600MW機組供熱后汽輪機給水泵的運行分析

1、600MW供熱機組汽輪機給水泵軸功率不足問題分析與對策 王瓊宜昌供電公司配電中心 湖北省宜昌市 443000) 摘要：目前，大容量機組為降低廠用電率無一例外都采用了汽輪機給水泵的上水方案，且很多廠出于安全經(jīng)濟方面的考慮切除了汽輪機給水泵的高壓備用汽源。但是，當(dāng)機組經(jīng)過供熱改造后，額外增加的供熱抽汽量使汽輪機給水泵所需軸功率不足，在運行中出現(xiàn)了汽包上水困難、調(diào)節(jié)遲緩等問題。本文通過華電包頭發(fā)電公司的一次汽包水位異常事件系統(tǒng)地分析了事件的根本原因，提出了防止和控制類似事件發(fā)生的具體措施，并在工作中進(jìn)行了實施取得了良好的效果，證明供熱改造機組的給水泵汽輪機雖然切除高壓備用汽源給運行帶來了一定的影響，

2、但在機組滑壓運行時完全可以保證汽包的正常供水。為大容量機組供熱改造后汽輪機給水泵運行摸索出了可供參考的方法和經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：供熱，汽包水位，給水泵汽輪機，所需軸功率，給水總壓頭引言：華電包頭發(fā)電有限公司出于安全經(jīng)濟上的考慮切除了兩臺給水泵汽輪機高壓備用汽源，但在機組經(jīng)過供熱改造后出現(xiàn)了汽輪機給水泵上水困難的問題，這種問題在鍋爐燃燒工況劇烈變化時顯得尤其突出，多次由此引發(fā)異常事件險些造成跳機的事故發(fā)生。為找出汽輪機給水泵上水困難的真正原因從而加以預(yù)防和控制，防止類似事件的發(fā)生以保證機組安全運行。華電包頭兩臺機組為亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽沖動凝汽式，機組型號N60016.67/538/

3、538，采用高中壓合缸結(jié)構(gòu)，低壓缸為雙流反向布置。 給水系統(tǒng)配置兩臺50%容量的變速汽輪機拖動的鍋爐給水泵，每臺汽泵配置一臺定速前置泵，一臺30%容量的帶液力耦合器的電動給水泵做為備用，一臺汽泵和一臺電泵并列運行可滿足90%MCR的需要。 兩臺給水泵汽輪機正常運行由主機四段抽汽供汽，當(dāng)調(diào)門全開可滿足超額定壓力5%的汽包上水的需要。備用汽源來自主蒸汽和高壓輔汽聯(lián)箱，當(dāng)負(fù)荷降到額定負(fù)荷的30-40%時，主蒸汽備用汽源自動進(jìn)行內(nèi)切換補充給水泵汽輪機輸入功率的不足。高壓輔汽聯(lián)箱汽源做為起停機或調(diào)試時使用。 兩臺給水泵汽輪機額定工況下的正常工作汽源參數(shù)為壓力0.83MPa，溫度345.2，備用高壓汽源為

4、主蒸汽參數(shù)壓力16.67MPa，溫度538。由于兩路汽源溫差達(dá)216，容易對 給水泵汽輪機造成熱沖擊，此外，由于壓力相差太大運行中給水泵汽輪機的轉(zhuǎn)速極難控制，稍有不慎就會造成超速或是汽包水位超限導(dǎo)致MFT動作，對機組的安全經(jīng)濟運行十分不利。在正常運行中，一般機組在調(diào)峰時的最低負(fù)荷為額定負(fù)荷的50%以上，高于切換點負(fù)荷。因此，華電包頭公司在2008年機組大修時對兩臺給水泵汽輪機的高壓備用汽源進(jìn)行了改造，切除了來自主蒸汽的高壓備用汽源，只保留了高壓輔汽聯(lián)箱的備用汽源以供起停機時使用。至此華電包頭對機組進(jìn)行了兩項改造一是：切除了給水泵的高壓備用汽源，一是：進(jìn)行了熱網(wǎng)改造，供熱抽汽取自四段抽汽。本圖為

5、熱網(wǎng)改造后的#2機組視圖事件經(jīng)過2009年12月21日，19：05分，#2機組負(fù)荷360MW，主汽壓力14.4MPa，主汽流量1000t/h，供熱流量300t/h。由于鍋爐B磨煤機漏粉經(jīng)處理后恢復(fù)正常運行，爐膛燃燒得到加強主汽壓力由14.4MPa迅速升高至15.6MPa，汽包水位由0下降至-180mm，此后隨著鍋爐燃燒的減弱，主汽壓力由15.6MPa逐漸下降至14.0MPa，汽包水位回升至10mm， 2分鐘后汽包水位上升至180mm，A、B給水泵汽輪機CCS指令3300r/min，給水泵汽輪機給定轉(zhuǎn)速4000r/in，給水流量1500t/h，仍大于主蒸汽流量500t/h，A、B給水泵汽輪機CC

