1 000 MW火電機組外置蒸汽冷卻器及控制保護邏輯

李捍華，鄭衛東，梁海騰，邵帥

（華能玉環發電廠，浙江玉環317604）

1 000 MW火電機組外置蒸汽冷卻器及控制保護邏輯

李捍華，鄭衛東，梁海騰，邵帥

（華能玉環發電廠，浙江玉環317604）

1 000 MW超超臨界火電機組3號抽氣蒸汽過熱度相對較高，通過在回熱系統增加外置蒸汽冷卻器是提高系統經濟性的有效方法。華能玉環發電廠1 000 MW超超臨界機組采用了一種新型加熱疏水型外置蒸汽冷卻器設置方式，工作參數較低，水側設計壓力僅9.5 MPa。討論了液位控制和保護邏輯的配合應用，這一設置方式投資回收期短，具有更好的運行特性。

超超臨界；外置蒸汽冷卻器；加熱疏水型

隨著對機組安全、經濟性的要求不斷提高，大型機組高壓加熱器蒸汽冷卻器正呈現由內置向外置發展的趨勢。使用外置式蒸汽冷卻器是充分利用抽汽過熱度、提高系統經濟性的有效手段。

對于一次再熱超超臨界機組，比較成熟的技術是對3號高壓加熱器設外置式的蒸汽冷卻器，3號抽汽來自再熱后汽輪機中壓缸的第一級抽汽，溫度較高。華能玉環發電廠1 000 MW機組額定工況下三抽蒸汽溫度465℃，而該抽汽壓力對應的飽和溫度較低，僅216℃，蒸汽過熱度約250℃。低負荷過熱度更高，對應的回熱加熱器換熱溫差增大，溫差換熱引起的不可逆損失增加。華能玉環發電廠機組三抽蒸汽冷卻器采用內置方式，如果將這些高品質的熱量利用于較高能位上，則可提高回熱系統的效率。

1 常用的外置蒸汽冷卻器系統結構

當前主流外置蒸汽冷卻器系統結構分為串聯式和并聯式。這2種系統結構都是充分利用3號抽氣的過熱度，提高回熱系統經濟性。

超超臨界機組高壓給水額定運行壓力一般在30MPa以上，設備和給水管系設計壓力在38MPa以上，由于被加熱介質為高壓給水，所以設備制造難度增大、造價和運行安全控制要求提高。

1.1 串聯式結構

（1）串聯式全容量結構：將蒸汽冷卻器放置于1號高壓加熱器出口，與1號高壓加熱器串聯，加熱介質為3號抽氣，被加熱介質為100%給水，如圖1所示。

（2）串聯式部分容量結構：與全容量結構不同的是，增設旁路門，這樣被加熱介質為部分給水，如圖2所示。

外置蒸汽冷卻器串聯設置的形式，三抽蒸汽過熱度跨越3個抽汽能級，利用較高能位加熱給水，提高了給水的終溫，能有效降低熱耗，提高熱力循環效率。但是，由于設置外置蒸汽冷卻器后進入3號高壓加熱器的蒸汽品質降低，三抽蒸汽量會增大，這樣機組出力會降低，特別是夏季時，會對機組負荷帶來一定影響。

圖1 串聯式全容量結構

圖2 串聯式部分容量結構

1.2 并聯式結構

并聯式系統結構：將外置蒸汽冷卻器與1號高壓加熱器并聯，加熱介質為3號抽氣，被加熱介質為部分給水，如圖3所示。

圖3 并聯式結構

外置蒸汽冷卻器并聯設置的形式，三抽蒸汽過熱度跨越2個抽汽能級，與1號高壓加熱器并聯加熱給水，利用較高能位，排擠了更高品質的一抽蒸汽，能有效降低熱耗，同時被排擠的一抽蒸汽具有更高做功能力，增加了機組出力裕量。

2 新型外置蒸汽冷卻器的設置方式

華能玉環電廠采用了一種新型的外置蒸汽冷卻器設置方式，利用高過熱度抽汽加熱末級加熱器疏水，如圖4所示，目的在于通過采用壓力相對低的新系統，在提高熱力系統效率的同時，降低設備制造、造價和運行安全控制難度，擴大節能降耗技術的應用范圍。

圖4 外置蒸冷器設置方式

系統流程如下：3號抽蒸氣通過蒸汽管系，先進入外置蒸汽冷卻器，加熱1號高壓加熱器的疏水。高過熱度蒸汽被冷卻后成為低過熱度的蒸汽，再進入3號高壓加熱器。1號高壓加熱器的疏水進入外置蒸汽冷卻器，被加熱汽化后，產生的蒸汽引回1號高壓加熱器加熱器，加熱給水。與外置蒸汽冷卻器并聯設置的形式相比，新系統壓力相對低，設備和管系等的造價低，安全性高，控制難度降低。

外置蒸汽冷卻器結構為管板+U型換熱管。這種外置蒸汽冷卻器與傳統蒸汽冷卻器、高壓加熱器介質流程大為不同。傳統加熱器殼程為加熱蒸汽，管程為被加熱給水；而這種外置蒸汽冷卻器殼程為被加熱疏水，管程為加熱蒸汽。

外置蒸汽冷卻器布置在汽機車間0m層、凝汽器與鍋爐之間，1號高壓加熱器布置在汽機車間17m平臺，由于被加熱介質為1號高壓加熱器正常疏水，1號抽蒸汽額定工作壓力為9.23 MPa，遠低于給水壓力36.5 MPa，且與1號高壓加熱器存在近17m高度差，所以安全系數較高。

