发布时间 : 星期二 文章国电泰州发电厂1000MW机组防止给水流量波动大的方法探析更新完毕开始阅读158298bc1a37f111f1855bf6
国电泰州发电厂1000MW机组 防止给水流量波动大的方法探析
吴东黎
（国电泰州发电有限公司，泰州市高港区永安洲镇，邮编：225327）
【摘要】本文介绍了国电泰州发电有限公司一期2×1000MW超超临界机组，通过对热工逻辑和运行操作两个方面的优化，
减小给水泵切换时给水流量波动的方法，从而实现给水泵的并泵与切换更加简单和安全。
【关键词】1000MW 超超临界 给水流量
一、 系统介绍
1、 锅炉：国电泰州电厂一期工程2×1000MW机组锅炉是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司与日本三菱重工业
株式会社联合制造的。其型号为：HG-2980/26.15-YM2,系超超临界参数、变压垂直管屏带中间混合集箱直流炉、单炉膛、反向双切圆燃烧方式、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、Π型锅炉，主要参数：最大连续蒸发量（B-MCR）为2980t/h，锅炉出口蒸汽参数26.25MPa(a)/605/603℃。
2、 汽机：主汽轮机是由哈尔滨汽轮机有限责任公司与日本东芝联合设计制造的。根据我国规定的汽轮机
型号标准为：CLN1000-25.0/600/600，其东芝型号为TC4F－48，蒸汽参数为主汽压25MPa，主再热汽温度均为600℃，是超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、冲动凝汽式、八级回热抽汽式汽轮机，最大连续出力为1037.411MW，机侧蒸汽参数25MPa(a)/600/600℃。
3、 给水及锅炉启动系统：给水系统配置2×50%容量的汽泵组+30%容量的电泵组。启动系统为带再循环
泵系统，设置两只立式内置式汽水分离器，在启动阶段，锅炉负荷小于25%BMCR的最低直流负荷时，启动系统为湿态运行。流程如图1（锅炉启动系统2101）： 4、 给水系统设备介绍
1) 电泵：是德国KSB公司生产的CHTD6/5型离心泵，为卧式、水平、五级筒体式离心泵。其密封型式为
机械密封。最大工况点处的流量为1015t/h,扬程为3231m,转速为6043rpm,电机额定电压为10KV,额定电流为865A。
2) 电泵前置泵：是德国KSB公司生产的KRHA300 600型离心泵，为水平、单级轴向分开式低速离心泵，
内衬巴氏合金的径向轴承，自由端装有自位瓦块式双向推力轴承，采用压力油润滑，通过具有柔性与刚性兼有的金属迭片式联轴器与电机相连。其密封型式为机械密封。 3） 汽泵：是德国KSB公司生产的CHTD7/5型离心泵，为卧式、水平、五级筒体式离心泵。其密封型式
为机械密封。最大工况点处的流量为1640.8t/h,扬程为3184m,转速为5985rpm。
4） 汽泵前置泵：是德国KSB公司生产的KRHA400 710型离心泵，为水平、单级轴向分开式。其密封型
式为机械密封。
二、 问题的提出
直流炉与汽包炉相比较，在对给水系统的要求上存在以下特点：一是有最小流量保护，直流锅炉在运行时，省煤器入口流量不能低于一最小流量（552 t/h），这是保证水冷壁水动力特性的需要。二是水煤比的变化直接影响到中间点温度的变化，进而造成主汽温度的变化。从近几年投产的600MW超临界机组来看，普遍存在汽、电泵切换过程中发生给水流量的大幅度扰动，当锅炉处于湿态时会造成分离器水位的波动和水冷壁壁温超限，当锅炉处于干态时，会使中间点温度发生变化，进而造成主汽温度的波动，尤其是在低负荷阶段第一台汽泵并入系统时，甚至会使给水流量小于锅炉最小流量，造成锅炉MFT保护动作，对机组的安全运行造成严重威胁。在汽、电泵切换过程中如何才能使给水流量的波动尽量小，是大型直流炉对我们提出的一个难题。
