汽轮机中压缸启动方式下的高低压旁路控制方案分析

汽轮机中压缸启动方式下的高低压旁路控制方案分析 殷建华 李民 （内蒙古电力科学研究院热控技术研究所） 摘要：本文主要针对汽轮机的中压缸启动方式下的旁路系统的控制方案做了详尽的分析与阐述，并对其控制方案中的优缺点做了分析。 关键词：中压缸启动 高低旁 Analysis Of HP-LP Bypass Control Mode Of

IP Cylinders Sart-Up Mode YIN-Jian hua LI-Min (The Thermal Automation Institute of Inner Mongolia Electric Power Research Institute) Abstract: The article elebrate the HP-LP Bypass control mode of ip

cylinders start –up mode and analyze advantage&disadvantage of the control mode Keywords: IP Cylinders Sart-Up ; HP-LP Bypass

(The Thermal Automation Institute of Inner Mongolia Electric Power Research Institute) 概述 高低压旁路系统作为电厂热力系统的重要组成部分，不但起到了配合机组启动，协调机炉控制，将多余的蒸汽回收至凝汽器的作用，而且当机组发生甩负荷时，能够通过快速开启高压旁路系统，起到防止锅炉超压的作用。 高低压旁路系统在中压缸启动的汽轮机启动过程中起到的至关重要的作用，其不仅能很好的配合锅炉和汽轮机的整个启动过程，同时其具备的快开功能也能起到防止锅炉超压，汽轮机超速等功能。 1 中压缸启动方式下的高低压旁路系统设置 中压缸启动方式的汽轮机与其配套的高低压系统旁路为高、低压两级串联旁路系统。高低压旁路由减压阀，减温阀及其油站系统组成。较为常见的是由瑞士SULZER公司设计制造的高低压旁路系统。本文着重以瑞士SULZER公司设计制造的高低压旁路系统为例，分析中压缸启动方式的高低压旁路控制方案的特点及优缺点。 2 中压缸启动过程简介 冷态启动时，主蒸汽经高压旁路进入再热器，冷段再热蒸汽经高压缸排汽逆止门旁路阀（倒暖阀）进入高压缸加热，高压缸处于暖缸阶段；低压旁路开启，调节再热器压力。由于设置有高低压旁路，汽轮机在盘车阶段(高速盘车，盘车转速为54r／min)即可预暖，当达到冲转参数时，由中压调门控制汽轮机进汽冲转升速，至1020转／分转速闭锁升速，进行低速暖机；当加热到一定程度时(高压缸外下缸法兰温度≥185℃)，高压缸排汽逆止门旁路阀关闭，高压缸抽真空阀开启，高压缸处于抽真空状态；当带到一定负荷(约15％额定负荷)，切缸条件满足后，抽真空阀关闭，高压缸主汽门、调速汽门打开，高压缸排汽逆止门打开，机组切换为高压缸运行，高低压旁路为维持设定压力而逐渐关闭。 3 高旁在机组冷态启动过程中的自动控制 高低压旁路系统包括一个高旁压力控制阀，一个高旁温度调节阀，一个高旁喷水隔离阀，两个低旁压力控制阀和两个低旁温度调节阀。 高压旁路控制系统包括：高旁压力控制，高旁温度控制，快开和紧急关以及喷水隔离阀的控制 低压旁路控制系统包括：低旁压力控制，温度控制，快开、紧急关控制。 锅炉冷态启动时，高压旁路系统即可投入自动控制。随着机组的启动，高旁压力控制器经历了以下的几个阶段：最小开度控制（Ymin）→最小压力控制（Pmin）→最大开度控制（Ymax）→定压控制（Psync）→滑压跟随控制（Pfo）。 图一详细描了高旁阀在机组的整个冷态启动过程中各个阶段随主汽压力、负荷、蒸汽流量等参数的变化情况： 当机组冷态启动开始，高旁压力控制器投入自动后，控制器的最小开度控制功能即被激活，旁路阀开至最小阀位Ymin，确保在点火后立即为蒸汽流提供从过热器到再热器的通道。 图一 高旁的冷态启动过程 Pressure/Load/Flow:主汽压力/负荷/流量; Min Press:最小压力; Fixed Pressure:固定压力; Steam Flow:蒸汽流量; Fire On:点火; Start Sequence:启动过程; Pressure Ramp :压力斜线上升; Follow:跟随; Turbine Load:汽轮机负荷; Turbine Loaded 汽轮机已加载; 当蒸汽到一定量时，而旁路门保持最小开度Ymin，主汽压力便随之增加。当主汽压力达到预定的最小压力Pmin时，控制器的最小开度控制随即退出，最小压力控制被激活，控制器便通过开启旁路阀来控制当前主蒸汽压力。 随着高旁阀的开度的增加，当旁路阀位达到一个预定的开度Ymax时（取决于锅炉启动时要求的蒸汽流量），高旁最大开度控制被激活，最小压力控制随之退出。高旁压力设定值生成器开始根据锅炉蒸发量来增加压力设定值，从而维持高旁的最大开度，同时控制器对高旁压力的设定值的最大梯度进行限制。 一旦主汽压力达到汽轮机冲转压力（Psync），设定值生成器便切换至（定）压力控制模式，最大开度控制随即退出。随着汽轮机开始流通蒸汽，旁路阀为维持汽轮机的冲转压力会逐渐关闭，直到汽轮机消化了锅炉全部蒸汽，旁路完全关闭。 旁路一关闭，设定值生成器便退出定压模式，设定值生成器开始进入压力跟随模式。压力设定值开始跟踪实际压力加上偏置差压。这个差压能维持旁路处于关闭状态。压力设定值的最大变化梯度仍在起作用。当当前主蒸汽压力变化超出了梯度限制，旁路将开启，控制器返回到压力控制模式。此时，压力得到控制，直到恢复正常操作，接着旁路关闭。 4 高旁的连锁保护功能： 主汽压力大于8MPa时,满足下列条件之一，高旁快开： (1)主汽压力升速率超过设定值（1MPa/min）； (2)汽机跳闸； (3)主汽压力超过17.76MPa。 满足下列条件之一,高旁紧急关: (1)阀后温度高(>360℃)； (2)控制卡件失电； (3)凝汽器保护动作。 5 汽轮机切缸时的高旁的配合 中压缸启动过程中，高压缸自动切换的进行不仅要满足高压缸金属温度与主蒸汽温度匹配的条件，还要考虑到通过高压缸的流量与高压旁路流量及再热蒸汽压力的合理匹配关系，即旁路流量大于高压缸流量。 高压缸切换以旁路流量大于高压缸流量为必备条件之一，因此，切缸时高压旁路必须有一定开度和流量，这样才能保证切缸时有足够的蒸汽通过高压缸，同时又有一定裕量防止中压缸断汽。 高旁流量q由高压缸流量基准值M和主蒸汽压力修正系数K共同决定： q=K·M 其中，K=0.102 3 高压缸流量Q由总流量指令F和定压修正因子Kp共同决定： Q=(F·1.1)/Kp

