600 MW 超臨界供熱機(jī)組汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱控制方案研究及應(yīng)用

熊大健

（福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司 福建泉州 362712）

0 引言

某公司配置兩臺600 MW 超臨界抽凝供熱機(jī)組，為周邊工業(yè)園區(qū)的用汽企業(yè)提供工業(yè)用汽，機(jī)組供熱參數(shù)分為中、低壓兩種，中壓供汽參數(shù)：壓力2.65 MPa～2.80 MPa，溫度280 ℃～285 ℃；低壓供汽參數(shù)：壓力0.8 MPa～0.9 MPa，溫度230 ℃～250 ℃，中、低壓日供汽量最大達(dá)2 萬t 以上。機(jī)組給水泵組配置2 臺50%容量的汽動給水泵作為經(jīng)常運(yùn)行，1 臺30%容量的電動調(diào)速給水泵作為機(jī)組啟動和汽動給水泵故障時(shí)的備用泵［1］。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，公司從投產(chǎn)以來，95%的重要輔機(jī)故障造成機(jī)組RB 保護(hù)動作切除供熱，均是因汽動給水泵組各種原因如小機(jī)伺服卡故障、伺服閥故障、汽泵組振動大、潤滑油壓低以及密封水溫度高等導(dǎo)致汽泵組故障跳閘所致。上述問題如發(fā)生在機(jī)組單機(jī)供熱期間，將造成全廠對外供熱中斷，直接影響到周邊用汽企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營，將造成惡劣的社會影響和經(jīng)濟(jì)影響。因此，公司提出研發(fā)1 種單臺汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱的控制方法，實(shí)現(xiàn)單臺汽泵跳閘電泵聯(lián)啟少降負(fù)荷、不切供熱的目標(biāo)。

1 汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱可行性分析

（1）關(guān)于1 臺汽泵與電泵并列運(yùn)行是否滿足供熱要求分析。經(jīng)過對公司電泵、汽泵運(yùn)行歷史參數(shù)及曲線進(jìn)行分析，當(dāng)1 臺汽泵與電泵并列運(yùn)行，機(jī)組邏輯閉鎖汽泵最大轉(zhuǎn)速為6 000 r/min，對應(yīng)汽泵最大流量可達(dá)1 200 t/h，而電泵最大流量閉鎖為600 t/h。根據(jù)此分析，1 臺汽泵與電泵并列運(yùn)行，最大總給水流量可達(dá)1 700 t/h～1 800 t/h，完全可以滿足正常對外供熱要求的最低蒸汽流量1 410 t/h 的需求。

（2）關(guān)于電泵聯(lián)啟并泵前高轉(zhuǎn)速、高揚(yáng)程小流量振動大問題分析。根據(jù)對電泵歷史運(yùn)行參數(shù)及振動特性進(jìn)行分析，汽泵跳閘后的電泵聯(lián)啟并泵過程是一個(gè)快速過程。因此，電泵并泵前的高轉(zhuǎn)速高揚(yáng)程低流量振動只是一個(gè)暫態(tài)過程，電泵并泵前振動只會產(chǎn)生一個(gè)尖峰，隨著電泵轉(zhuǎn)速的快速上升并泵，電泵給水流量增大，電泵振動即迅速下降。

針對以上分析，制訂以下2 個(gè)措施：①電泵升速時(shí)，電泵勺管指令直接給到并泵運(yùn)行所對應(yīng)轉(zhuǎn)速，采用電泵自動升速快速并泵，不讓運(yùn)行人員手動并泵，即可保證電泵不在并泵前的高轉(zhuǎn)速高揚(yáng)程小流量工況下停留，電泵振動即可得到控制。②由于電泵并泵過程中引起的振動，是給水泵高轉(zhuǎn)速高揚(yáng)程小流量偏工況運(yùn)行引起的振動，并不是動靜摩擦引起的振動，只要快速升速越過該區(qū)間振動即迅速下降。因此，為提高汽泵跳閘電泵聯(lián)啟并泵成功的可靠性，適當(dāng)提高電泵振動大跳閘保護(hù)動作值：電泵任一軸承振動≥7 mm/s 與任一軸承振動≥13 mm/s，延時(shí)2 s 電泵跳閘，修改為：電泵任一軸承振動10 mm/s與任一軸承振動≥15 mm/s，延時(shí)5 s 電泵跳閘。由于延時(shí)時(shí)間短只有5 s，且振動幅值增加不多，13 mm/s 增加至15 mm/s，不會對設(shè)備安全造成明顯影響，可以顯著提高電泵聯(lián)啟并泵過程中的電泵運(yùn)行可靠性。

