1 高加系統(tǒng)概況

高加是一種表面式加熱器，它利用汽輪機(jī)抽汽來(lái)加熱鍋爐給水，以提高鍋爐給水溫度、減少凝汽器中的熱損耗，從而提高電廠的熱效率并保證機(jī)組的出力［2］。由于被加熱水來(lái)自給水泵出口，水側(cè)管路壓力很高，故稱之為“高壓”加熱器。泰州發(fā)電公司二次再熱機(jī)組高加由上海電氣集團(tuán)( 上海動(dòng)力設(shè)備有限公司) 制造。每臺(tái)機(jī)組配置 2 × 4 臺(tái) 50% 容量的臥式高加，雙列布置。每臺(tái)加熱器均按雙流程設(shè)計(jì)為全焊接結(jié)構(gòu)。每臺(tái)加熱器( 包括除氧器) 均設(shè)有啟動(dòng)排氣和連續(xù)排氣。所有高加的汽側(cè)啟動(dòng)排氣和連續(xù)排氣均接至除氧器。

 

高加為臥式 U 形管，半球形水室有橢圓形自密封人孔，#1，#3，#4 高加的傳熱區(qū)段有過(guò)熱蒸汽冷卻段、凝結(jié)段和疏水冷卻段 3 個(gè)傳熱區(qū)段，而 #2 高加的傳熱區(qū)段只有凝結(jié)段和疏水冷卻段兩個(gè)傳熱區(qū)段。

 

對(duì)于典型的超超臨界二次再熱機(jī)組的熱力系統(tǒng)，除增加一套二次再熱系統(tǒng)外，機(jī)組還需采用外置式蒸汽冷卻器。外置式蒸汽冷卻器有獨(dú)立的加熱器外殼，其位置布置靈活，給水溫度的提高不是通過(guò)提高zui高一級(jí)抽汽壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)而是利用抽汽過(guò)熱度加熱回?zé)嵯到y(tǒng)給水，提高鍋爐給水溫度，從而獲得更高的經(jīng)濟(jì)性。

 

泰州發(fā)電公司 #3 機(jī)組設(shè)有 10 級(jí)非調(diào)整抽汽，其中 1 ～ 4 級(jí)抽汽分別向 #1 ～ #4 高加供汽，抽汽參數(shù)見(jiàn)表 1。

機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)抽汽過(guò)熱度較大時(shí)，2，4 級(jí)抽汽首先分別進(jìn)入 #2 和 #4 外置式蒸汽冷卻器，充分利用抽汽過(guò)熱度來(lái)提高給水溫度。抽汽放熱接近飽和蒸汽狀態(tài)后分別進(jìn)入 #2 和 #4 高加。#2，#4 外置式蒸汽冷卻器分別串聯(lián)在每列 #1 高加后。每列4 級(jí)高加及外置式蒸汽冷卻器采用給水大旁路系統(tǒng)，當(dāng)每列中任一臺(tái)高加或外置式蒸汽冷卻器故障時(shí)，該列高加同時(shí)從系統(tǒng)中退出，給水能快速切換到該列給水旁路。高加系統(tǒng)布置如圖 1、圖 2 所示。

此外，泰州發(fā)電公司 #3 機(jī)組還設(shè)置了鄰機(jī)加熱裝置，1，3 級(jí)抽汽母管中各接入一路來(lái)自一期老機(jī)組的抽汽管路。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，利用相鄰運(yùn)行機(jī)組的抽汽加熱機(jī)組的給水，以完成熱態(tài)沖洗和機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程。這種設(shè)計(jì)方式有利于縮短啟機(jī)時(shí)間，降低鍋爐損耗，減少堵管造成的超溫爆管。

2、高加水位測(cè)量與控制

高加是火電廠內(nèi)在zui高壓力下運(yùn)行的設(shè)備，運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷突變、給水泵故障、旁路切換等引起的壓力和溫度的劇變都會(huì)給高加帶來(lái)?yè)p害，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)很大的安全隱患。高加水位過(guò)高容易使凝結(jié)水倒流回汽輪機(jī)缸內(nèi)，造成汽輪機(jī)進(jìn)水，對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、葉片造成損害，直接影響機(jī)組整體運(yùn)行的安全性。因此，除了在設(shè)計(jì)、制造和安裝時(shí)必須保證質(zhì)量外，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中必須加強(qiáng)對(duì)高加水位的測(cè)量和監(jiān)視，保證高加水位能控制在正常范圍內(nèi)，確保高加系統(tǒng)長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

 

2． 1 高加水位測(cè)量

泰州發(fā)電公司 #3 機(jī)組高加水位測(cè)量采用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。與差壓法測(cè)量相比，導(dǎo)波雷達(dá)測(cè)量裝置安裝調(diào)試更加方便，可以消除負(fù)荷和真空度變化等因素對(duì)水位的影響，提高水位測(cè)量的精度。每臺(tái)高加布置 3 套導(dǎo)波雷達(dá)水位測(cè)量裝置，3 組模擬量測(cè)量信號(hào)分別傳送到分散控制系統(tǒng)( DCS) ，經(jīng)高低限報(bào)警器處理后得到高( 低) 一值、高二值、高三值開(kāi)關(guān)量信號(hào)，用以實(shí)現(xiàn)高加水位報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù); 同時(shí)，對(duì) 3 組模擬量進(jìn)行三取中及壞點(diǎn)質(zhì)量判斷等處理，用于高加水位顯示與調(diào)節(jié)。

