上汽660mw超超临界汽轮机DEH温度准则
浅析660MW超临界机组过热汽温控制
浅析660MW超临界机组过热汽温控制随着科技的发展，人们对超临界机组提出了更高的要求，从而使得超临界机组的容量不断变大，660MW超临界机组是目前我国电力系统中最常见的一种。
其在实际运行过程中经常会面临着机组过热现象，因此，文章就对怎样更好的控制其过热汽温问题进行了深入研究。
标签：660MW；超临界机组；直流炉随着科技的发展，常规的超临界机组已经不能满足人们日益增长的需求，促使着人们不断对其进行创新和改革，超临界机组应运而生，无论是起参数还是容量都得到了很大提升，主蒸汽压力和温度分别达到了20MPa以上、550℃以上，相比较于常规的超临界机组来说，其热效率得到了显著提升，大大满足了人们实际生产的需求。
然而超临界机组也存在着一些问题，尤其是其在实际运行过程中具有很高的参数，而且又是直流炉的锅炉，所以其调峰范围非常大，这就要求超临界机组汽温必须具有更强的控制力。
下面我们就对控制660MW超临界机组过热汽温进行详细的探讨和分析。
1 超临界机组的主要控制特点相比较于常规超临界机组来说，超临界机组有着更为明显的特征。
下面我们就超临界机组的主要控制特点进行详细的分析：（1）常规超临界机组中设有汽包环节，从而能够间断性的给水进行加热，但是超临界直接炉没有设置该环节，其一次性不间断的完成加热、蒸发以及水受热变成水蒸气的过程，在以上三个阶段中没有特别明显的分界线来区分。
另外处于亚临界或超临界状态下运行的锅炉，在遇到不同运行工况时，蒸发点也会适当的发生移动，移动范围是在一个或几个加热区内進行，所以超临界机组的一个主要特征是给水、燃烧以及汽温这三个系统之间具有紧密的联系，而且减温水、风燃比和燃水比具有较高的调节品质，同时还能够以整体的形式进行相应的控制。
（2）直流炉机组的水泵、汽机、汽水这三者之间是紧密联系的，因此，超临界机组的一个重要特征就是耦合特性非常强，这也是其得到广泛应用的重要前提。
（3）超临界机组中，不同区段中的比容、比热都具有很强的波动性，同时工质也没用非常规律的流动和传热。
660MW超临界机组控制方案说明
龙泉金亨2×660MW超临界机组MCS系统逻辑设计说明设计：校对：审核：批准：新华控制工程有限公司2012年3月18日660MW超超临界机组控制方案说明1．超超临界机组模拟量控制系统的控制要求超临界机组相对于亚临界汽包炉机组，有两点最重要的差别：一是参数提高，由亚临界提高至超临界；二是由汽包炉变为直流炉。
正是由于这种差别，使得超临界机组对其控制系统在功能上带来许多特殊要求。
也正是由于超临界机组与亚临界汽包炉机组这两个控制对象在本质上的差异，导致各自相对应的控制系统在控制策略上的考虑也存在差别。
这种差别在模拟量控制系统中表现较为突出。
此处谨将其重点部分做一概述。
1.1 超临界锅炉的控制特点(1)超临界锅炉的给水控制、燃烧控制和汽温控制不象汽包锅炉那样相对独立，而是密切关联。
(2)当负荷要求改变时，应使给水量和燃烧率（包括燃料、送风、引风）同时协调变化，以适应负荷的需要，而又应使汽温基本上维持不变；当负荷要求不变时，应保持给水量和燃烧率相对稳定，以稳定负荷和汽温。
（3）湿态工况下的给水控制——分离器水位控制，疏水。
（4）干态工况下的给水控制-用中间点焓对燃水比进行修正，同时对过热汽温进行粗调。
（5）汽温控制采用类似汽包锅炉结构，但应为燃水比+喷水的控制原理，给水对汽温的影响大；给水流量和燃烧率保持不变，汽温就基本上保持不变。
1.2 超临界锅炉的控制重点超临界机组由于水变成过热蒸汽是一次完成的，锅炉的蒸发量不仅决定于燃料量，同时也决定于给水流量。
