力的影響較大，鍋爐水循環不良，穩定性變差，導致水冷壁傳熱惡化，水冷壁出口溫度產生偏差，要特別注意鍋爐螺旋管水冷壁超溫現象，此時若有條件可適當增加負荷或提高鍋爐主蒸汽壓力。

3 結語

目前，大部分投產的超臨界新機組均采用直流鍋爐，由于運行操作經驗不足及設備的缺陷造成高壓加熱器跳閘的現象經常發生。若處理不當很容易造成機組的解列，對電網造成不穩定因素。金灣發電廠自投產以來，由于設備及操作的原因多次發生高壓加熱器汽側跳閘的現象，但運行操作人員成功運用了上述事故處理的原則及方法，及時消除了高壓加熱器跳閘對鍋爐和汽輪機運行的不良影響，保證了發電機組的安全運行，避免了機組跳閘對發電廠所帶來的經濟損失。同時，對后續機組運行中發生該類異常后，防止異常擴大，保證機組的安全穩定運行有著借鑒和操作指導意義。

［1]章德龍.600 MW火力發電機組培訓教材(第二版)——鍋爐設備與運行［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［2]丁有宇，丁一.600 MW火力發電機組培訓教材(第二版)——汽輪機設備與運行［M］.北京:中國電力出版社，2006.