1
2
三、 给水泵在切换过程中给水流量波动大的原因分析
正常情况下，给水泵都是多级离心泵，设置再循环系统，以保证其最小流量。以电泵为例，图2为泰州电厂电泵的特性曲线，图中给出了电泵的最小流量曲线，即Q-min曲线，运行中如果电泵工作点落在Q-min曲线左侧，就会发生左边界越限，也就是“打闷泵”，容易发生电泵汽化的故障。设置再循环系统，就是使再循环调节阀正常开出时，即使在电泵出口电动阀和旁路调节阀全关的情况下，也能保证电泵的最小流量。另外，为了更好地防止给水泵在运行时左边界越限，在逻辑上还考虑以下三个联锁和保护功能：
（1）再循环调节阀自动调节功能：在投自动的情况下，在循环调节阀的气动执行机构根据给水泵入口流量的变化自动调节再循环调节阀的开度，以保证给水泵流量不低于对应转速下的最小流量。
（2）再循环调节阀的超驰开启功能：当前给水泵入口流量低于某一值时，电磁执行机构超驰动作，迅速开启再循环调节阀，在很短时间内再循环调节阀全开（一般5S左右），以保证给水泵流量不低于对应转速下的最小流量。
（3）给水泵的小流量保护：当给水泵运行时，其入口流量低于某一值，经过延时跳给水泵。
扬程（m）480044004000360032002800Q-max（右边界）Q-min(左边界）24002000160012008004001560rpm05020040060080010001200140016002500rpm3940rpm3500rpm5000rpm4533rpm6236rpm6043rpm5500rpm流量（m3/h)
图2 电泵特性曲线（包括前置泵在内）
在给水泵在切换时，操作员要通过加减汽泵或电泵的转速，逐渐实现给水流量的转移，过程中由于给水泵再循环调节阀的参与调节，不可避免地会造成给水流量的波动。尤其是退出给水泵的再循环调节阀如果超驰动作，在很短时间内突然全开，对给水流量的扰动非常大。另外，操作员的操作手法不当，过快过猛，也是造成给水流量大幅波动的重要原因。
四、几种给水泵切换方式，对给水流量扰动程度和机组安全性影响的分析
对于泰州电厂配备的2×50%容量的汽泵组+30%容量的电泵组的给水系统，在正常的启动及停机过程中主要有以下几种典型的给水泵切换方式：
1、启动过程中第一台汽泵并入系统（电泵可带一定出力，也可全部退出）。此时机组处于低负荷阶段（200-300MW），给水流量比较小，接近于锅炉最低流量（552t/h）,电泵再循环调节阀开启造成的给水流量的波动占总流量的比例较大，所以扰动也比较大,如在湿态情况下容易造成分离器贮水箱水位的波动，在干态下容易造成水煤比失调，主汽温度的波动和水冷壁壁温的超限。另外给水流量的波动还容易造成锅炉最低流量保护的动作，MFT发生。
2、启动过程中第二台汽泵并入系统。此时机组负荷在500-550MW左右，锅炉已处于干态方式，给水流量比较大（大概1300t/h左右）,第一台汽泵的再循环调节阀开启造成的给水流量的波动占总流量的比
3
例较小，所以对主汽温度扰动也比较小，也不容易造成锅炉水冷壁壁温的超限和最低流量保护的动作。
3、停机过程中电泵并入系统，第一台汽泵退出系统。此方式为第2种方式的反向操作。对给水流量的扰动程度和机组安全性的影响同第2种方式。