因此，超临界机组的负荷控制是与给水控制和燃料量控制密切相关的；而维持燃水比又是保证过热汽温的基本手段；因此保持燃/水比是超临界机组的控制重点。
本公司采用以下措施来保持燃/水比：（1）微过热蒸汽焓值修正对于超临界直流炉，给水控制的主要目的是保证燃/水比，同时实现过热汽温的粗调，用分离器出口微过热蒸汽焓对燃/水比进行修正，控制给水流量可以有效对过热汽温进行粗调。
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600MW超临界机组DEH系统说明书1汽轮机概述超临界600/660MW中间再热凝汽式汽轮机主要技术规范机组型号单位N600-24.2/566/566N600-24.2/538/566N660-24.2/566/566额定功率MW600600660最大连续MW648648711功率额定进汽MPa(a)24.224.224.2压力额定进汽℃566538566温度再热进汽℃566566566温度工作转速r/min300030003000额定背压K Pa(a) 4.9 4.9 4.9注意：上表中的数据为一般数据，仅供参考，具体以项目的热平衡图为准。
由于锅炉采用直流炉，再热器布置在炉膛较高温区，不允许干烧，必须保证最低冷却流量。
这就要求在锅炉启动时，必须打开高低压旁路，蒸汽通过高旁进入再热器，再经过低旁进入凝汽器。
而引进型汽轮机中压缸在冷态启动时不参与控制，仅全开全关，所以在汽轮机冷态启动时，要求高低旁路关闭，再热调节阀全开，主蒸汽进入汽轮机高压缸做功，经高排逆止门进入再热器，经再热后送入中低压缸，再进入凝汽器。
由于汽轮机在启动阶段流量较小，在3000r/min 时只有3-5%的流量，远远不能满足锅炉再热器最低的冷却流量。
因此，在汽轮机启动时，再热调节阀必须参加控制，以便开启高低压旁路，以满足锅炉的要求。
所以600MW超临界汽轮机一般要求采用高中压联合启动（即bypass on）的启动方式。
2高中压联合启动高中压缸联合启动，即由高压调节汽阀及再热调节阀分别控制高压缸及中压缸的蒸汽流量，从而控制机组的转速。
高中压联合启动的要点在于高压缸及中低压缸的流量分配。
启动过程如下：2.1 盘车（启动前的要求）2.1.1主蒸汽和再热蒸汽要有56℃以上的过热度。
2.1.2 高压内缸下半第一级金属温度和中压缸第一级持环下半金属温度，大于204 ℃时，汽轮机采用热态启动模式，小于204℃时，汽轮机采用冷态启动模式，启动参数见图“主汽门前启动蒸汽参数”，及“热态起启动的建议”中规定。
(完整版)上汽600MW超临界汽轮机DEH说明书
600MW超临界机组DEH系统说明书1汽轮机概述超临界600/660MW中间再热凝汽式汽轮机主要技术规范注意：上表中的数据为一般数据，仅供参考，具体以项目的热平衡图为准。
由于锅炉采用直流炉，再热器布置在炉膛较高温区，不允许干烧，必须保证最低冷却流量。
这就要求在锅炉启动时，必须打开高低压旁路，蒸汽通过高旁进入再热器，再经过低旁进入凝汽器。
而引进型汽轮机中压缸在冷态启动时不参与控制，仅全开全关，所以在汽轮机冷态启动时，要求高低旁路关闭，再热调节阀全开，主蒸汽进入汽轮机高压缸做功，经高排逆止门进入再热器，经再热后送入中低压缸，再进入凝汽器。
由于汽轮机在启动阶段流量较小，在3000 r/min 时只有3-5%的流量，远远不能满足锅炉再热器最低的冷却流量。
因此，在汽轮机启动时，再热调节阀必须参加控制，以便开启高低压旁路，以满足锅炉的要求。