 

2． 2 高加水位常規(guī)控制

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，每列高加的疏水均采用逐級(jí)自流方式，即靠上下兩級(jí)高加汽側(cè)的壓力差，將疏水自動(dòng)導(dǎo)入壓力較低的下一級(jí)加熱器，#4 高加出口的疏水則自流到除氧器; 各級(jí)高加還設(shè)有危急疏水管路，危急疏水直接排入凝汽器疏水立管，經(jīng)擴(kuò)容釋壓后排入凝汽器［3］。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行異常，發(fā)生高加水側(cè)解列時(shí)，控制邏輯超馳關(guān)閉正常疏水調(diào)節(jié)閥; 當(dāng)高加水位達(dá)到高二值或發(fā)生高加汽側(cè)解列時(shí)，控制邏輯則超馳打開(kāi)危急疏水調(diào)節(jié)閥，以防止水位進(jìn)一步上升。

 

常規(guī)的高加水位自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的單回路比例 － 積分 － 微分( PID) 控制系統(tǒng)，水位設(shè)定值由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)置，設(shè)定值和實(shí)際測(cè)量值的偏差送入 PID 模塊進(jìn)行運(yùn)算，輸出 4 ～ 20 mA 的電流信號(hào)，控制疏水門(mén)開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)高加水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)。如圖 3 所示，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，受疏水閥門(mén)特性、機(jī)組運(yùn)行狀況等多因素影響，采用這種簡(jiǎn)單的控制策略控制效果較差，疏水閥門(mén)頻繁動(dòng)作，導(dǎo)致高加水位在設(shè)定值附近波動(dòng)，有必要對(duì)控制策略進(jìn)行優(yōu)化。

3 高加保護(hù)解列策略

高加水位保護(hù)是大型汽輪發(fā)電機(jī)組的一項(xiàng)重要保護(hù)，由于運(yùn)行過(guò)程中影響高加水位的因素較多，高加系統(tǒng)容易出現(xiàn)水位過(guò)高或過(guò)低等異?，F(xiàn)象，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。為保證機(jī)組的安全性，高加系統(tǒng)必須能夠快速準(zhǔn)確地進(jìn)行保護(hù)解列動(dòng)作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)高加系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置的特殊性，設(shè)計(jì)了高加系統(tǒng)保護(hù)解列控制策略，當(dāng)以下任一情況發(fā)生時(shí)，高加系統(tǒng)解列( 分水側(cè)解列和汽側(cè)解列兩種情況，如圖 4所示) : ( 1) 汽輪機(jī)跳閘; ( 2) 發(fā)電機(jī)解列; ( 3) A( B)列任一高加水位達(dá)高三值( ＞ 138 mm) ; ( 4) 手動(dòng)解列; ( 5) A( B) 列液動(dòng)三通閥全關(guān)。

3． 1 水側(cè)解列

高加系統(tǒng)任何一列發(fā)生水側(cè)解列后，聯(lián)鎖關(guān)閉該列高加液動(dòng)三通閥，水側(cè)切換至旁路管道運(yùn)行; 同時(shí)，該列高加汽側(cè)聯(lián)鎖關(guān)閉氣動(dòng)逆止閥和電動(dòng)隔離閥。

 

為了避免由于測(cè)量信號(hào)不準(zhǔn)確而導(dǎo)致高加系統(tǒng)保護(hù)誤動(dòng)，蒸汽冷卻器水位高只作報(bào)警信號(hào)，不作聯(lián)鎖邏輯。

 

3． 2 汽側(cè)解列

由于增加了兩個(gè)外置式蒸汽冷卻器，使得二次再熱機(jī)組的高加系統(tǒng)汽側(cè)解列保護(hù)邏輯比一次再熱機(jī)組的復(fù)雜，A，B 側(cè)高加汽側(cè)解列條件分別見(jiàn)表 2、表 3。根據(jù)工藝流程，二級(jí)抽汽先通過(guò) #2 蒸汽冷卻器后再分別送入 A2，B2 高加，由于 #2 蒸汽冷卻器布置在 A 列高加，所以當(dāng) A 列高加水側(cè)解列后，#

2蒸汽冷卻器水側(cè)沒(méi)有給水流通，#2 蒸汽冷卻器進(jìn)汽電動(dòng)閥關(guān)閉，聯(lián)鎖 B2 汽側(cè)解列; 同理，B 列水側(cè)解列后，#4 蒸汽冷卻器水側(cè)沒(méi)有給水流通，#4 蒸汽冷卻器進(jìn)汽電動(dòng)閥關(guān)閉，聯(lián)鎖 A4 汽側(cè)解列。

