抽汽回热系统的疏水水位控制研究

张忠新，田永丰

(国能粤电台山发电有限公司，广东 台山 529228)

回热作为一个对提高机组和全厂热经济性最普遍、最有效的手段，被当今所有火电厂的汽轮机采用。加热器疏水装置是保证抽汽回热系统加热器运行的安全性、经济性的重要设备，所以必须合理配置疏水装置的动作值、完善疏水装置的操作指引。

1 回热系统的配置方案

在火力发电厂中，锅炉、汽轮机等主要设备和回热加热设备、凝汽设备、除氧设备，以及各种泵等热力辅助设备有机地组成整个发电厂的热力系统，并共同完成电能生产任务。热力系统一般采用一次再热系统，并由三级高压加热器、一级除氧器和四级低压加热器组成八级回热系统[1-2]。锅炉给水的回热加热是指从汽轮机某中间级抽出一部分蒸汽，送到给水加热器中，对锅炉给水进行加热，与之相应的热力循环和热力系统被称为回热循环和回热系统。加热器是回热循环过程中加热锅炉给水的设备。

以上汽的1 000 MW超超临界机组的低压加热器系统为例，参照凝结水的流程(凝结水依次流经8#和7#低压加热器、6#低压加热器、5#低压加热器、除氧器)。这里的低压加热器均为卧式、表面式加热器。顺凝结水的流动方向，位于除氧器之前的加热器，由于其入水侧承受凝结水泵的出口压力，此压力比给水泵的出口压力低，故称为低压加热器。

因表面式加热器中的加热蒸汽放热后凝结成的水(称为疏水)在加热器内不与主凝结水直接混合，故应及时排出。高压加热器疏水逐级自流进入除氧器。7#和8#低压加热器的疏水直接流入凝汽器。5#低压加热器的疏水以逐级自流方式流入到6#低压加热器。6#低压加热器疏水用低压加热器疏水泵将其抽到位于6#低压加热器和5#低压加热器之间的主凝结水管道中。所以，加热器疏水水位控制装置以6#低压加热器的最为复杂[3-5]。

6#低压加热器是表面加热式卧置U字管形整体结构，壳侧筒体和水室侧圆筒均与管板焊接连接，所有低压加热器水室的另一端为带人孔的封头与水室圆筒焊接的形式。水室内部根据凝结水的流程，被分割成入口部和出口部。6#低压加热器壳侧筒体内部由疏水冷却段和蒸汽凝结段两个区构成。

抽汽回热系统中，加热器的性能要求可归结为尽可能地缩小蒸汽与给水(主凝结水)之间的温度差。采用低压加热器疏水泵能方便地实现这一目标。目前1 000 MW机组的所有加热器都设置了疏水冷却段。经过疏水冷却段后的疏水是欠饱和水，在流向下一级加热器的节流过程中大大减小了汽水两相流动的可能性。这样强化了本级加热器效果，保留了高品质蒸汽，提高了经济性[6]。

2 回热系统的疏水水位控制要求

加热器疏水装置的作用是及时排出加热器中的凝结水，同时又不让蒸汽随同疏水一起流出，以维持加热器一定的汽侧压力和凝结水水位。加热器正常运行时，应控制其疏水水位在正常的范围内。

在从紧急疏水切换至正常疏水时，应缓慢打开正常疏水控制器，以防止在低压加热器和高压加热器疏水管道中产生水锤。当壳体中的注水水位下降时，紧急疏水控制器会自动切换至关闭位置。

若加热器水位过高，其传热面会被水淹没，使传热面积减少，传热效果下降，蒸汽不能及时凝结，进而造成加热汽侧压力升高，加热器出口给水温度下降，从而影响机组的安全经济运行。若疏水调节装置失灵，则应将疏水切换到事故疏水扩容器，检修并调节装置。否则，当水位迅速升高到进汽管口时，水就会从抽汽管倒流入汽轮机内，造成严重的水击事故。

若加热器水位过低，将引起疏水带汽，蒸汽流入下一级加热器中，放出潜热，排挤低压抽汽，从而降低了机组的热经济性。同时，由于疏水管中汽水的两相流动，将对疏水阀及疏水管弯头产生严重的冲蚀，进而影响安全。对于卧式加热器，水位过低还会使疏水冷却段入口暴露于水面，从而使推动疏水通过该段的虹吸受到破坏，凝结段的汽水会同时冲向疏水冷却段，冲蚀该段管子外壁。

3 6#低压加热器疏水水位控制方案

加热器疏水装置的形式通常有疏水器和多级水封两种。常用的疏水器有浮子式疏水器和气动式疏水调节阀两种。气动式疏水调节阀具有快速关断、保护性能好、运行灵活、安全可靠的优点，便于在集控室自动控制[7-8]。