所以600MW 超临界汽轮机一般要求采用高中压联合启动（即bypass on）的启动方式。
2高中压联合启动高中压缸联合启动，即由高压调节汽阀及再热调节阀分别控制高压缸及中压缸的蒸汽流量，从而控制机组的转速。
高中压联合启动的要点在于高压缸及中低压缸的流量分配。
启动过程如下：2.1 盘车（启动前的要求）2.1.1主蒸汽和再热蒸汽要有56℃以上的过热度。
2.1.2 高压内缸下半第一级金属温度和中压缸第一级持环下半金属温度，大于204 ℃时，汽轮机采用热态启动模式，小于204℃时，汽轮机采用冷态启动模式，启动参数见图“主汽门前启动蒸汽参数”，及“热态起启动的建议”中规定。
冷再热蒸汽压力最高不得超过0.828MPa(a)。
高中压转子金属温度大于204℃，则汽机的启动采用热态启动方式，主蒸汽汽温和热再热汽温至少有56℃的过热度，并且分别比高压缸蒸汽室金属温度、中压缸进口持环金属温度高56℃以上，主蒸汽压力为对应主蒸汽进口温度下的压力。
第一级蒸汽温度与高压转子金属温度之差应控制在 56℃之内，热再热汽温与中压缸第一级持环金属温差也应控制在这同样的水平范围。
660MW超临界直流炉主、再热蒸汽温度的运行调整分析
660MW超临界直流炉主、再热蒸汽温度的运行调整分析摘要：超临界技术的应用可以提高电厂生产效率，减少环境污染，节约设备能源，因此，在世界上许多国家和地区都得到了广泛使用，由于直流锅炉没有热包，热应力问题尤为突出，因此，保证主蒸汽的稳定是一项尤为重要的工作。
由于超临界直流机组在我国商业运行的时间还较短，直流炉的特性注定了机组主汽温度自动控制与机组的协调控制存在紧密联系，要解决机组主汽温度自动控制，机组协调控制及给水控制必须稳定。
660MW 超临界机组的主、再热蒸汽温度的运行调整在正常运行中是非常重要的，是保证机组稳定运行的一个重要方面，汽温过高会影响机组的寿命，过低会降低机组的效率。
关键词：超临界直流炉；主蒸汽温度调整；措施电站锅炉过热汽温、再热汽温影响着机组的安全经济运行。
由于超临界压力锅炉没有汽包，热水受热面、蒸发受热面和过热受热面之间没有固定的界限，运行工况发生变化时，各受热面的长度会发生变化，控制锅炉过热器出口温度(主汽温) 在允许范围内对整个电厂的安全运行和生产具有非常重要的意义，主汽温度过高或过低都会影响整个机组的正常运行。
超超临界机组运行参数高，其控制要求也比常规机组更为严格，尤其超超临界直流锅炉的主汽温变化特性就比汽包锅炉更为复杂，控制和调节也更为困难。
因此，研究直流锅炉的汽温变化特性就有着很重要的现实意义和理论价值。
一、超临界直流炉汽温控制的必要性及特征超临界直流炉技术的汽温是受水煤比、机组负荷、风量和燃烧情况等因素影响。
汽温过热以及大幅度偏离等因素，会导致超临界直流炉技术汽温在经济和设备安全等方面都受到影响。
超临界直流炉技术汽温如果超高会降低金属设备的强度，超临界直流炉技术气温较低又会导致汽轮机的损耗加强，同时，系统的热效率会降低。
超临界直流炉技术突破了传统的自然循环锅炉的汽包，在水进入到锅炉后，因为各种因素的影响，导致各受热面之间分界线不固定。
一般来说，超临界直流炉技术汽温的特征有两个：一是，动态特征。
660mw超临界机组锅炉汽温调节方式及其应用
烟温偏差小于５０。（３。上部３层燃尽风箱均 设置有中间隔板，使每层风箱Ａ，Ｂ两侧成 为独立风室，通过调节风箱两端的进风总 调节阀。即可实现对该层Ａ。Ｂ两侧风量的
灵活、差异调整。 对于受热面因沾污产生的温度偏差，
