600MW机组供热后汽轮机给水泵的运行分析.docVIP

600MW供热机组汽轮机给水泵轴功率不足问题分析与对策 王琼宜昌供电公司配电中心 湖北省宜昌市 443000) 摘要：目前，大容量机组为降低厂用电率无一例外都采用了汽轮机给水泵的上水方案，且很多厂出于安全经济方面的考虑切除了汽轮机给水泵的高压备用汽源。但是，当机组经过供热改造后，额外增加的供热抽汽量使汽轮机给水泵所需轴功率不足，在运行中出现了汽包上水困难、调节迟缓等问题。本文通过华电包头发电公司的一次汽包水位异常事件系统地分析了事件的根本原因，提出了防止和控制类似事件发生的具体措施，并在工作中进行了实施取得了良好的效果，证明供热改造机组的给水泵汽轮机虽然切除高压备用汽源给运行带来了一定的影响，但在机组滑压运行时完全可以保证汽包的正常供水。为大容量机组供热改造后汽轮机给水泵运行摸索出了可供参考的方法和经验。关键词：供热，汽包水位，给水泵汽轮机，所需轴功率，给水总压头引言：华电包头发电有限公司出于安全经济上的考虑切除了两台给水泵汽轮机高压备用汽源，但在机组经过供热改造后出现了汽轮机给水泵上水困难的问题，这种问题在锅炉燃烧工况剧烈变化时显得尤其突出，多次由此引发异常事件险些造成跳机的事故发生。为找出汽轮机给水泵上水困难的真正原因从而加以预防和控制，防止类似事件的发生以保证机组安全运行。华电包头两台机组为亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽冲动凝汽式，机组型号N60016.67/538/538，采用高中压合缸结构，低压缸为双流反向布置。 给水系统配置两台50%容量的变速汽轮机拖动的锅炉给水泵，每台汽泵配置一台定速前置泵，一台30%容量的带液力耦合器的电动给水泵做为备用，一台汽泵和一台电泵并列运行可满足90%MCR的需要。 两台给水泵汽轮机正常运行由主机四段抽汽供汽，当调门全开可满足超额定压力5%的汽包上水的需要。备用汽源来自主蒸汽和高压辅汽联箱，当负荷降到额定负荷的30-40%时，主蒸汽备用汽源自动进行内切换补充给水泵汽轮机输入功率的不足。高压辅汽联箱汽源做为起停机或调试时使用。 两台给水泵汽轮机额定工况下的正常工作汽源参数为压力0.83MPa，温度345.2，备用高压汽源为主蒸汽参数压力16.67MPa，温度538。由于两路汽源温差达216，容易对 给水泵汽轮机造成热冲击，此外，由于压力相差太大运行中给水泵汽轮机的转速极难控制，稍有不慎就会造成超速或是汽包水位超限导致MFT动作，对机组的安全经济运行十分不利。在正常运行中，一般机组在调峰时的最低负荷为额定负荷的50%以上，高于切换点负荷。因此，华电包头公司在2008年机组大修时对两台给水泵汽轮机的高压备用汽源进行了改造，切除了来自主蒸汽的高压备用汽源，只保留了高压辅汽联箱的备用汽源以供起停机时使用。至此华电包头对机组进行了两项改造一是：切除了给水泵的高压备用汽源，一是：进行了热网改造，供热抽汽取自四段抽汽。本图为热网改造后的#2机组视图事件经过2009年12月21日，19：05分，#2机组负荷360MW，主汽压力14.4MPa，主汽流量1000t/h，供热流量300t/h。