陳小強(qiáng)，羅志浩，尹 峰

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

超超臨界鍋爐在啟動(dòng)階段25%～27%BMCR工況時(shí)，爐內(nèi)蒸汽的蒸發(fā)量逐漸大于鍋爐水冷壁最小給水流量，鍋爐由濕態(tài)轉(zhuǎn)入干態(tài)即直流運(yùn)行。在此階段的運(yùn)行過程中，如何保證轉(zhuǎn)干過程順利進(jìn)行和汽水分離器入口過熱度的平穩(wěn)，以及將包括啟動(dòng)系統(tǒng)在內(nèi)的相關(guān)自動(dòng)投入，一直是超超臨界鍋爐啟動(dòng)過程中的技術(shù)難點(diǎn)。在國(guó)電北侖電廠6號(hào)機(jī)組調(diào)試期間，采取了一系列措施，較好地解決了上述問題。本文根據(jù)華能玉環(huán)電廠、國(guó)電北侖電廠超超臨界機(jī)組干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程中暴露的問題，詳細(xì)介紹超超臨界機(jī)組干濕態(tài)轉(zhuǎn)換中的運(yùn)行方式調(diào)整和控制策略修改。

1 濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)的技術(shù)難點(diǎn)

1.1 省煤器入口流量波動(dòng)

圖1是國(guó)電北侖電廠三期超超臨界機(jī)組的啟動(dòng)系統(tǒng)示意圖，華能玉環(huán)電廠機(jī)組的啟動(dòng)系統(tǒng)也基本相似。啟動(dòng)系統(tǒng)由啟動(dòng)分離器、再循環(huán)泵、儲(chǔ)水箱、水位控制調(diào)節(jié)閥等組成。

圖1 超超臨界機(jī)組啟動(dòng)系統(tǒng)示意圖

直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的主要目的是在鍋爐啟動(dòng)、低負(fù)荷運(yùn)行（蒸汽流量低于爐膛所需的最小流量時(shí)）及停爐過程中，通過啟動(dòng)系統(tǒng)建立并維持水冷壁內(nèi)的最小流量，避免鍋爐水冷壁金屬管超溫，同時(shí)滿足機(jī)組啟、停及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)對(duì)蒸汽流量的要求，并實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的熱量回收。

從圖1中可以看出，機(jī)組未進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行時(shí)，省煤器入口給水流量由通過給水泵的給水和自爐循泵出口的再循環(huán)流量組成。機(jī)組從濕態(tài)轉(zhuǎn)向干態(tài)后，啟動(dòng)系統(tǒng)停止運(yùn)行，省煤器入口的給水全部來自給水泵。當(dāng)機(jī)組處于濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)的過程中時(shí)，隨著鍋爐蒸發(fā)量的加大，汽水分離器的液位逐漸降低，再循環(huán)流量逐漸減小，最終完全消失。在此過程中，給水泵的上水量逐漸增大，維持省煤器入口流量不低于鍋爐的最小給水量，同時(shí)要注意鍋爐受熱面的金屬壁溫，尤其是水冷壁的金屬壁溫。

如果給水泵和爐循環(huán)泵再循環(huán)流量調(diào)節(jié)速率不匹配，在轉(zhuǎn)干態(tài)過程中容易出現(xiàn)省煤器入口給水流量波動(dòng)過大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蚴∶浩魅肟诹髁康偷驮斐慑仩tMFT。因?yàn)樵跐駪B(tài)工況時(shí)，再循環(huán)流量要占鍋爐總給水流量的65%左右，在轉(zhuǎn)干態(tài)過程中，燃料、給水往往處于手動(dòng)狀態(tài)，一旦燃料量增加速度過快，分離器液位快速下降，造成再循環(huán)流量劇減或者爐循泵跳閘，瞬間使再循環(huán)流量全部喪失。而給水泵無(wú)法在較短時(shí)間內(nèi)彌補(bǔ)流量的減少，從而造成鍋爐因省煤器入口流量低而MFT。

1.2 過熱度波動(dòng)

直流鍋爐進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行的標(biāo)志之一是汽水分離器入口有一定的過熱度。在實(shí)際機(jī)組轉(zhuǎn)干態(tài)運(yùn)行過程中，往往因?yàn)槠麎?、給水量、燃料量的波動(dòng)，造成汽水分離器入口過熱度來回波動(dòng)，時(shí)正時(shí)負(fù)。在這樣的狀態(tài)下，汽水分離器儲(chǔ)水箱的液位也波動(dòng)頻繁，致使?fàn)t循泵再次啟動(dòng)。直流鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)運(yùn)行的過程往往要反復(fù)多次，較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)鍋爐處于干濕態(tài)切換的邊界。