主要通过控制入炉煤质、选取合理的受热 面吹灰方式等运行措施．降低受热面的积 灰、结渣程度。提高受热面清洁度，增强 换热效率，减少受热面壁温及烟温偏差。 主要通过加强入炉煤的掺配，保证入炉煤 质在合理范围和相对稳定。并坚持每个运 行班次对入炉煤进行取样化验，将结果及 时反馈给运行人员。为运行调整提供依据。 通过运行规律摸索和经验总结，每２天对
上汽660MW超超临界二次再热汽轮机启动步序及各项准则分析
158研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2018.07 (上)1 概要汽轮机在非稳定状态下运行（如启动，加减负荷，温度变化），部件将受到固定大小和频率的热应力影响，会导致材料处于一个高度疲劳的状态而可能出现裂纹，因此，汽轮机的状态必须受到严密监视。
在设备特性的基础上，选择与壳体温度相当的蒸汽温度对于汽轮机运行成本和应力优化是一个重要手段，与蒸汽直接接触的部件表面直接被加热或冷却，汽缸和转子平均温度的延时与材料和外形尺寸有关，短暂温度的差异会导致拉力和应力，因为膨胀受到限制，直到建立新的稳定状态，此时表面温度和部件的温度大致相当。
汽轮机应力评估了汽轮机厚壁部件（汽缸、阀体和转子）免于受到额外热应力的影响。
本文详细介绍了汽轮机启动步序、通过分析各项X 准则、Z 准则以及温度裕度，帮助判断汽轮机缸体、转子、阀门是否充分暖机、暖阀，其蒸汽参数是否符合当前汽轮机状态，各部件热应力是否可控或者是否适合加减负荷，用以优化运行参数，提高汽轮机运行的安全性、平稳性、经济性。
2 汽轮机启动步序本文以上海汽轮机厂制造的首台660MW 超超临界二次再热汽轮机所采用的启动控制系统来进行介绍分析。
汽轮机型式为超超临界、二次中间再热、单轴、五缸四排汽、十级回热抽汽、凝汽式汽轮机，型号为 N660-31/600/620/620。
汽轮机五缸为超高压缸、高压缸、中压缸、二台低压缸。
额定主蒸汽压力为31MPa、主蒸汽温度为600℃，一再蒸汽额定温度为620℃、二再蒸汽额定温度为620℃；配有超高压、高压、中压主汽阀各两个，超高压、高压、中压调阀各两个及两个补汽阀。
汽轮机控制系统由分散控制系统DCS、数字式电液系统DEH 和遮断系统ETS 组成，DCS 用来控制汽轮机系统各辅机，DEH 控制汽轮机本体设备、启动冲转和并网带负荷，ETS 控制汽轮保护跳闸，遇到危机情况及时遮断汽轮机。
660MW汽轮机DEH走步
（包括燃料量）和蒸汽参数稳定。
DEH画面检查
画面 汽轮机跳闸复位 阀位限制设定
进气压力控制方式
启动装置定值 STARTUP DEVICE
0% ＞12.5% ＞22.5% 定值 上升 过程 ＞32.5% ＞42.5% ＞62% ＞99% ＜37.5% 定值 下降 过程 ＜27.5% ＜17.5%
汽机 EH 油系统投运，检查油箱油位正常，
DEH 系统投入
1) DEH 应提前 2 小时通电。
2) DEH 控制系统检查。
3) DEH 静态操作试验，包括阀位试验，
DEH远方和就地停机按钮跳闸试验等。
4) DEH 置自动方式。
发电机充氢，氢压：额定压力为 0. 5 MPa；
第一次充氢可以充到 0.35～0.4 Mpa，确 保氢气纯度大于 98 %，氢气置换过程中 注意油氢差压应能够维持在 80KPa～ 110KMPa ，且检查差压阀跟踪状况良好， 发电机充氢前，必须启动密封油储油箱排 烟风机，另一台备用 水至正常水位，启动一台定冷水泵，另一 台投备用，加强定冷水水质监视，当导电 度＞1.0us/cm时换水
轴封系统投入，轴封冷却器水侧投入，轴封
