超臨界火電機組高加跳閘處理方法的探討

國能太倉發電有限公司 陳 樹

某發電公司使用2×630MW機組鍋爐，該鍋爐是一種變壓運行超臨界直流爐，具備多方面的優勢性能，主要包括一次中間再熱、單爐膛、國產超臨界參數、變壓運行、平衡通風、固態排渣。所使用的汽輪機型號為N630-24.2/566/566，具備超臨界壓力、凝汽器室汽輪機、單軸、一次中間再熱、三缸四排汽的特性。在抽汽方式應用方面，汽輪機回熱系統具有典型的“三高四低一除氧”特性。該火電機組在過程中，出現一次高負荷高加跳閘事故，事故出現時火電機組的負荷快速上升50MW，雖然未對整個機組運行造成嚴重影響，但也影響了機組正常運行。

相關人員分析發現，原因是高加危急疏水調門未能有效打開，高加水位高三值問題引發高加解列。所以，在汽包鍋爐運行中，雖然高加解列的處理相對較為簡單，但直流爐的處理則有較大的難度，若是處理不當，易導致各種故障，包括除氧器水位事故、鍋爐汽溫超溫事故、壓力波動事故[1]。如果事態嚴重，則可能導致機組出現打閘停機和汽輪機水沖擊事故。因此，必須加強超臨界火電機組高加跳閘的預防性處理工作，做好全過程管理，防患于未然。本文結合當前超臨界火電機組高加跳閘處理的一些研究成果，進行更為深層次的分析探究。

1 調整汽機側給水量的要點

表1為某發電公司抽汽給水參數，從表1可以看出，火電機組高加總抽汽量相對較大，如果按照汽耗率3t/MW進行計算，則一旦出現高加跳閘事故，會導致機組負荷上升的瞬間幅度較大。滿負荷運行狀態下出現高加跳閘事故時，有功功率的最高上升值可以達到100MW以上，若某段的抽汽量越少，高加跳閘事故后的有功功率上升幅度也會相應越小。

表1 抽汽給水參數

檢測后發現，火電機組在運行過程中，鍋爐汽水分離器的過熱度維持在3～5℃，處于偏低狀態。出現高加跳閘事故后，給水溫度也會因此急劇降低，機組負荷處于635MW的定值時，由之前的278.5℃降低至186.8℃，下降值達到91.7℃。另外，某發電公司的省煤器容積為98m3，同時因為過熱度偏低，所以出現高加跳閘事故時，火電機組省煤器出口溫度維持高加跳閘前溫度的時間相對較短。

通過計算可以得出，省煤器的熱水在全部進入至水冷壁時，需要花費的時間為98/1546.596 =3.8min，也因此得出要促使給水溫度降低至除氧器出口的溫度，花費時間為3.8min。高加跳閘事故中，解列高加水側和汽側可以不考慮高加的水容積，則在短時間內便可促使給水泵出口水溫和省煤器進口水溫保持相近或一致。機組負荷不同時，省煤器的水容積不發生變化，機組負荷值越低時，給水流量也會越低。也正因如此，高加跳閘事故出現后，無法短時間內讓給水溫度降低至除氧器出口溫度，兩者溫度要達到相近或一致的時間越長時，運行人員便可以有更多的時間處理高加跳閘事故。

額定工況下出現高加跳閘事故后，發現給水流量在切除前后有較大的變化，前后相差367t/h，即3.8min后發現給水流量被減少367t/h，減少的速率可以達到96.58t/min。經過分析最終決定，在高加跳閘事故出現后，將給水流量的降低速率控制在60t/min，確定這一參數后，在給水溫度發生突然性下降之前，便可將水流量降低228t/h，待給水溫度突然性下降后，依然可以采用60t/min這一速率，操作時間設定在2.32min，且可以根據現場條件及時調整和修正。除此之外，火電機組的負荷較低時，因為給水溫度要降低至除氧器出口溫度水平所花費的時間較長，所以可適當降低給水流量降低速率[2]。

