660MW亚临界燃煤机组汽轮机低压旁路系统减温不够原因分析和改造方案

摘要：660MW亚临界燃煤机组升级改造，汽轮机低压旁路增加甩负荷工况，保证凝汽器安全运行。全开减温水阀加大减温水量，并不能达到预期甩负荷工况时汽轮机低压旁路出口要求的压力和温度，且导致严重的水击、噪音、振动等。

关键词：前馈控制；湿蒸汽；低压旁路；焓值；管道布置

1.设备概述

电厂锅炉是巴威的B&WB-2028/17.43-M，汽轮机是TOSHIBA，汽机旁路是Sulzer液动HBSE/NBSE系列，高压旁路（主蒸汽）和低压旁路（再热蒸汽）二级串联，旁路系统装置有旁路阀、减温水调节阀等。电厂升级改造，增加甩负荷工况，保证凝汽器安全运行。

甩负荷工况出现，电厂将低压旁路减温水阀全开，增加喷水量，低压旁路出口蒸汽仍不能降到120℃，过喷的减温水和不合理的管道布置，导致旁路阀后管道严重水击、噪音和振动。

2.低压旁路系统减温不够原因分析

针对低压旁路系统减温不够的现象，对旁路系统进行系统检查和重新核算。设备容量符合工况运行要求，旁路阀和减温水阀运行正常，管道无阻塞，蒸汽流速合理，减温设备弹簧喷嘴启闭良好。最后，从控制曲线和管道损坏推测旁路蒸汽减温不够的原因：DCS为温度反馈控制，现场管道布置复杂，凝汽器入口没有水幕保护装置。

汽水循环遵循焓值守恒，焓值不能直接测量，只能通过过热蒸汽或者水的温度来推算。蒸汽的温度控制传统上是通过反馈系统实现，即测量下游减温点的温度。大多数情况是最可行的办法，但限制是测点温度必须具有5-10℃或者更高的过热度，因为测点温度仅反映过热蒸汽的焓值。饱和状态下，温度与流体的状态无关，它可以是100%的水，也可以是100%的蒸汽，或者二者混合物，但是焓值的变换却非常依赖于汽水混合的状态。

蒸汽管道有多个弯头，造成不稳流。当蒸汽和水混合的焓值低于饱和度时，弯头会导致汽水分离而引发的振动和噪音等，最严重的汽水分离会堵住凝汽器前消能器的孔，容易损坏消能器和凝汽器。过量喷水后水滴不能迅速全部蒸发，蒸汽中游离的水撞击管壁造成侵蚀并且水滴沿管壁流动，导致机械故障、温度测量失误等。

3.改造方案

针对旁路系统减温不足和分析可能的原因，设计了如下改造方案：

方案1：给定现场工况条件下让旁路设备厂家重新设计旁路系统，提高设备容量，同时修改现场管道布置，使低压旁路系统靠近凝汽器，蒸汽出口直接排入凝汽器，保证系统运行安全。优点是从根本上完全满足所有运行工况参数要求，避免潜在水击、噪音和振动的风险；缺点是重新采购旁路系统设备，设计和布置现场管道，工程大，周期长，费用昂贵。

方案2：根据现场工况条件重新核算需要的减温水量，修改DCS控制逻辑，安装插入式减温器，增加上游蒸汽的温度压力测点。优点是维持现有管道系统和旁路设备，修改DCS控制逻辑，增加低压旁路系统上游蒸汽温度压力检测装置容易实现，插入式减温器构造简单，成本低，安装和维护便利，工程小，时间短；缺点是对DCS控制精度有较高要求，大管道上安装插入式的减温器，汽水雾化效果不太理想。

合理布置插入式减温器位置，喷水后湿蒸汽不遇到管道弯头，经消能器直接进入凝汽器，采用前馈控制，DCS能很好的控制减温水量，选择方案2能带来较理想的效果。

4.实施改造方案

4.1控制方法

低压旁路出口蒸汽温度接近饱和温度，测点温度不能准确仅反映过热蒸汽的焓值，典型的温度测点无法实现，此时前馈温度控制是很好的解决方案。前馈温度控制是基于对需求的减温水量的计算，在凝汽器排气应用中，这种方法因为提供了诸多优点而非常有用。根据电厂运行经验，推荐的目标焓值是2650 kj/kg，与凝汽器内焓值接近。

4.2计算

甩负荷工况时，蒸汽出口压力0.8Mpaa，对应的饱和温度170℃，要求的蒸汽温度120℃。根据焓值守恒和质量守恒：入口蒸汽流量Mi（691.5t/h），入口蒸汽焓值Hi（3535.31kj/kg），需要的减温水流量Mw（待定），减温水焓值Hw（155.95kj/kg），出口蒸汽流量Mo（Mi+Mw）；现有设备：出口蒸汽压力0.8Mpaa，出口蒸汽温度180℃，出口蒸汽焓值Ho1（2792.44kj/kg）计算需要的减温水流量：Mw1=Mi*（Ho1-Hi）/（Hw-Ho1）= 691.5*（3535.31-2792.44）/（691.5-155.95）=194.84t/h；甩负荷工况：出口蒸汽目标焓值Ho2（2650kj/kg）计算需要的减温水流量：Mw2=Mi*（Ho2-Hi）/（Hw-Ho2）= 691.5*（3535.31-2650）/（691.5-155.95）=245.46t/h；甩负荷工况时需要额外增加喷水量的质量M=245.46-194.84=50.62t/h。

4.3设备排布

从现场管道布置得知阀后管道长度小于2米，减温水来不及全部转换成干蒸汽，高速湿蒸汽极易冲坏管道。考虑空间局限和低压旁路系统进入凝汽器之前有多个弯头，则蒸汽阀出口必须为干蒸汽，推荐喷水位置在凝汽器消能器入口。甩负荷工况时，减温水阀先喷入194.84t/h减温水，使出口蒸汽压力0.8Mpa时温度减低到180℃，同时利用DCS控制在凝汽器入口的减温器再喷入大于50.62t/h减温水，使进入凝汽器里消能器中湿蒸汽的焓值保证维持在2650kj/kg，此焓值的饱和湿蒸汽通过消能器降压后进入凝汽器，压力急剧下降，蒸汽等焓降温到120℃，安全、快速、稳定。

5.结束语

该改造方案是最经济的，改造后能够那组进入凝汽器的蒸汽温度达到120℃，避免过量喷水导致对管道弯头的水击，增加了低旁旁路系统的调节性能，提高了电厂适应不同负荷变化能力。

参考文献：

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[2]黄其励，等.”电力工程师手册（动力卷）”[M]中国电力出版社，2002年3月

[3]孔昌平.电力学[M].机械工业出版社

[4]潘成林.电机检修手册[M].哈尔滨工业大学出版社

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