（3）關(guān)于機(jī)組供熱工況下運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生1 臺汽泵跳閘時(shí)電泵聯(lián)啟不切供熱，是否會造成機(jī)組負(fù)荷、供熱壓力、主、再熱蒸汽壓力、溫度及過熱度等參數(shù)大幅波動，是否會造成水冷壁嚴(yán)重超溫問題分析。根據(jù)對歷次單臺汽泵跳閘機(jī)組RB 保護(hù)動作至300 MW 過程進(jìn)行分析，機(jī)組供熱工況下運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生1 臺汽泵跳閘，只要電泵聯(lián)啟能夠在45 s 內(nèi)實(shí)現(xiàn)電泵與汽泵并泵運(yùn)行，維持總給水流量基本不變。此時(shí)機(jī)組負(fù)荷、供熱壓力、主、再熱蒸汽壓力、溫度及過熱度等運(yùn)行參數(shù)，比汽泵跳閘RB保護(hù)動作減負(fù)荷至300 MW 更為穩(wěn)定，鍋爐更不容易發(fā)生超溫現(xiàn)象，公司鍋爐特性在400 MW 低負(fù)荷下容易發(fā)生超溫現(xiàn)象，高負(fù)荷下較少發(fā)生超溫現(xiàn)象。

（4）關(guān)于電泵聯(lián)啟是否能夠在45 s 內(nèi)完成并泵，電泵快速升速是否會影響電泵設(shè)備安全，電泵并泵過程是否會發(fā)生與運(yùn)行汽泵的搶水問題分析。根據(jù)對電泵啟動特性進(jìn)行分析，電泵啟動后升速時(shí)間極快，從汽泵跳閘，電泵聯(lián)啟升速與另一臺汽泵并泵運(yùn)行，整個(gè)過程約30 s 內(nèi)即可完成。經(jīng)與電泵廠家KSB 公司聯(lián)系，電泵具備快速啟動功能，不會影響電泵設(shè)備安全。

機(jī)組高負(fù)荷工況下，單臺汽泵跳閘。此時(shí)另一臺汽泵轉(zhuǎn)速、流量均較高，電泵并泵運(yùn)行后最大流量閉鎖在600 t/h。因此，電泵升速并泵后不會發(fā)生因電泵出口壓力過大造成汽泵憋泵壓水，導(dǎo)致汽泵振動大保護(hù)動作跳閘的問題。

（5）關(guān)于電泵聯(lián)啟后勺管指令置于哪個(gè)位置才能保證電泵自動實(shí)現(xiàn)并泵問題分析。通過對電泵轉(zhuǎn)速、出口壓力、流量及勺管指令等參數(shù)特性進(jìn)行分析，給出電泵聯(lián)啟后電熱負(fù)荷與勺管開度函數(shù)曲線關(guān)系：（350 MW，45%）、（400 MW，50%）、（450 MW，60%）、（600 MW，65%）。電泵勺管根據(jù)設(shè)定的函數(shù)曲線關(guān)系自動開至指定位置，勺管指令閉鎖時(shí)間5 s（5 s 內(nèi)運(yùn)行人員不能調(diào)整勺管指令），5 s 閉鎖解除后勺管切手動控制。此時(shí)運(yùn)行人員可根據(jù)電泵本體振動、水煤配比情況手動調(diào)整電泵勺管開度。

（6）關(guān)于機(jī)組供熱工況下，單臺汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱，是否會造成機(jī)組負(fù)荷、供熱壓力、供熱蝶閥等大幅波動問題分析。供熱工況下汽泵跳閘電泵聯(lián)啟并泵運(yùn)行，鍋爐負(fù)荷減至480 MW 對應(yīng)負(fù)荷，此時(shí)機(jī)組主蒸汽流量總體下降較少，因此，供熱壓力的變化較小。為減少RB 過程中供熱對電負(fù)荷的影響，將供熱壓力設(shè)定值自動調(diào)整為0.85 MPa，以減少供熱蝶閥的調(diào)整幅度，從而減少對機(jī)組負(fù)荷的擾動。

（7）關(guān)于供熱工況下，單臺汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱時(shí)，鍋爐負(fù)荷目標(biāo)值如何設(shè)定問題分析。以“發(fā)電負(fù)荷疊加供熱折算電負(fù)荷的電熱負(fù)荷疊加值”，作為汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱RB 保護(hù)動作目標(biāo)負(fù)荷的判斷依據(jù)，其中供熱折算電負(fù)荷含中壓、低壓蒸汽兩部分。