外置蒸汽冷卻器正常工作液位為高于殼體中心線350mm，低液位跳閘值為高于殼體中心線275 mm，高液位跳閘值為高于殼體中心線500 mm。邏輯定義基準零位為正常工作液位，則液位高跳閘值為+150mm、液位低跳閘值為-75mm。

3 新型外置蒸汽冷卻器的控制方案

3.1 閥門設備

在1A/1B號高壓加熱器危機疏水0m層管道上，危機疏水前隔絕門前各安裝1個三通，各安裝1臺FISHER氣動調節閥，采用FISHER DVC6200單通道定位器，帶失氣、電、信號保位功能，聯合控制外置蒸汽冷卻器液位，2路疏水合并后進入外置蒸汽冷卻器。外置蒸汽冷卻器產生的飽和蒸汽分流后，經17m層1A/1B高壓加熱器入口三通回到1A/1B高壓加熱器。閥門布局如圖5所示。

圖5 閥門布局示意

3.2 液位控制

液位控制采用單PID、變參數方式。1A/1B疏水調節閥均處于自動狀態下，采用一套參數；當1A/1B疏水調門閥任意一個為手動狀態時，采用另一套參數；當液位測量系統異常情況下，自動將1A/1B疏水調節閥切手動狀態，并報警提示。實際調試期間測試1A/1B疏水調閥偏差很少，所以未設置運行人員調節偏差功能，控制邏輯見圖6。

圖6 玉環電廠外置蒸冷器液位控制邏輯

液位監測采用3組差壓變送器送信號至保護、調節和顯示的方式。原設計液位測量為全尺寸測量裝置，采用ROUSMOUNT差壓變送器，正負壓側冷凝筒間距與外置蒸汽冷卻器內壁尺寸相同，達到1 600mm，數據見表1。

表1 變送器信號與液位關系

由表1可見，液位變送器實際只能在7~9.25 mA之間運行，最大工作范圍僅為允許測量范圍14.06%，安全系數較低。所以將全尺寸測量裝置優化為局部測量裝置，實際測量范圍取液位高、低跳閘值+/-60mm，數據見表2。

表2 優化后變送器信號與液位關系

這樣優化后，液位變送器測量范圍擴大到10.44mA，最大工作范圍擴大到允許測量范圍的65.25%，測量精度與可靠性大幅提高。在檢修期間再單獨加裝一個遠傳全尺寸測量裝置。

3.3 保護邏輯

外置蒸汽冷卻器跳閘邏輯比較簡單，僅包含汽機跳閘、手動跳閘、液位跳閘、1號或3號抽氣斷流條件，見圖7。

圖7 跳閘邏輯

外置蒸汽冷卻器跳閘保護動作后，立即將外置蒸汽冷卻器退出運行，隔離外置蒸汽冷卻器水側所有閥門，開啟3號抽汽旁路閥，待旁路閥完全開啟后，關閉3號抽汽至外置蒸汽冷卻器進出口閥門，防止3號抽汽斷流。

但在實際中由于旁路閥采用電動閥，且該管道為Φ336mm管道，所以旁路閥動作時間較長，近5min，在這段時間內如果1A與1B回汽閥關閉情況下，3號抽汽會繼續對外置蒸汽冷卻器內疏水進行加熱，但此時產生蒸汽無法排泄，最終可能導致系統超壓。后進行分析，當跳閘保護動作后，1A與1B高加來疏水已經被隔離，0m層的外置蒸汽冷卻器內疏水要沿Φ336 mm管道上升到17 m平臺的1號高加進氣管道，可能性非常小，所以對原設計方案進行優化，取消1A與1B回汽閥的聯鎖動作。跳閘動作次序見表3。

表3 跳閘動作次序

外置蒸汽冷卻器自2015年1月投運以來，運行一直比較穩定。

4 結語

增設外置蒸汽冷卻器能有效利用三抽蒸汽的過熱度，減少熱耗值，使機組保持高效運行。對于華能玉環發電廠采用的新型加熱疏水型外置蒸汽冷卻器布局結構，由于其運行、設計壓力相對較低，設備、管系投資低，靜態投資回收期快，工程技改投資回收期短，經濟效益顯著，同時由于運行、設計壓力低，具有更好的運行可控性、安全性。

[1]鄭衛東，孫長生，傅望安，等.1 000 MW機組高加水位測量偏差分析與處理[J].電力建設,2011,32（6）∶90-93.

（本文編輯：陸瑩）

External Steam Cooler of 1 000 MW Thermal Power Units and Its Control and Protection Logic

LIHanhua，ZHENGWeidong，LIANG Haiteng，SHAO Shuai
（Huaneng Yuhuan Power Plant，Yuhuan Zhejiang 317604，China）

Aiming at high superheat of No.3 extraction steam of 1 000 MW ultra-supercritical thermal units, the paper suggests equipping external steam cooler on regenerative system to improve system economy.A new settingmode for external steam cooler with water heating and drainage is adopted in Huaneng Yuhuan Power Plant，which is characterized by smaller operation parameter and its design pressure atwater side is 9.5 MPa. The paper discusses collaborative application of level control and protection logic,which owns shorter investment payback period and better operating performance.

ultra-supercritical；external steam cooler；heating and drainage type

TK223.3+.7

B

1007-1881（2016）01-0046-04

2015-06-30

李捍華（1973），男，工程師，從事發電廠熱工檢修工作。