6、S控制方式跳至手動。1分鐘后汽包水位上升至280mm，距離鍋爐MFT動作水位只差20mm，被迫打閘A給水泵汽輪機運行才避免了汽包水位保護(hù)觸發(fā)MFT動作事故停機。此次異常事件原因分析： 2009年10月華電包頭公司對機組進(jìn)行了供熱改造，中壓缸排汽做為抽汽點，最大供熱抽汽量400t/h，供熱面積650萬平方米。當(dāng)機組純凝汽式運行時，額定主汽流量為1760t/h，這時就出現(xiàn)了給水泵汽輪機在低負(fù)荷所需軸功率不足的問題。當(dāng)汽輪機負(fù)荷變化時給水泵所需軸功率：Pp=0.2778QbP/（1）Qb鍋爐給水體積流量，m³/h；P給水泵總壓頭，MPa；給水泵效率，%；給水泵總壓頭：P=（Pp-Pg）+P

7、+Z（2）=gPp鍋爐汽包內(nèi)壓力，MPa；Pg除氧器壓力，MPa；P水在除氧器與鍋爐汽包之間的管道、閥門、高加、省煤器流動的壓力損失，MPa；Z鍋爐汽包水位與除氧器水位差，（常數(shù)）m；=給水的密度，N/m³；從（1）式可以看出影響給水泵所需軸功率Pp有三方面因素：即給水體積流量Qb、給水泵總壓頭P、給水泵效率p，但對于給定的給水泵其效率不變，因此實際影響因素：Qb、P，1、 當(dāng)給水體積流量Qb增加時，給水泵所需軸功率會隨之增加；2、 當(dāng)給水泵總壓頭P增加時，給水泵所需軸功率也會隨之增加。由于本機組進(jìn)行了供熱改造增加了供熱流量，因此比照純凝汽式的相同負(fù)荷下Qb比原來有所增加，使給水泵所

8、需軸功率大于純凝汽時相同負(fù)荷。從（2）式中可以看出相同負(fù)荷下除氧器壓力Pg、水在除氧器與鍋爐汽包之間的管道、閥門、高加、省煤器流動的壓力損失P、鍋爐汽包水位與除氧器水位差Z、給水的密度近似常數(shù)，只有汽包壓力Pp的變化會引起給水總壓頭P的變化綜上所述，本次事件可分為兩個階段，第一個階段是在兩臺汽泵調(diào)門開至最大后仍然引起汽包水位嚴(yán)重下降。其主要原因是：1、由于機組供熱后主汽流量的增加，使所需給水流量Qb比從前純凝汽式有所增加，使給水泵所需軸功率增加；2、因供熱抽汽取自主機四段抽汽這就降低了相同負(fù)荷下給水泵汽輪機的供汽壓力（取自四段抽汽），減小了蒸汽在給水泵汽輪機內(nèi)的理想焓降，也就是降低了給水泵汽輪

9、機的輸出功率；3、機組360MW負(fù)荷時根據(jù)電科院所給定的滑壓參數(shù)是11.6MPa，而機組當(dāng)時投定壓運行主汽壓力設(shè)定值為14.4MPa高于滑壓參數(shù)使給水泵總壓頭增加；4、由于鍋爐工況的變化，燃燒突然加強導(dǎo)致汽包壓力以1MPa/min的速率急劇升高，給水泵所需軸功率也急劇增加，此時汽輪機給水泵雖開大調(diào)門卻跟不上所需功率增加的速度。本圖為給水泵汽輪機MEH操作畫面第二個階段：汽包水位異常升高。其主要原因是：機組供熱改造前360MW負(fù)荷時，給水泵汽輪機低壓調(diào)門LCV1閥位一般保持在60%左右，當(dāng)熱網(wǎng)改造后由于以上幾種原因使給水泵汽輪機低壓調(diào)門LCV1閥位增加至88%左右，這使給水泵的調(diào)節(jié)空間減小，經(jīng)不

10、起速率較大的汽包壓力的波動。當(dāng)鍋爐燃燒加強汽包壓力Pp迅速增加后，使給水泵總壓頭P急劇增加引起給水泵所需軸功率也隨之急劇增加，兩臺給水泵汽輪機CCS指令增加，低壓調(diào)門由原來的88%迅速增加至100%。但由于給水泵汽輪機輸出功率仍達(dá)不到該汽包壓力對應(yīng)的給水泵所需軸功率，因此汽包水位仍不能達(dá)到給定水位，給水泵汽輪機CCS指令轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，此時的閥位指令也繼續(xù)增加，增加至100%后，低壓調(diào)門開度達(dá)100%，高壓調(diào)門CVO1開始開啟，當(dāng)MEH閥位指令給至200%時，高壓調(diào)門CVO1由0%增加至100%。但此時因高壓汽源已經(jīng)切除實際并沒有增加給水泵汽輪機的進(jìn)汽，故此時給水泵汽輪機仍保持在低壓調(diào)門全開時的