二級(jí)抽汽通過(guò) #2 蒸汽冷卻器后，由于 A2 和 B2抽汽隔離閥前均未裝設(shè)逆止閥，B2 高加水位高時(shí)，為防止 B2 高加水位過(guò)高而導(dǎo)致凝結(jié)水倒流入抽汽管道，從而影響 A2 高加的安全投運(yùn)，當(dāng) B2 高加水位達(dá)高三值時(shí)，#2 蒸汽冷卻器進(jìn)汽電動(dòng)閥關(guān)閉，聯(lián)鎖 A2 汽側(cè)解列; 同理，當(dāng) A4 高加水位達(dá)高三值時(shí)，#4 蒸汽冷卻器進(jìn)汽電動(dòng)門(mén)關(guān)閉，聯(lián)鎖 B4 汽側(cè)解列。

4 高加系統(tǒng)控制策略優(yōu)化

某日，機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，B2 高加正常疏水調(diào)節(jié)閥在控制指令未變化的情況下突然全開(kāi)，導(dǎo)致B3 高加水位快速上升，達(dá)到高三值后 B 列高加解列。該過(guò)程中，B3 高加正常疏水閥、危急疏水閥的開(kāi)度變化，響應(yīng)控制指令及超馳指令的速度正常，無(wú)動(dòng)作遲緩現(xiàn)象。

 

             此次事故暴露的主要問(wèn)題是高加系統(tǒng)正常疏水閥水位調(diào)節(jié)速度慢，沒(méi)能及時(shí)控制高加水位的快速上升，zui終導(dǎo)致高加解列。泰州發(fā)電公司二次再熱機(jī)組設(shè)計(jì)了凝結(jié)水節(jié)流輔助調(diào)頻，當(dāng)采用凝結(jié)水輔助調(diào)頻時(shí)，為了防止除氧器水位下降過(guò)多而影響凝結(jié)水輔助調(diào)頻的正常投運(yùn)，需要增加高加系統(tǒng)至除氧器的正常疏水流量，保證除氧器水位在正?？刂品秶鷥?nèi)。針對(duì)這些問(wèn)題，結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、疏水調(diào)節(jié)閥的控制特性以及運(yùn)行人員的操作習(xí)慣，對(duì)高加系統(tǒng)控制策略進(jìn)行以下優(yōu)化。

             ( 1) 當(dāng)下級(jí)容器水位高時(shí)( 高加水位 ＞ 88 mm，除氧器水位 ＞ 500 mm) ，超馳關(guān)上級(jí)高加正常疏水閥，以防止上級(jí)疏水閥異常開(kāi)啟導(dǎo)致下級(jí)水位過(guò)高，使得高加系統(tǒng)保護(hù)誤動(dòng)。

             ( 2) 高加水位≥88 mm 時(shí)立即超馳開(kāi)對(duì)應(yīng)的高加危急疏水閥，取消原先的 3 s 延時(shí)，加快緊急情況下危急疏水閥的動(dòng)作響應(yīng)速度。

             ( 3) 凝結(jié)水節(jié)流輔助調(diào)頻技術(shù)投入時(shí)，高加水位設(shè)定值在原手動(dòng)設(shè)定值基礎(chǔ)上自動(dòng)減小 10 mm，保證機(jī)組凝結(jié)水輔助調(diào)頻技術(shù)的正常投用。

             ( 4) 當(dāng)高加水位上升速度較快時(shí)，該高加正常疏水閥開(kāi)度指令相應(yīng)增大，提高疏水閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。如圖 5 所示，此前饋?zhàn)饔迷诟呒铀?＞ 45 mm時(shí)才輸出。

             控制邏輯優(yōu)化后，高加系統(tǒng)重新投入運(yùn)行，正常工況下，系統(tǒng)進(jìn)出水溫度在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，疏水閥水位自動(dòng)控制正常，水位變化平穩(wěn)。對(duì)比圖 3 和圖6，在機(jī)組降負(fù)荷過(guò)程時(shí)，高加水位波動(dòng)比控制邏輯優(yōu)化前明顯減小，疏水調(diào)節(jié)性能更為平穩(wěn)，控制效果得到明顯改善。

5 結(jié)束語(yǔ)

             結(jié)合泰州發(fā)電公司 1 000 MW 超超臨界二次再熱機(jī)組高加系統(tǒng)的運(yùn)行特性，對(duì)高加系統(tǒng)控制策略進(jìn)行了優(yōu)化，保證了二次再熱汽輪機(jī)組運(yùn)行的可靠性和安全性。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)陸續(xù)有多臺(tái)二次再熱機(jī)組投入建設(shè)，二次再熱技術(shù)研究必定朝著深入的方向發(fā)展。為解決機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中遇到的問(wèn)題，需對(duì)高加系統(tǒng)原有的調(diào)節(jié)和保護(hù)邏輯定期進(jìn)行改進(jìn)和完善，不斷提高機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。