M701F燃气-蒸汽联合循环机组极热态启动的水位波动问题及解决方法

2022-10-31

M701F燃气-蒸汽联合循环机组具有启停快, 热效率高等特点。机组采用单轴布置, 燃气轮机及汽轮机同轴, 汽机为三压、中间再热、纯凝汽式双缸汽轮机, 锅炉为卧式三压无补燃自然循环余热锅炉。对应锅炉三个汽包, 汽机侧同时配备了三个100%容量的高压、中压、低压旁路系统。该系统主要作用为机组快速升温、升压, 缩短启动时间, 并回收多余蒸汽到凝气器。目前该类型机组都采用两班制运行, 每天启停, 为了适应该运行特点, 旁路系统控制起到了至关重要的作用。由于旁路均采用了全容量的设计, 在机组启停过程中的调节范围较大, 且余热锅炉配置的中压、高压汽包容量较小, 因此旁路阀的调节引起的汽包虚假水位现象明显, 会导致汽包水位的剧烈波动, 在人为干预不及时的情况, 往往导致因水位高机组跳闸。尤其在机组极热态启动时 (启动离机组停运时间不及4小时) , 由于高压汽包压力较高, 使得高压旁路在控制模式切换时动作, 导致水位频繁波动, 给水位调节带来了困难。本文结合机组实际启动过程, 针对水位控制在极热态启动下的变化特点, 探讨相应的防止水位大幅波动解决办法。

1 旁路设置及控制模式

HPSV—高压主汽阀;HPCV—高压调节阀;IPSV—中压主汽阀;IPCV—中压调节阀;LPSV—低压主汽阀;LPCV—低压调节阀如图1所示, 汽机共设置高/中/低压三个旁路, 它们控制方式类似, 都包括三种控制模式:最小压力控制模式, 实际压力跟踪模式及备用压力控制模式。它们适应了机组快速启停的要求, 同时保证了不同工况下主蒸汽压力的稳定。

1—燃机转速;2—中压汽包水位;3—高压旁路阀开度;4—中压旁路阀开度;5—高压主蒸汽压力

2 极热态启动下的实际案例及分析

在机组实际运行过程中, 旁路系统在启停机及负荷回切工况下均较好地保证水位的稳定。但在极热态启动下, 多次发生由于高压旁路动作而导致水位波动剧烈, 接近水位跳闸值的情况。以下是某一极热态启机过程中旁路阀动作的水位变化曲线:

高压旁路动作过程中, 中压汽包水位突升了近270mm (中压汽包正常水位调节范围在+100至-100mm) , 在中压汽包紧急放水阀及定期排污阀已经全部打开情况下最高水位仍高达+130mm左右, 十分接近中压汽包水位高-高跳闸值+200mm。

通过对机组各相关参数综合分析认为中压汽包水位剧烈变化的主要原因是由于高压旁路动作同时引起中压旁路的开启, 在它们的影响下, 原本设计容量较小的中压汽包产生剧烈的虚假水位现象。当高压旁路动作时, 高压旁路过来的蒸汽压力使得再热器管道压力迅速升高, 且往往高于中压汽包压力, 使得中压过热器出口逆止阀关闭, 进而导致中压汽包压力升高, 引起汽包产生降低的虚假水位。随后中压旁路随着再热器管道的迅速升高而开启泄压, 使得中压汽包压力下降, 引起升高的虚假水位。最后高中压旁路逐渐关小, 使得汽包水位产生降低的虚假水位。上述旁路控制过程将引起中压汽包水位产生降低——升高——降低的波动过程 (如图2的标注段所示) , 给中压汽包水位调节造成较大困难。

通过对高压旁路的逻辑控制图分析得出, 高压旁路动作是燃机点火时高压主蒸汽压力高于高压旁路的预设压力值 (我厂该值设定为5.3MPa) 造成的, 请见图3。

当停机时, 最小压力模式切换信号为0, 此时减法器两端输入均为高压主蒸汽压力, 所以高旁设定值为零, 高旁关闭。当燃机成功点火, 最小压力模式切换信号由0变为1, 此时减法器负值端输入变为高压旁路的预设值5.3 MP a, 高旁设定值为高压主蒸汽压力与高压旁路预设值5.3MPa之差。由于机组停运后, 为了提高机组效率, 减少汽水损耗, 锅炉的烟囱挡板及过热器、再热器出口都操作关闭, 保持汽包内较高的压力及温度。这样使得极热态下高压主蒸汽压力一般远远高于高压旁路的预设值5.3MPa (一般达6.7~7.8MPa左右) , 从而燃机成功点火后高旁设定值为一正值, 高旁将开启。

综上所述, 在机组启动前尽量降低高压汽包的压力, 使得点火时的高压主蒸汽压力低于高压旁路的预设值5.3MPa, 是避免高压旁路动作而引起中压汽包水位剧烈波动的解决方法。通过机组的高压旁路系统, 能很轻易地实行该方法。以下曲线是采用解决方法的极热态启动下的中压水位变化过程。