11、軸功率，汽包水位降低到-120MM左右。當(dāng)鍋爐燃燒的減弱，主汽壓力由15.6MPA逐漸下降至14.0MPA，汽包水位迅速回升，給水泵汽輪機CCS指令隨之降低，但此時CCS指令是200%，只有當(dāng)CCS指令減至100%后才開始發(fā)出減小低壓調(diào)門開度的指令，也就是此時的給水泵汽輪機并沒有根據(jù)汽包水位及時地降低閥位減少給水流量。當(dāng)CCS指令與給定轉(zhuǎn)速偏差達(dá)300r/min時，汽輪機給水泵由CCS控制方式自動切換至手動方式，雖然進(jìn)行手動操作閥位按鈕降低給水泵轉(zhuǎn)速，但由于1.5%的操作速率仍然過慢，結(jié)果使汽包水位異常升高被迫打閘一臺給水泵汽輪機才避免了汽包水位保護(hù)動作。此次事件暴漏出的問題：1、對給水泵汽輪

12、機的改造不徹底，雖然汽機檢修給高壓主汽門加了堵板，熱工專業(yè)卻沒及時對給水泵汽輪機CCS指令進(jìn)行修改。2、機組供熱改造后，由于汽輪機給水泵切除了高壓備用汽源，低負(fù)荷時的供熱流量要進(jìn)行限制，否則將會造成汽包上水困難；3、給水泵汽輪機的低壓備用汽源來自高壓輔汽聯(lián)箱，而高壓輔汽聯(lián)箱的供汽調(diào)節(jié)門極不穩(wěn)定，事故率較多，使低壓備用汽源不能得到正常備用；4、當(dāng)鍋爐工況劇烈變化引起主汽壓力急劇升高時，將發(fā)生給水泵汽輪機軸功率不足引起汽包上水困難；5、機組偏離給定的滑壓曲線，一方面降低了經(jīng)濟性另一方面使給水泵汽輪機所需的軸功率增加造成汽包供水困難。供熱后給水泵汽輪機功率不足的防控措施， 由于給水泵汽輪機切除高壓備

13、用汽源的改造方案中忽略了CCS控制系統(tǒng)的相應(yīng)改動，造成給水泵汽輪機的回調(diào)速度過慢調(diào)節(jié)遲緩。于是檢修方面采取了相應(yīng)的解決方案：1、 由熱工專業(yè)修改邏輯，在MEH控制系統(tǒng)中修改閥位指令，將上限200%降低至100%，去掉高壓調(diào)門指令的參與；2、 由熱工專業(yè)修改MEH手動控制時的操作速率，由原來的1.5%提高至3%，提高在異常情況下的響應(yīng)速度；3、 給水泵汽輪機調(diào)門開度達(dá)到90%時增加熱工報警信號，提醒運行人員注意。低負(fù)荷階段由于蒸汽流量的減少，四段抽汽壓力下降使給水泵汽輪機的輸入功率降低。而此時影響給水泵所需軸功率的主要因素是汽包壓力和給水流量。因此，限制汽包壓力和給水流量成為問題的關(guān)鍵。針對于此

14、運行方面也采取了解決方案：1、當(dāng)機組低負(fù)荷階段執(zhí)行滑壓運行參數(shù)，主汽壓力不允許超過機組負(fù)荷所對應(yīng)的滑壓參數(shù)；2、鍋爐進(jìn)行燃燒調(diào)整時，主汽壓力的變化率不超過0.5MPa/min；3、嚴(yán)密監(jiān)視兩臺給水泵汽輪機調(diào)門，當(dāng)調(diào)門開度超過90%時，降低供熱抽汽流量，使調(diào)門開度小于90%；4、設(shè)定各負(fù)荷段的最大供熱流量限制值，防止超過給水泵汽輪機所需軸功率的最大值；機組負(fù)荷300MW400MW450MW500MW550MW供熱流量1102604504504505、高壓輔汽聯(lián)箱備用汽源隨時保持熱態(tài)備用，必要時投入；6、保證電動給水泵的正常備用。通過此次汽包水位異常事件的發(fā)生，引起了華電包頭公司對供熱改造后給水泵汽輪機出力不足問題的重視。通過檢修和運行兩方面制定了具體措施并得到很好地實施，改善了汽輪機給水泵的運行狀況，解決了600MW機組供熱改造后，對于切除高壓備用汽源給水泵汽輪機的功率不足的運行難題，為大容量供熱機組的運行摸索出了供同行業(yè)參考的方法和經(jīng)驗。結(jié)論：通過對以上措施的實施，華電包頭發(fā)電公司供熱期間再沒有發(fā)生過類似異常事件。機組在給水泵汽輪機的高壓備用汽源切除后進(jìn)行供熱改造，雖然帶來了一定的安全隱患，但是并不需要恢復(fù)高壓備用汽源。從運行和檢