由于锅炉B磨煤机漏粉经处理后恢复正常运行，炉膛燃烧得到加强主汽压力由14.4MPa迅速升高至15.6MPa，汽包水位由0下降至-180mm，此后随着锅炉燃烧的减弱，主汽压力由15.6MPa逐渐下降至14.0MPa，汽包水位回升至10mm， 2分钟后汽包水位上升至180mm，A、B给水泵汽轮机CCS指令3300r/min，给水泵汽轮机给定转速4000r/in，给水流量1500t/h，仍大于主蒸汽流量500t/h，A、B给水泵汽轮机CCS控制方式跳至手动。1分钟后汽包水位上升至280mm，距离锅炉MFT动作水位只差20mm，被迫打闸A给水泵汽轮机运行才避免了汽包水位保护触发MFT动作事故停机。此次异常事件原因分析： 2009年10月华电包头公司对机组进行了供热改造，中压缸排汽做为抽汽点，最大供热抽汽量400t/h，供热面积650万平方米。当机组纯凝汽式运行时，额定主汽流量为1760t/h，这时就出现了给水泵汽轮机在低负荷所需轴功率不足的问题。当汽轮机负荷变化时给水泵所需轴功率：Pp=0.2778QbP/（1）Qb锅炉给水体积流量，m/h；P给水泵总压头，MPa；给水泵效率，%；给水泵总压头：P=（Pp-Pg）+P+Z（2）=gPp锅炉汽包内压力，MPa；Pg除氧器压力，MPa；P水在除氧器与锅炉汽包之间的管道、阀门、高加、省煤器流动的压力损失，MPa；Z锅炉汽包水位与除氧器水位差，（常数）m；=给水的密度，N/m；从（1）式可以看出影响给水泵所需轴功率Pp有三方面因素：即给水体积流量Qb、给水泵总压头P、给水泵效率p，但对于给定的给水泵其效率不变，因此实际影响因素：Qb、P，1、 当给水体积流量Qb增加时，给水泵所需轴功率会随之增加；2、 当给水泵总压头P增加时，给水泵所需轴功率也会随之增加。由于本机组进行了供热改造增加了供热流量，因此比照纯凝汽式的相同负荷下Qb比原来有所增加，使给水泵所需轴功率大于纯凝汽时相同负荷。从（2）式中可以看出相同负荷下除氧器压力Pg、水在除氧器与锅炉汽包之间的管道、阀门、高加、省煤器流动的压力损失P、锅炉汽包水位与除氧器水位差Z、给水的密度近似常数，只有汽包压力Pp的变化会引起给水总压头P的变化综上所述，本次事件可分为两个阶段，第一个阶段是在两台汽泵调门开至最大后仍然引起汽包水位严重下降。其主要原因是：1、由于机组供热后主汽流量的增加，使所需给水流量Qb比从前纯凝汽式有所增加，使给水泵所需轴功率增加；2、因供热抽汽取自主机四段抽汽这就降低了相同负荷下给水泵汽轮机的供汽压力（取自四段抽汽），减小了蒸汽在给水泵汽轮机内的理想焓降，也就是降低了给水泵汽轮机的输出功率；3、机组360MW负荷时根据电科院所给定的滑压参数是11.6MPa，而机组当时投定压运行主汽压力设定值为14.4MPa高于滑压参数使给水泵总压头增加；4、由于锅炉工况的变化，燃烧突然加强导致汽包压力以1MPa/min的速率急剧升高，给水泵所需轴功率也急剧增加，此时汽轮机给水泵虽开大调门却跟不上所需功率增加的速度。本图为给水泵汽轮机MEH操作画面第二个阶段：汽包水位异常升高。其主要原因是：机组供热改造前360MW负荷时，给水泵汽轮机低压调门LCV1阀位一般保持在60%左右，当热网改造后由于以上几种原因使给水泵汽轮机低压调门LCV1阀位增加至88%左右，这使给水泵的调节空间减小，经不起速率较大的汽包压力的波动。当锅炉燃烧加强汽包压力Pp迅速增加后，使给水泵总压头P急剧增加引起给水泵所需轴功率也随之急剧增加，两台给水泵汽轮机CCS指令增加，低压调门由原来的88%迅速增加至100%。