1.3 金屬管壁超溫

華能玉環(huán)電廠3號(hào)機(jī)組在濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)過程中，一度出現(xiàn)水冷壁管多處超溫，運(yùn)行人員被迫增加給水量。給水量增加后，管壁超溫有所緩解，但過熱度下降、汽水分離器儲(chǔ)水箱液位立即上升，機(jī)組又重新回到濕態(tài)運(yùn)行。而后運(yùn)行人員增加燃料量，繼續(xù)轉(zhuǎn)干，金屬管壁又超溫。在這樣的不斷調(diào)整過程中，負(fù)荷逐漸升高，最后在650 MW附近才轉(zhuǎn)成干態(tài)。

濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)期間容易出現(xiàn)水冷壁管超溫，與鍋爐點(diǎn)火方式、水冷壁節(jié)流圈尺寸等有關(guān)。以華能玉環(huán)電廠3號(hào)機(jī)組為例，按照原設(shè)計(jì)，鍋爐點(diǎn)火要從上層開始。但由于電廠在最下層安裝了等離子，點(diǎn)火是從最下層燃燒器開始的，致使?fàn)t膛火焰下移，燃燒區(qū)的吸熱量較多。鍋爐水冷壁節(jié)流圈的直徑相對(duì)偏小，低負(fù)荷下水冷壁各管路流量分配不均，是引起管壁超溫的另一個(gè)原因。

1.4 儲(chǔ)水箱液位波動(dòng)

影響儲(chǔ)水箱液位的因素很多，主要有汽壓、燃料量、給泵轉(zhuǎn)速、鍋爐再循環(huán)流量、WDC閥的開度等。如果這些因素得不到很好的控制，或者調(diào)節(jié)速率沒有匹配好，儲(chǔ)水箱液位就會(huì)波動(dòng)。一旦儲(chǔ)水箱液位波動(dòng)，反過來又影響再循環(huán)流量、省煤器入口給水量，進(jìn)而加劇儲(chǔ)水箱液位的波動(dòng)。

2 改進(jìn)措施

2.1 調(diào)整汽機(jī)的工作方式

機(jī)組并網(wǎng)后，汽機(jī)可以投本地功率模式、初壓模式。在本地功率模式下，由汽機(jī)調(diào)門控制機(jī)組功率。

當(dāng)鍋爐燃燒有擾動(dòng)時(shí)，汽壓會(huì)有所波動(dòng)，蒸汽飽和度也隨之變化，即使汽水分離器入口焓值保持不變，由于飽和溫度的改變，其過熱度也會(huì)發(fā)生變化。為了避免濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)過程中過熱度出現(xiàn)波動(dòng)，在此過程中必須維持汽壓穩(wěn)定，因此汽機(jī)應(yīng)采用初壓模式。初壓模式是由汽機(jī)調(diào)門控制主汽壓力，在主汽壓力平穩(wěn)的工況下，蒸汽的飽和溫度相對(duì)恒定，有助于保持汽水分離器入口過熱度的穩(wěn)定。

在汽機(jī)側(cè)投入初壓模式前，應(yīng)先通過手動(dòng)方式調(diào)整燃料量，逐漸將高旁完全關(guān)閉，然后再將汽機(jī)置于初壓模式，避免高旁和汽機(jī)調(diào)門同時(shí)控制主汽壓力。

2.2 修改再循環(huán)流量設(shè)定值

濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)前，首先要將給泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)投入自動(dòng)，由給泵控制省煤器入口流量。在保證省煤器入口流量的前提下，投入爐循泵出口的再循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥。在WDC閥、再循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥、給泵三者中，WDC閥自動(dòng)應(yīng)最先投入。WDC閥自動(dòng)投入后，可以在一定程度上維持分離器儲(chǔ)水箱水位穩(wěn)定，即分離器儲(chǔ)水箱液位可以在相對(duì)平穩(wěn)的工況下保持在安全范圍內(nèi)。再循環(huán)流量調(diào)節(jié)自動(dòng)投入后，分離器液位的自動(dòng)調(diào)節(jié)將更加復(fù)雜。汽水分離器儲(chǔ)水箱的液位不僅受WDC閥影響，還要受再循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥開度變化的影響。

再循環(huán)流量設(shè)定值是分離器儲(chǔ)水箱液位的函數(shù)。在調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)，當(dāng)再循環(huán)流量調(diào)節(jié)自動(dòng)投入后，再循環(huán)流量明顯上升，因?yàn)槭謩?dòng)控制時(shí)，再循環(huán)流量往往相對(duì)較低。隨著再循環(huán)流量的上升，給泵出口的系統(tǒng)補(bǔ)水量減少，汽水分離器儲(chǔ)水箱液位下降。一旦液位降低過多，容易造成爐循泵跳閘。因此，調(diào)試中根據(jù)實(shí)際情況重新設(shè)定了再循環(huán)流量的設(shè)定曲線，使其相對(duì)平緩，從而減小分離器儲(chǔ)水箱液位的波動(dòng)幅度。