其中定压修正因子Kp=额定主汽压力/实际主汽压力

6 低旁自动控制过程 在锅炉启动期间，低旁减压阀处于手动控制。将再热蒸汽回收并暖管，直至将再热蒸汽压力调节到冲转压力。低旁处于“压力控制”阶段时，通过调节低旁减压阀的开度来维持汽轮机冲转所需的压力。 当机组并网后，低旁压力控制器切换至“负荷压力”控制阶段。低旁压力设定值变为高压缸第一级后压力P1的函数值f(x)， f(x)=KP1＋α； 在中压缸控制阶段，高压缸隔离，此时的高压缸后第一级压力为零，即P1=0 f(x)= α=1.5MPa，；当高压缸投入运行后，低旁的压力设定值自动跟踪机组的实际负荷。 此时低旁压力定值f(x)跟踪负荷，常数α为0.3 MPa，它可以确保在机组正常运行时低旁减压阀的关闭，此时低旁处于“滑压控制”过程。 在机组跳闸、甩负荷等异常工况下，低旁减压阀的压力定值自动由f(x)转换为1.5 MPa，以确保低旁减压阀的快速开启，防止锅炉再热器超压。 为了防止凝汽器超温变形损坏，低旁减压阀后的减温器上布置有两级减温水，减温水阀的开关直接感受减压阀的开度和减压阀后汽压信号。

图二 低旁的冷态启动过程 Pressure/Load/Flow:再热器压力/负荷/流量; Min Press:最小压力; Load Press:负荷压力; Hot Reheat Press:热再压力; Turbine Load:汽轮机负荷; Steam Flow:蒸汽流量; 7 低旁的连锁保护功能 为了适应机组跳闸、甩负荷、凝汽器超压、超温等工况，低旁系统设置有快开和紧急关保护。 汽机跳闸或高旁快开低旁减压阀快开；当阀后温度高、凝汽器保护动作（凝汽器真空低）、喷水压力低低旁阀紧急关。 8 低旁温度控制 由于低旁后的蒸汽接近饱和状态，故低旁阀后的温度并不能真实反应喷水效果所以低旁后温度控制器将计算系统必要的喷水流量作为喷水流量的设定值，并通过实际的阀位计算实际的喷水流量，并通过阀门特性，将其转换为阀位的设定值，从而控制低旁喷水减温阀的开度，达到预期的减温效果。 一旦低旁减压阀打开，低旁温度控制器将被置于自动模式，并且将喷水流量置为最小的喷水流量，以便迅速开启低旁喷水阀。当低旁减压阀关闭时，喷水阀同时被关闭。 8 存在的不足及改进 (1) 高旁最小开度控制： 当锅炉点火后，机组进入启动过程，高旁阀随即进入最小开度控制方式，减压阀直接开至最小开度Ymin，这样使得机组在冷态启动的过程中压力蓄积十分缓慢，加长了机组的整个冷态启动过程。为了使缩短机组的启动时间又不影响工质的循环流量，可以将高旁阀门的最小开度控制，阀位指令阶跃给定改为按照主汽压力的函数Y=f（P）并以一定的速率逐渐开启，开度达到最小开度Ymin后，阀门开度下限设定为Ymin，阀位保持不变，继续等待主汽压力的上升。 (2) 由于旁路系统在中压缸启动方式汽轮机的启动过程中起到的关键的作用，旁路系统应在汽轮机启／停机过程中与数字式电液调节控制系统相互协调配合。例如机组启动过程中的冷、温、热态曲线对旁路和汽机的要求；汽机切缸过程中旁路的配合等。如果在旁路系统中考虑到这些因素，会大大提高机组启动过程中的稳定性。 9 结论