4、停机过程第二台汽泵退出系统。此方式为第1种方式的反向操作。对给水流量的扰动程度和机组安全性的影响同第1种方式。
根据以上分析可知，最危险的工况发生在1和4两种方式。在启停机过程中的低负荷阶段，汽、电泵切换是最容易出问题的，容易造成分离器贮水箱水位的波动、主汽温度的波动和水冷壁壁温的超限，甚至还可能造成锅炉MFT。其直接原因就是给水泵切换过程中再循环调节阀的开启与关闭对给水流量的扰动比较大。
四、 问题的解决
1、给水泵小流量保护设置
根据KSB厂家提供的给水泵性能曲线中的Q-min曲线与不同转速曲线的交点，确定给水泵不同转速下的小流量保护定值。当给水泵流量低于对应转速下的最小流量，保护动作跳闸，这样可以保证给水泵运行时不致左边界越限。
对于防止给水泵右边界越限，由于在逻辑上很难实现，且容易造成误动，所以没有设置右边界越限保护。另外，正常情况下汽泵在200MW以后才并入系统，此时锅炉分离器出口压力已经在8.5MPa以上了，在3000rpm以上并入系统是不会发生右边界越限的（由图7的汽泵性能曲线可以看出）。至于电泵，运行中可由操作员根据电泵特性曲线进行控制，在锅炉上水和低负荷时谨防其右边界越限。 2、给水泵再循环调节阀通流量的确定
为了使给水泵循环调节阀的开启与关闭不致影响给水流量过大，必须使再循环调节阀在全开状态下，既能保证给水泵的最小流量，但又不能流量太大，因为再循环的通流量占给水泵总流量的比例就比较大，一旦再循环调节阀开启，尤其是超驰开启，会使给水流量下降非常多，扰动必然很大。
以电泵为例，在电泵单泵调试时，我们可以绘制出电泵的“再循环工况曲线”，也就是电泵在出口电动阀和旁路调节阀全关、再循环电动阀和调节阀全开的情况下，不同转速对应的工作点所连成的一根平滑曲线（如图2）。确定电泵的再循环调节阀的通流量，就是要使电泵的再循环工况曲线在Q-min曲线右侧，但不能离得太远。针对不同的给水泵，具体方法：一是在再循环调节阀选型时要考虑到这一点，一般可选择给水泵再循环通流量为总流量的25%左右；二是如果在给水泵单泵调试时发现通流量过大，再循环工况曲线离Q-min曲线太远，可以由热工通过改变再循环调节阀的最高限位的方法，改变通流量，确保再循环工况曲线在合适位置。 3、再循环调节阀控制逻辑的设置
如果控制逻辑设置不好，即使给水泵再循环调节阀的通流量是合适的，也不能发挥其正常的保护和调节功能。图3为泰州电厂给水泵再循环调节阀控制逻辑图，包括汽泵和电泵再循环调节阀的控制逻辑，其中有两个主要部分需要进行确定：
（1） 给水泵再循环调节阀的气动执行机构控制函数的确定
正常情况下，给水泵再循环调节阀是由气动执行机构按照其控制逻辑来进行控制的（如图3），由电泵再循环控制逻辑可知，选大器所对应的函数为F1(x),选小器所对应的函数为F2(x),根据电泵的额定流量，设置其函数图像如图4，这样电泵再循环调节阀在投自动时的控制情况如下：当电泵在加出力过程中，流量增加到310t/h,再循环调节阀开始自动关小，当流量增加到500t/h，再循环调节阀全部关闭；当电泵在减出力过程中，流量减小到440 t/h，再循环调节阀开始自动开出，当流量减小到250t/h，再循环调节阀全部开启。在整个加出力或减出力过程中，再循环调节阀的调节目标是使工作点始终位于F1(x)曲线和F2(x)之间，当工作点位于F1(x)曲线和F2(x)之间时，再循环调节阀保持不动，只有当工作点触及F1(x)曲线和F2(x)时，再循环调节阀才开始调节，使工作点回到两根曲线之间。如图4所示，采用两根曲线对再循环调节阀进行控制，形成了60 t/h的流量“死区”,这样可以避免再循环调节阀因给水泵流量的扰动频繁调节。
4