供汽暖管至各汽封用户截止阀前，开启轴封 系统疏水阀进行充分疏水，开启轴加风机 （热态启动先送轴封，再抽真空）轴封供汽 应有 14℃以上过热度，开启轴封压力调节阀 向轴封供汽系统（可部分开启轴封溢流阀加 速暖管） 。注意在向轴封供汽母管送汽前应 保证汽缸疏水阀开启， 辅助汽源站调节阀前 辅助蒸汽参数应为210～260℃，低压轴封汽 温应为 121～177℃，轴封供汽母管压力维 持在30KPa（压力待定）
高、低压旁路后汽温、汽压正常
连续盘车 4 小时以上，盘车时，转子
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1DEH温度准则
(1)X准则
一方面，为了提高机组的经济性，应尽可能快的启动；另一方面，蒸汽参数及汽轮机热应力必须保持在规定值内，以延长汽轮机使用寿命。
运行状态改变时，进入汽轮机的蒸汽参数及传热量也会相应改变。
为了限制汽轮机的热应力，汽轮机应力评估TSE使用可调整的温度准则——X准则判断机组是否能够接受运行方式的改变，并将判断后的结果作为允许条件送到汽轮机启动顺控子组SGC，以决定汽轮机是否能够进行相应的操作。
其中，X1准则和X2准则用于判断是否允许打开主汽门对主调门进行暖阀；X4、X5和X6准则用于判断是否允许打开主调门并冲转至360r/mim进行低速暖机；X7A和X7B准则用于判断在360 r/mim时汽轮机暖机程度是否合适、是否允许继续升速至3000r/mim；X8准则用于判断在3000r/mim时汽轮机暖机程度是否合适、是否允许汽轮机并网。
a)X1准则
X1准则是在冷态启动时使主蒸汽温度高于汽轮机阀体温度，避免汽轮机阀体被主蒸汽冷却。
即在打开汽轮机主汽门对主调门暖阀时，主蒸汽温度要比主调门阀体温度高一定值。
而在极热态启动时,允许主蒸汽温度低于主调门阀体温度。
X1准则为：θMS＞θmCV + X1
式中, θMS为锅炉侧过热器出口的主蒸汽温度,由A、B侧主蒸汽管道蒸汽温度4 个测点小选得出；θmCV为汽轮机主调门阀体50％深度（中心点）温度，由主调门A、主调门B阀体温度大选得出；X1为允许的最低温差。
θmCV＝0，θMS＞100；
θmCV＝550，θMS＞530；
θmCV＝600，θMS＞530；
b)X2准则
X2准则是为确保主蒸汽的饱和温度低于汽轮机主调门阀体温度一定值，避免主汽门打开后,主调门温升过快。
冷态启动时，如果汽轮机主调门阀体的温度低于主蒸汽的饱和温度，打开主汽门后，主蒸汽与主调门接触，将以凝结放热的方式加热主调门阀体。
由于凝结放热的放热系数很大，主调门阀体内表面的温度很快上升到主蒸汽的饱和温度。
如果阀体内部温度过低，就会在阀体内部产生很大的热应力。
所以要使主蒸汽的饱和温度低于主调门阀体内部温度。
X2 准则为：θSatSt＜θmCV + X2
式中，θSatSt为主蒸汽的饱和温度，通过汽轮机前主蒸汽压力计算得到。
汽轮机前主蒸汽压力由A、B侧主蒸汽管道蒸汽压力4个测点大选得出；X2为允许的最高温差，是θmCV 对应的允许上限温差Δθu perm mCV的1.3倍，即：X2＝1.3×Δθu perm mCV。
c)X4准则
X4准则是为汽轮机冲转，防止时湿蒸汽进入汽轮机。
蒸汽对金属的放热系数与蒸汽的状态有很大的关系，湿蒸汽的放热系数较大，微过热蒸汽的放热系数较小。
汽轮机冷态启动时，为了避免在金属部件内产生过大的温差，要采用微过热蒸汽冲动转子。
所以要使主蒸汽温度高于其饱和温度一定值。
X4准则为：θMS＞θSatSt + X4
式中，θMS为汽轮机主汽门前主蒸汽温度，由A、B侧主蒸汽管道主汽门前主蒸汽温度小选得出；X4为允许的最低温差。
图3 X4准则
