朱太春，張偉

(神華國華永州發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南永州425000)

單臺100%汽動給水泵組在機(jī)組調(diào)試、運(yùn)行過程中，如出現(xiàn)小汽輪機(jī)汽源切換不及時，或汽源切換過程中不平穩(wěn)，將造成給水流量大幅波動，主再熱氣溫也隨之波動，不僅造成鍋爐氧化皮生成、脫落，還甚至造成機(jī)組停機(jī)。

1 汽動給水泵組概況

某電廠給水泵汽輪機(jī)是東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的，型號為G40-1.0；給水泵汽輪機(jī)型式為下排汽凝汽式，自帶水冷凝汽器運(yùn)行；額定功率為32.7 MW，給水泵效率為87%，轉(zhuǎn)速為4 849 r/min。內(nèi)效率為86.32(額定功率時)。給水泵是荏原機(jī)械淄博有限公生產(chǎn)的，型號為20×20×21-5stgHDB(主泵)； 600×400 KS(前置泵)。 構(gòu)成汽動給水泵組方式為給水泵—小汽輪機(jī)—變速箱—前置泵〔1〕。

2 小汽輪機(jī)汽源設(shè)置方式

小汽輪機(jī)采用三路汽源作為其工作用汽，啟動汽源即輔汽，四抽汽源及冷再汽源〔1〕。

2.1 輔汽汽源

調(diào)試階段由于機(jī)組尚未投入正常運(yùn)行，四抽和冷再汽源均無法投用，小機(jī)采用由啟動爐供給輔汽聯(lián)箱的蒸汽作為其啟動調(diào)試汽源。該汽源壓力、溫度和流量在調(diào)試階段能夠滿足小機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)需要。為了避免啟動爐長時間運(yùn)行，當(dāng)冷再壓力1 MPa以上時，可以投入冷再供輔汽聯(lián)箱這路，停止啟動爐運(yùn)行，但在四抽壓力達(dá)到0.512 MPa時，因盡早將四抽供輔汽聯(lián)箱這路投入，將冷再供輔汽聯(lián)箱這路切至熱備用狀態(tài)，避免輔汽聯(lián)箱壓力大幅波動導(dǎo)致給水流量大幅波動。

在正常運(yùn)行過程中，由于輔汽壓力、溫度和流量的限制，僅能維持小機(jī)最大出力大概在30%。隨著機(jī)組負(fù)荷的升高，鍋爐上水量不斷增大，汽泵出力逐漸增加，小機(jī)汽源要由輔汽切換為四抽供給，以滿足機(jī)組更高負(fù)荷的需要。目前投產(chǎn)的機(jī)組中，在啟動階段，都要進(jìn)行小機(jī)輔汽向四抽的汽源切換，切換過程和控制方式也非常成熟。在切換的過程，汽泵流量、轉(zhuǎn)速基本不會有太大的波動，對機(jī)組的正常運(yùn)行不會產(chǎn)生影響。

機(jī)組正常運(yùn)行時，考慮輔汽作為小機(jī)的熱備用汽源，在負(fù)荷低于40%以下，四抽壓力低于0.512 MPa時〔2〕，通過冷再將輔汽聯(lián)箱壓力調(diào)整至0.512 MPa以上，此時輔汽為小機(jī)提供主要汽源，避免小機(jī)高低壓汽源切換時引起給水流量大幅波動。

2.2 四抽汽源

四抽汽源作為小機(jī)正常運(yùn)行中的主要汽源，在機(jī)組啟動階段，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷逐漸升高時，四抽汽源要取代輔汽汽源，控制小機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)機(jī)組需要快速上水或主汽壓力上升較快造成給水泵上水困難時，小機(jī)調(diào)門逐漸開大，四抽汽源無法滿足轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)需要，當(dāng)小機(jī)低壓調(diào)門逐漸開大至80%以上，此時需要高壓汽源的補(bǔ)充，以達(dá)到調(diào)整小機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在冷再和四抽汽源切換的過程中，既要保證小機(jī)轉(zhuǎn)速盡可能小的波動，又要保證切換后小機(jī)轉(zhuǎn)速振蕩次數(shù)最少，這時高低壓調(diào)節(jié)閥的重疊度要調(diào)整好，以盡快恢復(fù)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定狀態(tài)，這樣才能保證機(jī)組正常的給水流量調(diào)節(jié)，保證機(jī)組異常工況需要。