但由于给水泵汽轮机输出功率仍达不到该汽包压力对应的给水泵所需轴功率，因此汽包水位仍不能达到给定水位，给水泵汽轮机CCS指令转速继续增加，此时的阀位指令也继续增加，增加至100%后，低压调门开度达100%，高压调门CVO1开始开启，当MEH阀位指令给至200%时，高压调门CVO1由0%增加至100%。但此时因高压汽源已经切除实际并没有增加给水泵汽轮机的进汽，故此时给水泵汽轮机仍保持在低压调门全开时的轴功率，汽包水位降低到-120MM左右。当锅炉燃烧的减弱，主汽压力由15.6MPA逐渐下降至14.0MPA，汽包水位迅速回升，给水泵汽轮机CCS指令随之降低，但此时CCS指令是200%，只有当CCS指令减至100%后才开始发出减小低压调门开度的指令，也就是此时的给水泵汽轮机并没有根据汽包水位及时地降低阀位减少给水流量。当CCS指令与给定转速偏差达300r/min时，汽轮机给水泵由CCS控制方式自动切换至手动方式，虽然进行手动操作阀位按钮降低给水泵转速，但由于1.5%的操作速率仍然过慢，结果使汽包水位异常升高被迫打闸一台给水泵汽轮机才避免了汽包水位保护动作。此次事件暴漏出的问题：1、对给水泵汽轮机的改造不彻底，虽然汽机检修给高压主汽门加了堵板，热工专业却没及时对给水泵汽轮机CCS指令进行修改。2、机组供热改造后，由于汽轮机给水泵切除了高压备用汽源，低负荷时的供热流量要进行限制，否则将会造成汽包上水困难；3、给水泵汽轮机的低压备用汽源来自高压辅汽联箱，而高压辅汽联箱的供汽调节门极不稳定，事故率较多，使低压备用汽源不能得到正常备用；4、当锅炉工况剧烈变化引起主汽压力急剧升高时，将发生给水泵汽轮机轴功率不足引起汽包上水困难；5、机组偏离给定的滑压曲线，一方面降低了经济性另一方面使给水泵汽轮机所需的轴功率增加造成汽包供水困难。供热后给水泵汽轮机功率不足的防控措施， 由于给水泵汽轮机切除高压备用汽源的改造方案中忽略了CCS控制系统的相应改动，造成给水泵汽轮机的回调速度过慢调节迟缓。于是检修方面采取了相应的解决方案：1、 由热工专业修改逻辑，在MEH控制系统中修改阀位指令，将上限200%降低至100%，去掉高压调门指令的参与；2、 由热工专业修改MEH手动控制时的操作速率，由原来的1.5%提高至3%，提高在异常情况下的响应速度；3、 给水泵汽轮机调门开度达到90%时增加热工报警信号，提醒运行人员注意。低负荷阶段由于蒸汽流量的减少，四段抽汽压力下降使给水泵汽轮机的输入功率降低。而此时影响给水泵所需轴功率的主要因素是汽包压力和给水流量。因此，限制汽包压力和给水流量成为问题的关键。针对于此运行方面也采取了解决方案：1、当机组低负荷阶段执行滑压运行参数，主汽压力不允许超过机组负荷所对应的滑压参数；2、锅炉进行燃烧调整时，主汽压力的变化率不超过0.5MPa/min；3、严密监视两台给水泵汽轮机调门，当调门开度超过90%时，降低供热抽汽流量，使调门开度小于90%；4、设定各负荷段的最大供热流量限制值，防止超过给水泵汽轮机所需轴功率的最大值；机组负荷300MW400MW450MW500MW550MW供热流量1102604504504505、高压辅汽联箱备用汽源随时保持热态备用，必要时投入；6、保证电动给水泵的正常备用。通过此次汽包水位异常事件的发生，引起了华电包头公司对供热改造后给水泵汽轮机出力不足问题的重视。通过检修和运行两方