TCA对高压汽包水位的影响

摘 要：介绍浙江大唐国际绍兴江滨热电有限责任公司TCA系统在不同负荷下对高压汽包水位影响。

关键词：TCA；高压汽包；回水调阀；燃机

1概述

绍兴江滨燃机项目机组采用日本三菱M701F4燃气—蒸汽联合循环发电机组，当#2机组投入AGC运行后，机组的负荷将在300MW至450MW之间运行。随着负荷的变化，TCA回水至高压汽包的流量也不断的在发生调整。特别是机组负荷在300MW运行时，#2机组的高压汽包水位将发生剧烈的波动。影响了机组的安全可靠运行。

2 TCA回水至高压汽包的控制逻辑

三菱M701F4机组中，高压给水经TCA加热后将回到凝汽器或是高压汽包，当机组的负荷小于90MW时，高压给水经TCA后将回到凝汽器。当机组负荷大于90MW后，高压给水经TCA后将从回凝汽器侧切换至高压汽包侧，TCA回水至高压汽包的控制方法和我们通常使用的控制流量方法有着明显不同，通常我们控制一段管道流量通过测量调阀前或是阀后的流量然后将流量信号作为反馈信号输入到控制系统中，数据处理后给调节阀下达调整的指令，调阀不断的开大或是开小阀门的开度，以保证流量的稳定。然而在三菱控制系统中TCA的流量控制，没有引入这个流量测点信号，而是通过燃机的负荷得到一个设定流量W，而后利用这个设定流量通过一系列计算修正后得出一个指令如式（1），这个指令在经过位置换算（曲线1）从而下达到就地调阀进行开关：

CV= （1）

式（1）中，CV为调阀开度控制指令，W为给水流量设定，t/h；ΔP为流量调阀前后的差压，MPa；γ为水密度，t/m3。

3 TCA回水对高压汽包水位的影响

机组在高负荷稳定运行时（机组负荷大于400MW以上），根据燃机负荷就可以确定W和γ这两个参数不会发生变化， △P会受到高压给水调阀开度变化的影响，高压给水调阀开大或关小会造成△P 变大或变小（机组在高负荷稳定运行下，高压给水调节阀的会进行微小的调整不会导致给水泵出口压力大幅的变化），所以 不会出现很大的偏差，所以CV值变化很小，在经过位置换算后TCA回水至高压汽包的调门开度始终是全开。因而在高负荷稳定运行时TCA回水至高压汽包的流量变基本不会发生变化，决定高压汽包水位的变化主要受到高压给水回路的调节，目前高压汽包水位三冲量调节没有投入，仅使用了单冲量调节，在给水调阀投入自动的情况的，利用水位信号作为输入信号，TCA流量波动小的情况下，刚好起到满足调节的要求，水位在设定的范围内波动。

当机组从满负荷降负荷停机期间，开始阶段会出现高压汽包的水位有缓慢上升的趋势，主要因为机组在降负荷停机中，由于燃气蒸汽联合循环机组降负荷过程中，燃机开始负荷降低的速率较快，余热锅炉的压力降低有一个缓慢的过程。CV只要取决于W、γ和 ， 在燃机负荷下降的初始阶段，TCA回水至高压汽包的流量维持不变，只有当燃机的负荷低于250MW时，TCA回水至高压汽包的流量才会跟随负荷的变化而发生变化。又因为在降负荷过程中TCA回水温度变化小，即γ的数值变化也小，虽然在降负荷阶段中 的数值在增大，使CV值减小，但是在经过最终的位置换算后TCA回水至高压汽包的调阀还在全开位置。所以随着燃机负荷的降低，烟气温度和流量的降低，高压汽包的压力逐渐的降低，TCA回高压汽包的流量逐渐的增加，高压给水调阀不能快速的进行调整，造成了机组在高负荷往下降的过程中出现高压汽包的水位逐渐的升高的现象。

当机组负荷降至300MW左右运行时，高压汽包给水调阀投入自动的情况下，高压汽包会发生剧烈的波动，主要是因为TCA回水至高压汽包引起的。根据燃机和汽机的负荷分配比例为2：1，此时的燃机负荷在200MW附近，此时根据公式（1）得到CV的数值在变小，通过位置换算后得到TCA回水至高压汽包调门的开度将关小到40%-65%之间，以降低TCA回水至高压汽包的流量，可是此时的实际流量却是在80t/h-120t/h之间波动要比设定值大很多，造成汽包大量上水，在蒸汽流量较少的情况下，导致汽包水位快速上升，需要手动参与控制。如继续投入高压给水自动模式下，由于汽包水位调节属于单冲量调节，在水位高的情况下，高压给水会缓慢的往下关闭，在关闭过程中造成给水泵出口压力，致使TCA入口压力升高，使此时 增大，引起TCA回水至高压汽包调阀的关小，使TCA回水的流量减少，在高压给水调阀关小情况下，汽包的补水量不足，又引起汽包水位下降。这时高压给水调阀会增大开度，增加上水量，连锁引起TCA入口压力下降，导致 减少，使TCA回水至高压的调阀增大开度，补水流量又大于蒸发量，不停的进行这样的循环，使汽包水位发生剧烈的波动。分析水位剧烈波动主因是TCA实际流量大于设定值，设定值较小，相对于蒸发量来说，即使TCA回水的设定流量发生波动对高压汽包水位造成的影响很微弱，基本可以忽略不计，然而现在实际流量却远大于设定值，实际流量的波动对高压汽包的水位会造成较大的波动。造成TCA回水流量实际值远大于设定值的原因，主要归咎于前文提到的TCA流量控制方式。这种控制方式需要配合一个高精度防磨损的阀门，然而在机组经过长周期运行后，此阀门在高温高压已经由很大的磨损，没有设计时的调整特性。可以将TCA回水至高压汽包调阀看成一个文丘里管根据伯努利定理和连续性方程，式（2）、式（3）可推导出流量计算方程式，式（4）：

（2）

（3）

（4）

式（4）中， S2为阀门处截面积， S2为阀前管道面积； 为调阀前后的差压，γ为流体密度。

通过对比式（1）和式（4）可以看出，隨着TCA回水到高压汽包调门的磨损，在相同的阀门指令下， S2的面积变大了，调阀的 和γ是一样的，S1只与管道有关一样不会发生变化，所以在S2变大的情况的，整个流量通过式（4）可以得知在增大，而在式（1）中却不能体现出来。最终随着机组的运行，TCA回水至高压汽包的流量会越来越偏离设定值。

4 结语

为解决在长期运行后，出现TCA回水导致高压汽包水位的波动，可以采取两种措施，一种是重新购买一个新的阀门，但是这个阀门要与之前阀门的特性一致，这样会造成成本上升。另一种也就是我们现在正使用的方法，修改位置换算参数的数据（如曲线2）和燃机负荷与TCA流量设定值得参数。从而改变阀门的开度。这样就能使机组在300MW时，TCA回水至高压汽包流量稳定。最终使汽包水位的稳定运行。

参考文献：

[1] 毛丹， 诸粤珊. 三菱 M701F 燃气轮机控制系统特点分析[J] .电气时代增刊： ABB 杯第三届全国自动化系统工程师论文大赛论文集.

[2] 王惠民. 流体力学基础（第3版）[M].清华大学出版社，2013.

[3] 方继辉，王荣.M701F4燃机TCA异常跳机事故分析[J].能源与节能，2016，（124）：130-131.

作者简介：

张必湧（1988.10～），男，汉族，福建福州人，浙江大唐国际绍兴江滨热电有限责任公司，助理工程师，本科学历，研究方向：燃机电厂TCA系统和高压汽包。