深度調峰工況下汽輪機安全性淺析

楊蘇東　戴昌軍

摘要：隨著電力改革的不斷深入，機組深度調峰是不得不面臨的課題，深度調峰工況下如何保證機組安全運行已成為重中之重。對于鍋爐的燃燒調整優化我們已經有較多的探討與措施，而對于汽輪機的安全運行卻較少涉及。本文對深度調峰工況下汽輪機安全性存在的幾點隱患做了探討，并提出了相關對策。

關鍵詞：深度調峰;汽輪機安全性

引言

深度調峰工況下，汽輪機安全風險主要有以下方面：1、低負荷下，高、低壓抽汽差壓減小，正常疏水趨于不穩，加熱器水位波動頻繁;2、連續減至低負荷時，主汽壓力下降緩慢，造成高調門開度過小、開度不匹配，TSI參數偏離正常范圍;3、低負荷時，給水系統與凝結水系統存在安全隱患。下面我們將結合相關案例做出分析與對策。

1 某電廠機組協調控制原理

某電廠機組協調控制采用負荷指令信號間接平衡的以爐跟機為基礎的協調控制方式，控制原理如圖1所示：

圖1 某電廠機組協調控制原理圖

功率偏差和汽壓偏差信號同時送到汽輪機調節器Wa1（s）和鍋爐調節器Wa2（s），在穩定工況下，機組的實發功率NE 等于功率定值N0，機前壓力PT 等于壓力定值P0。當減負荷時，將出現一個負的功率偏差信號（N0- NE），該信號通過汽輪機調節器Wa1（s）去關小汽輪機調節閥門，降低機組的實發功率。同時，此信號也作用到鍋爐調節器Wa2（s）入口，減少燃料量，以減少產生蒸汽。隨著調節汽閥開度uT的關小，機前壓力PT將立即隨之升高，盡管此時鍋爐已經開始降低燃燒率，但由于燃料量-機前壓力通道存在較大慣性，所以負荷擾動出現初期仍會有負的壓力偏差（P0- PT）出現，該信號以正向作用于鍋爐調節器Wa2（s），繼續減少鍋爐的燃燒量，以盡快恢復機前壓力。同時，此信號按反方向作用于汽輪機調節器Wa1（s）入口，調節器Wa1（s）在負向功率偏差和正方向壓力偏差的共同作用下，會使調節閥降低到一定程度后停止動作，但此時汽輪機的實發功率尚未到達給定值，所以這種狀態是暫時的。隨著鍋爐側燃料量的減少，機前壓力逐漸恢復，壓力偏差逐漸減小，汽輪機調節閥在負的功率偏差信號的作用下會繼續關小，以降低機組的實發功率，直至使實發功率與機前壓力均與其該定值相等。當機組深度調峰時，汽輪機的進汽工況將產生較大變化，進而影響汽輪機的安全運行。

2 深度調峰工況下汽輪機安全風險

2.1低負荷下，高、低壓抽汽差壓減小，正常疏水趨于不穩，加熱器水位波動頻繁。隨著機組負荷的連續降低，當負荷減至200MW左右時，#7低加水位已經無法維持，水位保護動作，#7低加危急疏水閥開啟;當負荷減至180MW左右時#6低加水位已經無法維持，水位保護動作，#6低加危急疏水閥開啟。此時#7、#8低加水位已經無法維持，危急疏水已經開啟，同時，在連續減負荷過程中，#3高加水位存在較大波動。當機組低負荷運行時，由于各段抽汽壓力較低且相鄰段蒸氣壓差減小，使得相鄰高低壓加熱器間疏水壓差減小，正常疏水動力不足。于低加而言，水位將無法維持，造成低加水位保護動作;于高加而言，由于調節閥不斷關小使得疏水壓損增加，正常疏水動力不足，水位上升，此時正常疏水閥又開大適應這種變化，造成正常疏水閥有發散趨勢，將造成高加水位不穩，甚至高水位保護動作。

2.2機組連續減至低負荷時，主汽壓力下降緩慢，造成高調門開度過小，TSI參數偏離正常范圍。某夜班，#4機AGC方式下負荷減至130MW，#4機#1、#2調門同步變化過程中，#1瓦振動值X＼Y方向均上升并波動（X方向38--49μm，Y方向60--90μm），有功波動10MW，立即撤出AGC，匯報值班調度。查閱同期#4機組負荷、機前壓力、1/2/4號高壓調門開度趨勢圖發現，機組負荷降至175MW時，機前壓力仍維持在13.5Mpa，根據滑壓曲線，此時機前壓力是偏高的。其后機組繼續減負荷，4號高調門關小至15%，機前壓力13.3Mpa，由于壓力偏離設定值，1/2號高調門開始關小，機前壓力開始回升，發生#1瓦振動值X＼Y方向均上升并波動，有功波動情況。

2.3低負荷時，給水系統與凝結水系統存在安全隱患。隨著負荷的降低，小機的調節性能將持續下降。如果汽包壓力居高不下，而此時負荷較低，四抽壓力也比較低，會導致小機低調門全開，水位有失控風險。其次，給水流量低至再循環動作值，如未及時開啟再循環，會導致汽泵再循環自動狀態下頻繁動作，干擾水位調節。

3 深度調峰工況下汽輪機安全運行相關對策

3.1于運行而言，在深度調峰過程中，關注高、低加運行狀況，如水位無法維持，及時人為干預，開啟危急疏水閥進行調整。于設備管理而言，需要針對深度調峰工況做出設備相關改在，加大低加疏水管徑，對高加正常疏水閥調節性能進行改進，提升高加正常疏水調節閥本身調節性能或PID調節的能力。

3.2在深度調峰過程中，除了鍋爐側調整尤其需要注意汽機側的機前壓力調整，作為操作員需要熟知本機組的閥門調節特性，需要嚴格的按照滑壓曲線來維持機前壓力，保證汽輪機的調節性能在最佳狀態，同時減負荷過程嚴密監視汽輪機本體振動、軸向位移、差脹等各參數正常。

3.3機組減負荷過程嚴密監視給水泵運行情況，視實際情況將汽泵再循環調節閥置合適開度。監視低調前壓力、低調開度、汽泵轉速、流量等參數正常。機組減負荷過程視凝結水流量，及時開啟凝結水再循環調節閥，置合適開度。

4 結語

機組深度調峰工況下，應充分考慮鍋爐、汽輪機的安全運行，加強機組的協調控制，避免機、爐主控大幅超調。本文對機組深度調峰工況下的汽輪機運行安全風險做了淺析，并提出了相應的對策，希望大家能在機組深度調峰期間加強對汽輪機安全運行的關注。

參考文獻

[1]吳瑞康，華敏，秦攀，等.燃煤機組深度調峰對汽輪機設備的影響[J].熱力發電，2018，47（5）：89-94.

[2]張廣才，周科，魯芬，等.燃煤機組深度調峰技術探討[J].熱力發電，2017，46（9）：17-23.