高加解列對超臨界機組的影響分析及控制措施優化

張 皓 孔德偉 杜宇航

（1.國能河北衡豐發電有限責任公司，河北 衡水 053000；2.中國華電科工集團有限公司，北京 100160；3.河北榮春能源科技有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

某電廠3#機組鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產的超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，它是一種單爐膛、一次中間再熱、采用前后墻對沖燃燒方式、平衡通風、半露天布置、固態排渣、全鋼結構、全懸吊結構Π型鍋爐。汽輪機是哈爾濱汽輪機廠有限責任公司（簡稱哈汽）研制的350 MW超臨界、一次中間再熱，單軸、三缸兩排汽、抽凝式、濕冷汽輪機組，同時低壓缸可切除運行，型號為C350/269-24.6/0.4/569/569。發電機系哈爾濱發電機廠制造的汽輪發電機。冷卻方式：水氫氫。勵磁方式：自并勵靜止可控硅勵磁。

高壓加熱器是火電機組回熱循環的重要部分，高壓加熱器利用汽輪機抽汽加熱鍋爐給水，從而減小給水和鍋爐爐膛內的溫差，提高加熱效率，提高溫差換熱效率，提高整個機組的熱力系統循環效率[1]。因為高壓加熱器是使用汽輪機抽汽來加熱鍋爐給水，運行情況非常復雜，故障發生的可能性也極大，所以機組都會設置聯鎖條件使高加解列，如水位高三值，還會在主控界面提供運行人員手動操作的按鈕。因電廠運行人員水平參差不齊，高加解列后控制操作出錯頻繁，故本文根據正常運行工況下高加解列后的情況分析優化控制措施。

回熱抽汽系統如圖1所示。本機組的整個高壓加熱系統系三臺臥式加熱器串聯結構，分為一號、二號、三號高加，在熱力循環圖中為HP1、HP2、HP3；過熱蒸汽冷卻段、凝結段和疏水段三部分組成了高壓加熱器的換熱面。

圖1 回熱抽汽系統

每臺高壓加熱器均裝有一個固定支座、兩個滾動支座。

1 高加解列對機組造成的影響

1.1 對汽輪機的影響

投入機組協調控制模式，高加解列時的影響：高加停止抽汽，相比正常工況會增加大量蒸汽在汽輪機內做工，造成機組負荷快速增長20～40 MW，協調控制會自動減少煤量，但因為給水溫度降低，燃燒反應慢，中間點溫度下降，負荷也會隨之下降，造成負荷的持續波動，會持續7～8 min[2]。由于沒有了高加抽汽，汽輪機會大幅降低做功所需的進汽量，抽汽的消失使汽輪機的高壓缸做功能力降低，中壓缸和低壓缸做功能力增加，使汽輪機的做功效率降低。高加解列對汽輪機的影響如表1所示。

表1 高加解列對汽輪機的影響

1.2 對鍋爐的影響

在協調投入的情況下，高加突然解列，會造成鍋爐給水流量極快下降，鍋爐給水溫度大幅下降，導致煤耗上升，由于負荷急劇增加，協調控制會自動降低給煤量，鍋爐排煙溫度將大幅下降，機組熱效率會大幅降低，機組經濟性也隨之大幅降低[3]。待機組重新維持穩態，因給水溫度降低近100 ℃，燃燒所需煤量會較之前大幅上升，但產汽量會較解列前降低，造成鍋爐劇烈燃燒，一級減溫水和二級減溫水的投入量較之前增加近一倍，使鍋爐的燃燒效率較解列前大幅降低。某電廠#3機組在調試期間由于施工質量問題高加正常疏水調閥內漏，高加解列進行檢修。#3號機組350 MW負荷高加解列前后運行工況的對比如表2所示。

表2 高加解列對鍋爐的影響

1.3 對主再熱蒸汽壓力和汽溫的影響

高加解列后，由于負荷會快速上升，汽輪機的高壓調門會快速調小，主蒸汽流量會降低，主蒸汽壓力急速提升，將會造成主蒸汽溫度升高。由于蒸汽壓力升高，再熱器的溫度也會隨蒸汽壓力升高而升高，為了維持再熱器汽溫的穩定，再熱器減溫水量會隨之增加。

1.4 對中間點溫度的影響

高加解列后，管道還有省煤器內還有一部分高熱量的給水，所以給水溫度不會突然變化。一段時間后鍋爐給水溫度降低，煤量降低，由于有鍋爐蓄熱，鍋爐給水會先消耗掉這一部分蓄熱，所以中間點溫度不會突然降低，但是經過很短暫的一段時間，中間點溫度會開始下降，由于給水溫度下降，給水在鍋爐內需要加熱的時間變長，造成過熱段減少，過熱度下降，所以中間點溫度會降低。高加解列對各部位溫度影響如表3所示。

表3 高加解列對中間點溫度影響

1.5 對除氧器、排汽設備水位的影響

高加解列，高加事故緊急疏水至疏水擴容器調門全開，至除氧器的正常疏水調門全關，除氧器水位會下降，而排汽設備水位會上漲。因為除氧器減少了高加正常疏水200 t/h的補水量，機組負荷會因為給水不足而降低。