以北侖電廠6號(hào)機(jī)組為例，修改前后的再循環(huán)流量設(shè)定曲線見圖2。

圖2 再循環(huán)流量設(shè)定曲線

2.3 確定機(jī)組轉(zhuǎn)干態(tài)的最佳時(shí)機(jī)

機(jī)組轉(zhuǎn)干態(tài)之前，應(yīng)當(dāng)處于比較穩(wěn)定的濕態(tài)。實(shí)際上，機(jī)組并網(wǎng)前由于低流量下汽溫較難控制，往往采取開大旁路，增加燃料量、大流量沖洗的策略。在這樣的燃燒工況下，鍋爐的熱負(fù)荷已經(jīng)相對(duì)較高，實(shí)際投用燃料量比較多。

機(jī)組并網(wǎng)后，隨著高壓旁路開度的逐漸減小，機(jī)組負(fù)荷上升。一般超超臨界直流鍋爐的轉(zhuǎn)干態(tài)點(diǎn)在25%～27%BMCR附近，由于機(jī)組轉(zhuǎn)干前的鍋爐熱負(fù)荷已經(jīng)接近或者超過鍋爐轉(zhuǎn)干點(diǎn)，鍋爐實(shí)際工作點(diǎn)在干濕態(tài)轉(zhuǎn)換點(diǎn)附近，這樣的轉(zhuǎn)干起點(diǎn)對(duì)于轉(zhuǎn)干操作十分不利。對(duì)汽水分離器儲(chǔ)水箱液位的控制尤其不利，因?yàn)槠蛛x器儲(chǔ)水箱中的液位始終處于較低水平，一旦液位波動(dòng)低于爐循泵保護(hù)定值，將導(dǎo)致在未完成干濕態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)爐循泵跳閘。

北侖電廠6號(hào)機(jī)組調(diào)試期間，在機(jī)組并網(wǎng)前就開始控制燃料量，將鍋爐的實(shí)際熱負(fù)荷控制在轉(zhuǎn)干點(diǎn)以下。機(jī)組并網(wǎng)后，汽機(jī)帶初始負(fù)荷，機(jī)組負(fù)荷在150 MW附近時(shí)，總?cè)剂狭靠刂圃?0 t/h左右，省煤器入口流量控制在850 t/h。在此燃燒工況下，鍋爐處于比較穩(wěn)定的濕態(tài)，以這樣的工況作為轉(zhuǎn)干的起點(diǎn)是比較合適的。

2.4 確定給水量和燃料量的關(guān)系

以北侖電廠6號(hào)機(jī)組為例，機(jī)組并網(wǎng)后，給泵投自動(dòng)，控制省煤器入口流量為850 t/h，燃料量為81.6 t/h，然后由運(yùn)行人員手動(dòng)增加燃料，增加速率為每分鐘2.5 t/h。隨著燃料量的逐步增加，汽水分離器儲(chǔ)水箱液位逐漸降低，再循環(huán)流量逐步減小，直至消失。汽水分離器入口過熱度逐漸升高，最終分離器儲(chǔ)水箱液位低于爐循泵低液位保護(hù)定值5 m，爐循泵跳閘，機(jī)組轉(zhuǎn)入直流干態(tài)運(yùn)行。在給水、再循環(huán)、WDC閥自動(dòng)均投入的狀態(tài)下，較好地完成了超超臨界鍋爐干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換。

3 結(jié)語(yǔ)

通過機(jī)組運(yùn)行方式和再循環(huán)流量設(shè)定的調(diào)整，確定適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)干點(diǎn)，協(xié)調(diào)給水、燃料在轉(zhuǎn)干過程中的動(dòng)態(tài)關(guān)系，較好地解決了干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程中給水流量、過熱度、儲(chǔ)水箱液位波動(dòng)等問題，成功實(shí)現(xiàn)了超超臨界機(jī)組干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的全程給水自動(dòng)。文中介紹的啟動(dòng)策略調(diào)整對(duì)于其他類型的超超臨界機(jī)組也有借鑒作用，但具體參數(shù)設(shè)置應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況做相應(yīng)調(diào)整。

[1]尹峰，朱北恒，李泉.超（超）臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制特性與控制策略[J].中國(guó)電力，2008，41（3）：66-69.

[2]羅志浩，尹峰，姚文偉，等.蘭溪發(fā)電廠超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)和控制策略[J].浙江電力，2007，26（2）：24-27.