2.3 冷再汽源

冷再汽源作為機(jī)組運(yùn)行過程中的低負(fù)荷、高負(fù)荷汽源，和事故情況下的備用汽源，機(jī)組負(fù)荷過低或過高時四抽壓力過低，無法滿足小機(jī)用汽需要，需要將汽源切換至冷再供給；事故情況下，四抽汽源失去，需要備用汽源為小機(jī)供汽，保證汽泵正常運(yùn)行，為鍋爐提供足夠的上水流量。

3 汽源切換過程中存在的問題

1)某廠1 000 MW超超臨界機(jī)組，給水系統(tǒng)配置單臺100%汽泵給水泵組，在機(jī)組升負(fù)荷過程中，汽源切換過程中導(dǎo)致給水流量低，鍋爐MFT。

在進(jìn)行汽源切換過程中曾出現(xiàn)的問題:小機(jī)汽源快速失去時，小機(jī)高、低壓調(diào)門響應(yīng)速度慢，轉(zhuǎn)速由3 500 rpm下降至457 rpm，汽泵完全失去出力，導(dǎo)致鍋爐上水流量低保護(hù)動作。隨著高調(diào)門開啟，轉(zhuǎn)速上升過快，從457 rpm上升至4 615 rpm，超調(diào)幅度較大，轉(zhuǎn)速上升之后波動幅度較大，且經(jīng)過多次振蕩衰減才逐漸恢復(fù)穩(wěn)定。高壓調(diào)節(jié)閥跟蹤滯后，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速迅速下降。長期低負(fù)荷運(yùn)行，高壓調(diào)門會出現(xiàn)現(xiàn)象，導(dǎo)致需要動作時而無法正常動作，或者出現(xiàn)突開突關(guān)現(xiàn)象。

2)某廠1 000 MW超超臨界機(jī)組，給水系統(tǒng)配置單臺100%汽泵給水泵組，機(jī)組負(fù)荷在250 MW減負(fù)至停機(jī)過程中輔汽聯(lián)箱壓力由0.71 Mpa降至0.39 Mpa，汽源切換不及時，導(dǎo)致鍋爐上水流量低，鍋爐MFT。

小機(jī)汽源由本機(jī)冷段供給，小機(jī)在250 MW減負(fù)至停機(jī)過程中輔汽聯(lián)箱壓力由0.71 Mpa降至0.39 Mpa小機(jī)調(diào)閥由59%至全開，小機(jī)汽源不足導(dǎo)致轉(zhuǎn)速指令與實際值偏差超過500 rpm，“小機(jī)升速失敗”導(dǎo)致小機(jī)跳閘。

3)冷段至輔汽調(diào)節(jié)門DCS顯示全開，調(diào)門節(jié)流嚴(yán)重，且調(diào)門線性很差，在冷段壓力較低時導(dǎo)致輔汽聯(lián)箱壓力不足。

4 汽源切換方式選擇

4.1 汽源切換時的壓力選擇

汽源切換時，蒸汽壓力的選擇尤為關(guān)鍵，如果選擇不合適，有可能導(dǎo)致小機(jī)調(diào)門前壓力波動或快速降低，從而影響小機(jī)轉(zhuǎn)速，使汽泵出力不穩(wěn)或突然下降。所以，在進(jìn)行汽源切換的過程中，要注意控制小汽機(jī)進(jìn)汽壓力穩(wěn)定，防止由于進(jìn)汽壓力降低時，小機(jī)調(diào)門全開，若此時切換至高壓汽源，小機(jī)調(diào)門會因關(guān)閉滯后導(dǎo)致轉(zhuǎn)速飛升。切換壓力的選擇要考慮小機(jī)正常運(yùn)行過程中高、低壓汽源與設(shè)計值得偏差，根據(jù)現(xiàn)場的實際運(yùn)行情況，通過實驗做一定的修正，確定最終的切換壓力。