1.6 對脫硫脫硝設備的影響

高加解列后鍋爐給水溫度降低，省煤器水的吸熱量增大，鍋爐的排煙溫度會出現明顯的下降，空預器出口一、二次風溫會降低。如果維持和高加解列前相同的負荷，給煤量和正常運行工況相比會有明顯增加。一、二次風溫的降低造成床溫降低，低負荷時，床溫降低會造成氮氧化物NOx排放值超標。

1.7 高加解列對機組造成的影響總結

高加解列會造成一段時間內負荷劇烈波動，對汽輪機造成極大的負荷壓力，末級葉片受到的熱應力增大，甚至過負荷，造成末級葉片安全性降低。主蒸汽壓力和溫度短時間內劇烈波動，主再熱水量成倍增加，影響機組經濟性[4]。鍋爐給水溫差過大，可能造成水冷壁爆管，影響機組安全運行。煤量上升，給水下降，較高加解列前機組煤耗上升明顯，汽輪機效率下降明顯，會給機組的安全穩定運行造成巨大影響。

2 控制措施

1）煤量控制。控制機組負荷最終的落實就是控制煤量，控制煤量同時要注意水煤比、過熱度、中間點溫度等變化情況。高加解列后機組負荷快速上升，為了穩定負荷，鍋爐主控自動模式下必定是減少煤量，因為鍋爐反應較慢，必要時要切除自動，手動減煤，這樣可以緩解高加解列時汽輪機負荷驟然上升、主汽壓力驟增、再熱器安全閥動作等異常情況。在機組運行趨于穩定時，應增加煤量，要注意趨于穩態時煤量應比高加解列前高。

2）水量控制。因為鍋爐有蓄熱能力，加之因高加解列而溫度降低的水會過一段時間才能進入鍋爐受熱面，所以鍋爐各工質溫度會延遲一段時間才下降，故水量不能隨著給水溫度的降低而同步減少，應該先適當減少一部分給水，然后根據中間點溫度的變化調整給水量，防止一次性減水量過大造成中間點溫度過高而超溫。

3）超臨界直流爐平行工作的水冷壁管內，有的管子流量大，有的管子流量小，所以同一工作壓差對應三種不同的流量情況，流量小的管子可能會因為給水量減小提前蒸干，造成管壁超溫現象。這種現象稱為“水動力多值性”，高加解列后，低負荷運行時，運行人員應密切關注鍋爐水冷壁各管壁溫差，為防止水冷壁超溫爆管，必要時應提高給水壓力或調整二次風擋板。

4）爐側調整，縮短過負荷時間。由于制粉系統慣性較大，在降低給煤量過程中，必要時可以關停磨煤機，這樣雖然無法降低機組峰值負荷，但是可以縮短機組過負荷時間。不過關停磨煤機會導致負荷波動較大，影響機組的穩定運行。

5）充分利用爐側蓄熱降低機組峰值負荷。高加解列后1、2、3段抽汽電動門關閉，由于電動門有行程，主蒸汽壓力不會高加一解列就升到最高，也就是負荷不會高加一解列就升到峰值，負荷從上升到峰值大約有2 min的緩沖時間，可以充分利用鍋爐的蓄熱能力，在高加解列后爐側適當減負荷，機側以較大的速率，如10～20 MW/min，關小汽輪機調門，以降低機組峰值負荷。待機組負荷到達安全范圍后，再調大汽輪機高調閥門。

3 高加解列后操作步驟

結合實際運行工況，總結350 MW超臨界直流鍋爐機組在正常運行工況下高加解列時的控制措施，通過以下事故處理操作，可以較好地確保機組安全運行。

1）首先確認高加解列，旁路閥全開，事故疏水閥和正常疏水閥全開，1、2、3段抽汽電動門關閉，高加水位下降。

2）爐側適當減煤8～10 t/h，為防止汽輪機末級葉片過負荷運行，要使機組最大出力較高加解列前低5%。

3）根據實際運行和負荷上漲情況，為防止負荷超過380 MW，可以根據發電機定子電流情況開啟低壓旁路。

4）如開啟低旁，要注意凝汽器真空下降、四段抽汽壓力情況。

5）機組負荷下降至安全范圍內后逐漸關小低壓旁路，直至全關。

6）爐側給水溫度下降后，注意鍋爐主再熱蒸汽溫度的調整。

7）低壓旁路關閉后確認低壓旁路門關閉嚴密，不內漏。

4 結束語

高加解列后，機組的負荷、主汽壓等波動較大，嚴重影響機組的安全穩定運行，因運行人員的水平參差不齊，極有可能因為經驗不夠或運行人員反向操作導致機組跳機或發生運行事故。在處理高加解列事故的動態調整過程中，各機組實際情況和運行狀態各有差異，本文通過對高加解列前后機組相關參數的分析，總結出一系列操作步驟作為參考，可供運行人員學習。處理高加解列事故原則是先穩定一個參數，可以先穩定煤量或鍋爐給水流量，然后時刻注意機組各個參數，如主再熱蒸汽溫度和壓力，參考水煤比、中間點溫度和過熱度的變化趨勢，控制機組各個參數穩定變化。本文的分析為高加緊急解列后的處理提供了一定的理論指導，對維護機組的安全、穩定、經濟運行具有重要作用。