2 調整鍋爐側給煤量的要點

某發電公司火電機組處于額定工況下，熱耗達到7524kJ/kWh，而在高加切除后，熱耗達到7743kJ/kWh。在出現高加跳閘事故后，同樣機組負荷的熱耗增加量是219kJ/kWh。結合公式：發電煤耗=熱耗/（鍋爐效率×管道效率×標準煤發熱量），可得出增加的煤耗是8.1g/kWh，即219/（93.5%×99%×29307.6）。當火電機組每小時的發電量在63.5×10000kWh時，可以增加的每小時煤量為5.1435t，即8.1×63.5×10000。如果是按照爐煤的發熱量5060.55kcal/kg計算，則設計煤種量可以達到7.11t。

另一家發電公司檢測結果顯示，在高加投運工況下，給水流量可達到1714.84t/h，燃料量可以達到213.49t/h，水煤比達到8.03。而在高加切除工況下，給水流量、燃料量、水煤比的值分別為1490.88t/h、217.59t/h、6.85。在635MW的高加投運工況下，給水流量值為1913t/h，燃料量為258.36t/h，水煤比為7.40，在高加切除工況下，給水流量、燃料量、水煤比分別是1546.595t/h、265.47t/h、5.82。可以看出，經過高加切除處理后，火電機組的運行可以重新恢復至穩定狀態，具有一定的規律，即給水流量可以有所減少，燃料量有所增加，水煤比有所降低。

基于此，某發電公司在調整鍋爐側給煤量時，應堅持減少給水流量的數值基準，科學調整額定工況下的給水流量，將367t/h這一降低值作為基數，同時考慮實際負荷占滿負荷的比例。結合實際數據來看，在火電機組的負荷值達到450MW，且出現高加解列時，給水流量要適當減少，可設定為260t/h，即450/635×367。同理，火電機組負荷值在450MW且發生高加解列時，給煤量要適當增加，增加值可以設定為5.04t/h，即450/635×7.11。通過嚴格貫徹“減水加煤，降低水煤比”這一原則，可以確保鍋爐側給煤量調整的準確性和有效性，確保火電機組的有效運行。

3 調整蒸汽溫度的要點

超臨界火電機組高加跳閘后，過熱汽壓力會有急劇性上升的情況，此時如果高加跳閘前的火電機組負荷過高，往往過熱汽壓可以大于26.7MPa，引發PCV閥動作。除此之外，高加跳閘事故會導致再熱汽壓出現陡升的情況，短時間內達到最高值。檢測發現，某發電有限公司在出現高加跳閘事故后，再熱汽壓可以在78s便達到最高值，而在300s又可以回到原再熱汽壓值。所出現的過熱汽壓升高情況，較嚴重影響到給水速度和質量，常見的情況是可能產生一定的排擠作用，這一作用下導致給水流量會有所減少，甚至汽側給水控制方式也因此發生變化，由之前的自動形式轉為手動。

為此，在處理高加跳閘事故時，要綜合考慮各個方面的因素，制訂出翔實可行的故障處理方案。如果發現PCV或出現再熱器安全門動作這樣的問題，則要重點分析一點，即汽壓降低后是否可以實現正常回座的效果[3]。總的來說，在出現高加跳閘事故后，要結合實際情況科學調整第一級和第二級的減溫水，實現主蒸汽的減溫控制目標。也可以采取燃燒的調節方式，以達到主汽溫的溫度調節效果，再熱器溫的溫度控制中，可以使用再熱器煙氣擋板、再熱器減溫水，均可以取得較好的調整蒸汽溫度的效果，值得推廣應用。

4 協調工況下處理高加跳閘事故的思路與建議

4.1 高加跳閘事故的處理思路

總的來看，如果是正常運行工況，大型的火電機組均使用AGC控制方式，要求火電機組要始終處于良好的協調工況下。但當前我國一些發電公司在火電機組的運行方面存在一定局限性，比如火電機組的控制邏輯設計中存在一定的缺陷，未能設計單獨處理高加跳閘的功能模塊，導致處理高加跳閘事故的能力不足，無法全過程確保火電機組的安全運行。因此，在協調工況下，處理高加跳閘事故時，應堅持四種處理思路。