2 汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱控制方案

2.1 改造前單臺汽泵跳閘控制方案

（1）負(fù)荷≥300 MW，單臺汽泵跳閘，觸發(fā)給水RB 保護(hù)，切除供熱，將電負(fù)荷維持在300 MW，此時(shí)，電泵聯(lián)啟維持25%勺管開度對應(yīng)轉(zhuǎn)速約2 375 r/min 再循環(huán)方式運(yùn)行。

（2）電泵任一軸承振動≥7 mm/s 與任一軸承振動≥13 mm/s延時(shí)2 s，電泵振動大保護(hù)動作跳閘。

2.2 改造后單臺汽泵跳閘控制方案

（1）單臺汽泵跳閘后，以“發(fā)電負(fù)荷疊加供熱折算電負(fù)荷的電熱負(fù)荷疊加值”作為電熱總負(fù)荷，作為汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱RB 保護(hù)動作目標(biāo)負(fù)荷的判斷依據(jù)，其中供熱折算電負(fù)荷含中壓、低壓蒸汽兩部分。

（2）當(dāng)負(fù)荷在300 MW 和480 MW 之間時(shí)，單臺汽泵跳閘，且5s 內(nèi)收到“電泵已運(yùn)行”信號，目標(biāo)負(fù)荷維持在當(dāng)前負(fù)荷，不觸發(fā)RB 保護(hù)；當(dāng)電熱總負(fù)荷≥480 MW 時(shí)，單臺汽泵跳閘且5 s 內(nèi)收到“電泵已運(yùn)行”信號，電熱總負(fù)荷減至480 MW（供熱工況下為電熱疊加負(fù)荷，維持供熱運(yùn)行）；單臺汽泵跳閘后，如電泵5 s 內(nèi)未啟動成功（未收到電泵運(yùn)行信號），RB 保護(hù)動作，負(fù)荷減至300 MW，供熱工況下同時(shí)切除供熱（即原單臺汽泵跳閘RB 保護(hù)動作邏輯）。

（3）單臺汽泵跳閘觸發(fā)RB 保護(hù)動作后，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)按如下邏輯調(diào)整：機(jī)組CCS 控制系統(tǒng)由協(xié)調(diào)控制狀態(tài)切換為TF控制方式，自動投入汽機(jī)主控自動控制，主汽壓力設(shè)定曲線為普通的RB 曲線；負(fù)荷變化率限速率切換為10 MW/s；主汽壓力變化速率切換為1.5 MPa/min；取消原邏輯指令“主汽壓力設(shè)定值和實(shí)際值偏差大于2 MPa 時(shí)，切除汽機(jī)主控自動的邏輯”和“汽機(jī)調(diào)門指令禁增的限制”。

（4）單臺汽泵跳閘觸發(fā)RB 保護(hù)動作后，按如下方式控制在運(yùn)汽泵：①當(dāng)電熱總負(fù)荷≥480 MW 時(shí)，單臺汽泵跳閘，在運(yùn)汽泵指令超馳開至97%，超馳時(shí)間4 s，對應(yīng)轉(zhuǎn)速為5 900 r/min，給水流量1 200 t/h，指令超馳結(jié)束后在運(yùn)汽泵自動投入自動控制。②當(dāng)電熱總負(fù)荷在300 MW 和480 MW 之間時(shí)，單臺汽泵跳閘，在運(yùn)汽泵指令超馳開至76.5%，超馳時(shí)間2 s，對應(yīng)轉(zhuǎn)速5 000 r/min，給水流量1 000 t/h，指令超馳結(jié)束后在運(yùn)汽泵自動投入自動控制。③給水控制始終處于自動狀態(tài)，給水控制的公用指令變化速率為10 MW/s。

（5）單臺汽泵跳閘觸發(fā)RB 保護(hù)動作后，按如下方式進(jìn)行電泵控制：①電泵再循環(huán)門投入自動控制；電泵勺管開度的控制方案采用超馳控制方式，當(dāng)汽泵跳閘后，勺管指令由25%提升至電熱負(fù)荷與勺管開度函數(shù)曲線對應(yīng)值：（350 MW，45%）、（400 MW，50%）、（450 MW，60%）、（600 MW，65%），勺管指令閉鎖時(shí)間5 s（5 s 內(nèi)運(yùn)行人員不能調(diào)整勺管指令），5 s 閉鎖解除后勺管切手動控制，此時(shí)運(yùn)行人員可根據(jù)電泵本體振動、水煤配比情況手動調(diào)整電泵勺管開度。②電泵提升轉(zhuǎn)速過程中，如出現(xiàn)電泵入口壓力＜1.4 MPa 或入口流量＞600 t/h，延時(shí)3 s，勺管鎖定實(shí)際開度電泵保持當(dāng)前轉(zhuǎn)速，2 s 后釋放，轉(zhuǎn)為手動控制，防止電泵出現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大流量的惡劣工況造成電泵振動大保護(hù)動作跳閘。③將電泵振動大保護(hù)動作跳閘邏輯進(jìn)行優(yōu)化：電泵任一軸承振動≥7 mm/s 與任一軸承振動≥13 mm/s 延時(shí)2 s 跳閘；修改為：任一軸承振動大于10mm/s 與另一軸承振動大于15 mm/s 延遲5 s 跳閘。