正常水位就是设计中的最佳水位。这在加热器的总图和加热器水位指示板上都清楚地标明。而热态的最佳水位需要在运行中调整后确定。一般水位允许偏差正常水位±38 mm。

在八级回热系统中，6#低压加热器的疏水控制装置最为复杂。控制6#低压加热器的汽侧凝结水位的设备，包括6#低压加热器疏水变频泵A泵和工频泵B泵、6#低压加热器疏水泵出口母管流量电动调节阀、6#低压加热器危急疏水气动调节阀、6#低压加热器危急疏水气动调节阀保护电磁阀。

关于疏水水位的控制信号，优先级别由低到高依次为自动信号、手动信号、跟踪信号。

在自动状态下，A泵的控制采用开环控制，变频器的指令为发电机组有功功率的分段函数值。这一设置兼顾变频器的安全运行、节能、凝结水压力稳定的要求(见图1)。图1中，函数f(x)表示疏水泵出口母管流量调节阀与变频泵联动关系，通过调节该关系以实现在低阀位时变频泵低转速运行[9-10]。A泵和B泵联锁子环首选起动变频泵A泵，B泵为备用泵。

图1 变频泵转速开环控制逻辑图

当A泵变频器控制指令与反馈偏差超限、变频器故障、低加疏水水位值坏质量、多个疏水水位值之间偏差超限，四者中任一条件成立时，A泵将切换到手动状态。A泵跟踪逻辑图如图2所示。在B泵起动后单独运行的5 s内，A泵变频器指令跟踪至100%，作为A泵起动的指令初始值。双泵运行时，B泵突然跳闸，则A泵变频器切换到跟踪状态持续5 s，变频器指令跟踪至100%，以增加泵的出力。

图2 变频泵转速控制指令跟踪逻辑图

A泵和B泵联锁子环首选变频泵A泵，工频泵B泵备用(见图3)。

图3 两台疏水泵互为备用逻辑图

6#低压加热器疏水泵出口母管流量调节阀接受闭环调节系统控制，构成典型单回路自动控制系统[6-7]。被调量是6#低压加热器疏水水位，调节量是低压加热器疏水泵出口母管流量电动调节阀位置(见图4)。自动状态下，6#低压加热器疏水泵出口母管流量调节阀调节系统跟踪水位设定值为1。

图4 疏水泵出口母管流量电动调节阀闭环控制逻辑图

当6#低压加热器疏水泵出口母管流量电动调节阀控制指令与阀位偏差超限、低压加热器疏水泵出口母管流量调节阀故障、低压加热器疏水水位信号坏质量，三者中任一条件成立时，6#低压加热器疏水泵出口母管流量电动调节阀切换到手动状态。

在6#低压加热器危急疏水调节阀和疏水泵出口流量调节阀均投入自动状态，并且6#低压加热器水位不超过高限值时，会出现两种情况：若6#低压加热器疏水水位值不大于设定值2，则6#低压加热器危急疏水气动调节阀全关；若水位值大于设定值2，则6#低压加热器危急疏水气动调节阀跟踪水位设定值为2(见图5)。当6#低压加热器危急疏水气动调节阀控制指令与阀位偏差超限、6#低压加热器危急疏水气动调节阀故障、低压加热器疏水水位信号坏质量、多个疏水水位值之间偏差超限，四者中任一条件成立时，6#低压加热器危急疏水气动调节阀切换到手动状态。

当6#低压加热器疏水水位大于88 mm时，6#低压加热器危急疏水气动调节阀的保护电磁阀动作，阀门全开。6#低压加热器危急疏水气动调节阀切换到跟踪状态，跟踪值为全开指令100%。当水位降低到88 mm以下时，6#低压加热器危急疏水调节阀切换到手动状态，手动调节的初始指令为100%(见图6)。

图6 危急疏水气动调节阀控制指令跟踪信号逻辑图

4 结论

6#低压加热器危急疏水气动调节阀的设定值，应略大于6#低压加热器疏水泵出口母管流量电动调节阀的设定值。6#低压加热器危急疏水气动调节阀保护电磁阀的动作值应大于危急疏水气动调节阀的设定值。6#低压加热器疏水泵水位低跳闸值的低限值是比前述几个值更低的值。这几个功能按照疏水水位偏离程度依次动作。这几个控制作用当中，核心的控制装置是6#低压加热器疏水泵出口母管流量电动调节阀，自动控制系统特有的稳定性、准确性指标，可满足热力系统对水位的控制要求。

投入6#低压加热器疏水泵调频工作模式有节能降耗效果，操作指引应列明投入疏水泵调频工作模式的要求。在控制逻辑当中，增加从疏水流量电动调节阀阀位到变频泵转速指令的联动机制，可用来降低疏水泵电能消耗。这一逻辑功能设计必须遵循方便调试，以及不增加值班员监视项目的原则。