θSatSt＝100，θMS＞120；
θSatSt＝380，θMS＞430；
d)X5准则
X5准则是为确保主蒸汽温度高于高压缸缸体50%深度（中心点）温度和高压转子50%深度（中心点）温度一定值。
即主调门开启冲转汽轮机时，避免汽轮机高压缸缸体和转子
被冷却。
而在极热态启动时，允许主蒸汽温度低于高压缸缸体和高压转子温度。
X5准则为：θMS＞θmHPC/HPS + X5
式中，θmHPC/HPS为由高压缸缸体50%深度温度和高压转子50%深度温度大选得出，转子的50%深度温度是计算得出；X5为允许的最低温差。
图4 X5准则
θmHPC/HPS＝0，θMS＞100；
θmHPC/HPS＝540，θMS＞530；
θmHPC/HPS＝650，θMS＞530；
e)X6准则
X6准则是为确保再热蒸汽温度高于中压转子50%深度（中心点）温度一定值，即再热主调门开启冲转汽轮机时，避免汽轮机中压转子被冷却。
而在极热态启动时，允许再热蒸汽温度低于中压转子温度。
X6准则为：θRS＞θmIPS + X6
式中，θRS为中压主汽门前再热蒸汽温度，由A、B侧再热蒸汽管道中压主汽门前再热蒸汽温度小选得出；θmIPS为中压转子50%深度温度，该温度值为计算得出；X6为允许的最小温差。
图5 X6准则
θmIPS＝0，θRS＞50；θmIPS＝560，θMS＞560；
θmIPS＝650，θMS＞560；
f)X7A准则
X7A准则是为确保在360r/mim低速暖机时，使主蒸汽充分加热汽轮机高压转子。
汽轮机启动是蒸汽对汽轮机各部件的加热过程，为确保转子的热应力不超过允许值，必须使转子的内外温差小，所以必须对其进行暖机。
高压转子暖机是否合适，由X7A 准则判断。
X7A准则为：θMS＜θmHPS + X7A
式中，θmHP S为高压转子50%深度温度；X7A为允许的最高温差，是θmHPS对应的允许上限温差Δθu perm mHPS的1.4倍，即：X7A ＝1.4×Δθu perm mHPS。
当高压转子温度低于220℃，取平均转子温度θmHPS函数的θMS（右图）和平均转子温度θaxHPS函数的θMS（左图）间的最小值，作为允许的主蒸汽温度θMS。
图6 X7A准则
θmHPS＝0，θMS＜117；
θmHPS＝650，θMS＜658；
g)X7B准则
X7B准则是为确保在360r/mim低速暖机时，使主蒸汽充分加热汽轮机高压缸缸体。
高压缸缸体的暖机程度是否合适，由X7B准则判断。
图7 X7B准则
θmHPC＝0，θMS＜117；
θmHPC＝650，θMS＜658；
X7B准则为：θMS＜θmHPC + X7B
式中，θmHPC为高压缸缸体50%深度温度；X7B为允许的最高温差，是θmHPC对应的允许上限温差Δθu perm mHPC的2.2倍，即：X7B ＝2.2×Δθu perm mHPC。
h)X8准则
X8准则是为确保在机组并网之前使汽轮机中压转子充分暖机。
中压转子暖机是否合适，由X8 准则判断。
X8准则为：θRS＜θmIPS + X8
式中，θmIPS为中压转子50%深度温度；X8为允许的最大温差，是θmIPS 对应的允许上限温差Δθu perm mIPS的2.3倍, 即：X8＝2.3×Δθu perm mIPS。
当中压转子温度低于100℃，取平均转子温度θmIPS函数的θRS（右图）和平均转子温度θaxIPS函数的θRS（左图）间的最小值，作为允许的再热蒸汽温度θRS。
图8 X8准则
(2)Z准则
a)Z1准则
b)Z2准则
c)Z3准则
主蒸汽过热度＞30K。
d)Z4准则
再热蒸汽过热度＞30K。