（6）單臺汽泵跳閘觸發(fā)RB 保護(hù)動作后，按如下方式控制制粉系統(tǒng)：發(fā)2 s 脈沖，將所有運(yùn)行狀態(tài)的給煤機(jī)、磨煤機(jī)的冷風(fēng)門和熱風(fēng)門、煤主控投入自動控制，同時(shí)鍋爐主控投入自動控制，取消原邏輯命令“15 s 內(nèi)閉鎖煤主控輸出的邏輯，使煤主控輸出減煤更加迅速”，不跳磨煤機(jī)。

（7）單臺汽泵跳閘觸發(fā)RB 保護(hù)動作后，按如下方式控制供熱壓力：為減少RB 過程中供熱對電負(fù)荷的影響，供熱壓力設(shè)定值自動調(diào)整為0.85 MPa，以減少供熱蝶閥的調(diào)整幅度，從而減少對機(jī)組負(fù)荷的擾動；穩(wěn)定后，可根據(jù)情況手動輸入供熱壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（8）單臺汽泵跳閘后，如電泵5 s 內(nèi)未啟動成功（未收到電泵運(yùn)行信號），RB 保護(hù)動作，負(fù)荷減至300 MW，供熱工況下同時(shí)切除供熱（即原單臺汽泵跳閘RB 保護(hù)動作邏輯）［2］。

3 汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱控制方案應(yīng)用情況

2014 年2 月17 日，公司2 號機(jī)組檢修，1 號機(jī)組單機(jī)供熱運(yùn)行，1 號機(jī)電負(fù)荷493 MW，供熱流量540 t/h，總給水流量1 775 t/h。10 時(shí)02 分，1B 汽泵運(yùn)行中突然故障跳閘，“單臺汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱”邏輯動作，電泵聯(lián)啟成功在24 s 內(nèi)即完成與汽泵并泵出水，電泵升速并泵過程中振動正常，在運(yùn)1A 汽泵出力同時(shí)加大。10 時(shí)04 分27 秒，給水流量按照設(shè)計(jì)值穩(wěn)定在1 400 t/h 附近，電負(fù)荷473 MW，供熱流量481 t/h，機(jī)組各參數(shù)趨于穩(wěn)定。成功實(shí)現(xiàn)了“單臺汽泵跳閘后，機(jī)組少減負(fù)荷甚至不減負(fù)荷，不切除供熱”的預(yù)期目標(biāo)，避免了一次全廠對外供熱中斷事故。

600 MW 超臨界供熱機(jī)組汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱控制方案目前已在公司機(jī)組供熱運(yùn)行工況下多次成功應(yīng)用。該方案的成功應(yīng)用，極大地提高了公司供熱可靠性，為周邊用汽企業(yè)提供了有力的供熱保障，標(biāo)志著公司全國首創(chuàng)研發(fā)的“600 MW 超臨界抽凝供熱機(jī)組汽泵跳閘電泵搶水不切供熱控制方案”經(jīng)歷了實(shí)踐檢驗(yàn)，獲得圓滿成功。

4 結(jié)語

為提高公司對外供熱可靠性，防止單臺汽泵跳閘后，機(jī)組切除供熱，造成公司對外供熱中斷。公司成立技術(shù)攻關(guān)組，通過對600 MW 超臨界供熱機(jī)組汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱可行性進(jìn)行全面分析，創(chuàng)造性提出了單臺汽泵跳閘電泵聯(lián)啟不切供熱的控制方法并成功應(yīng)用，顯著提高了機(jī)組供熱可靠性，同時(shí)降低了運(yùn)行人員汽泵故障處理操作難度，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和重要的社會意義，為國內(nèi)外同類型超臨界供熱機(jī)組汽泵跳閘邏輯優(yōu)化開創(chuàng)了新思路。