首先，在控制方式的處理方面，當高加跳閘事故出現后，現場作業人員可以接收到報警信號，此時便可以立即退出協調控制模式。這一處理過程中，無論是汽機主控還是鍋爐主控，均要切換至手動控制模式。

其次，在給水控制方面，考慮到出現高加跳閘事故后給水調節出現問題，無法實現正常的給水調節效果，所以可以退出手動模式。另外，目前一些發電公司所使用的過熱器減溫水是取自省煤器出口，當給水流量發生變化時，減溫效果會因此受到影響。因此，為有效完成給水流量的下調處理，需要先降低燃料量，此時要遵循“先減煤后減水”的原則[4]。結合一些發電公司在超臨界火電機組高加跳閘處理方面的經驗，可以考慮在原有基礎上，將燃料量減少10t/h。通過采取這樣的處理方式，主蒸汽超溫風險可以大大降低，對主蒸汽的安全運行意義重大。

除此之外，當負荷工況是相同條件時，出現高加跳閘事故后，也可以允許燃料量處于不變狀態，降低燃料量的目的是減少給水流量，如果此時中間點的溫度在延時后出現變化，同時燃料量可以回歸至本來水平，則不會出現主蒸汽溫度過低的問題。長時間的研究過程中發現，采取這一處理方法，給水控制效果可以大大提高，再熱器減溫水、過熱器較溫水的差值不會太大，達成預期的調節效果。

再次，在鍋爐主控的控制中，要重點控制燃料量，應秉承“先小幅減少，后增加至原來的總煤量”這一原則。因為風量可以有效維持在原來狀態，且處于自動化的控制模式，所以可以不進行手動干預，全程實現控制鍋爐主控的效果。

最后，在中間點溫度的控制中，當出現高加跳閘事故后，因為中間點溫度會出現延時變化的情況，所以必須進行提前干預。在提前干預時，現場作業人員要明確所要控制的方向。檢測發現給水流量不變化時，會出現水煤比逐漸失調的情況，這時也會出現中間點溫度下降的情況，甚至是大幅度下降[5]。出現這一情況后，中間點溫度控制面臨較大困難，過熱度不足時勢必導致過熱器進水，所以要按照要求減少給水流量。目前來看，在給水流量的控制時，應以原有基礎為準，在原有基礎上將給水流量減少20t/h，同時要控制好減少的速率，應控制為20t/min。

4.2 高加跳閘事故的處理建議

協調工況下處理高加跳閘事故時雖然有較大難度，但在確定處理思路后，可確定具體的措施，通過發揮技術優勢、人才優勢和管理優勢，往往可取得較好的高加跳閘事故處理效果。詳細言之，處理高加跳閘事故時，應做好三方面的工作。首先，當前所出現的高加跳閘事故，通常都是水位高保護動作，可出現汽機進水這一風險，在沒有明確故障原因時，不能執行立即投回操作。其次，因為當前并沒有專門性的高加跳閘控制邏輯，所以多采用人工手動調節方法，無法實現最佳的處理效果，安全性、有效性與可靠性均無法有效保證。為此，為有效消除高加跳閘事故，應加大研究力度，盡快設計出可適用于高加跳閘事故的控制模塊。最后，要做好火電機組日常運行中的檢測試驗，早期發現運行中的風險和故障，實施針對性的處理，以降低高加跳閘事故。

5 結語

目前在超臨界火電機組高加跳閘處理方面積累了一些經驗，主要從蒸汽溫度、汽機側給水量、鍋爐側給煤量的調整這方面入手，可取得較好的成效。但也還存在一些疑點和難點，如超臨界火電機組高加跳閘處理的難度大、專業性強，要給予高度重視，不斷探究可行性強的高加跳閘處理方法。