4.2 調(diào)門動作特性

通過實驗確定調(diào)門在開啟和關(guān)閉過程中的死區(qū)，通過熱工調(diào)整，避開調(diào)門的死區(qū)，防止出現(xiàn)調(diào)門指令與反饋偏差大問題出現(xiàn)，從而影響給水流量自動調(diào)節(jié)。在小機(jī)調(diào)節(jié)油系統(tǒng)沖洗、調(diào)試階段要保證質(zhì)量，防止油質(zhì)不合格導(dǎo)致調(diào)門卡澀情況發(fā)生，影響實驗結(jié)果。

4.3 調(diào)門重疊度的設(shè)置

所謂調(diào)門重疊度是指采用噴嘴調(diào)節(jié)時，多個調(diào)節(jié)汽閥依次開啟，在前一閥門尚未全開時，下一閥便提前開啟。當(dāng)前閥全打開時，下閥提前開啟的量成為閥門的重疊度〔3〕。

閥門重疊度有兩種表述:行程重疊度和壓力重疊度〔4〕。

行程重疊度: ξH＝1－H1/Hmax

式中H1為后閥開始開啟時的前閥行程，Hmax為前閥全開行程。

壓力重疊度: ξp＝1－P1/Pmax

式中Pmax和P1為后閥開始開啟時，前閥的前、后壓力。

調(diào)門重疊度的設(shè)置可以根據(jù)圖1通過作圖法初步確定調(diào)門重疊度的范圍，再通過試驗確定最佳調(diào)門重疊度。最佳重疊度既要保證小機(jī)轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)，又要保證小機(jī)汽源的節(jié)流損失控制在最小。

圖1 閥門聯(lián)合流量特性

重疊度如太小，甚至為負(fù)值時，意味著油動機(jī)升程在某段范圍內(nèi)不起調(diào)節(jié)作用，稱為空行程，當(dāng)負(fù)荷停留于該工況點時，將導(dǎo)致油動機(jī)的晃動；另一方面油動機(jī)總升程相應(yīng)增大，由此而造成速度變動率增大。

重疊度如太大，則意味著在該負(fù)荷段存在著兩只調(diào)門同時節(jié)流的現(xiàn)象，一方面節(jié)流損失增大；另一方面過大的重疊度造成油動機(jī)在較小的行程范圍內(nèi)，對應(yīng)于較大的負(fù)荷變化，也就是說局部速度變動率將很小，這必然會引起負(fù)荷的自發(fā)漂移，而無法穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4 邏輯條件的優(yōu)化

小機(jī)汽源切換的邏輯判斷條件不能單純的取一個判斷條件，這樣容易造成誤判斷，要從幾方面考慮，將機(jī)組負(fù)荷、汽源壓力、小機(jī)主汽門前壓力等都作為切換的判斷條件，保證切換動作準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

在進(jìn)行小機(jī)汽源切換時要考慮很多因素，在小機(jī)調(diào)試階段要做好相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計及存檔，并對各種指標(biāo)進(jìn)行分析，不斷優(yōu)化，保證汽源切換過程的穩(wěn)定，從而保證汽動給水泵組的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

〔1〕東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司.神華國華永州發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程給水泵汽輪機(jī)技術(shù)協(xié)議〔Z〕.2014.

〔2〕哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司.神華國華永州發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程汽輪機(jī)設(shè)備技術(shù)協(xié)議 〔Z〕.2013.

〔3〕魯葉茂，曹濤.汽輪機(jī)調(diào)門最佳重疊度的確定方法 〔J〕.發(fā)電設(shè)備，2005，19(6):378-379.

〔4〕田松峰，史志杰，閆麗濤.汽輪機(jī)控制系統(tǒng)中閥門重疊度的研究 〔J〕.汽輪機(jī)技術(shù)，2008，50(6):448-450.

〔5〕徐博，董冠良，賈東鞠.熱工自動控制中積分飽和現(xiàn)象對自動調(diào)節(jié)過程的影響及其解決方法 〔J〕.吉林電力，2008，36(4):5-8.