火力发电厂简易高、低压旁路系统控制及改进

摘要:旁路系统已经成为大容量单元制、再热机组热力系统的重要组成之一,它可以协调单元机组的冷、温、热态启动和停运时的蒸汽参数匹配,改善暖机效果,缩短起停时间;又可回收工质和热量,提高机组的效率。由于提高了机组的起、停性能,满足了电网的调峰要求。

关键词:旁路 控制 改进

汽轮机旁路系统已经成为大容量单元制、再热机组热力系统的重要组成之一。它可以适时地平衡锅炉的产汽量和汽轮机的耗汽量,稳定锅炉和汽轮机的运行。现在大型单元机组都采用高、低压两级串联的旁路形式。高旁压力控制系统具有启动、溢流、安全功能。在机组启动过程中,配合锅炉点火、升温升压,配合汽机暖机、冲转、升速、并网、带负荷,加快机组启动速度。在升压过程、或正常运行阶段,起到安全溢流作用,当汽压变化过快时,打开旁路调节阀,快速恢复压力,避免安全门频繁动作。当汽机跳闸时,旁路调节阀快开,起到安全泄压作用。对于一次中间再热机组,多采用一级大旁路和高、低压串联的二级旁路系统。

1 旁路系统的主要功能及历史

汽轮机旁路系统是为汽轮机提供提供的一条旁路通道,用它来适时地平衡锅炉的产汽量和汽轮机的耗汽量,稳定锅炉和汽轮机的运行。汽轮机旁路系统首先用于欧洲的直流炉中,20世纪80年代前,几

乎所有的欧洲国家均使用了高低压汽轮机旁路系统,包括汽包炉。高压旁路把来自锅炉过热器的蒸汽排到再热器;低压旁路把再热器的蒸汽排到凝汽器。现今高参数、大容量带中间再热的汽轮发电机组,都配置了功能完善的旁路系统,旁路系统对提高机组运行的安全性和经济性起着重要的作用。

汽轮机旁路系统有多种构成形式:高压旁路串联低压旁路,再并联大旁路的三级旁路;高低压两级串联旁路;一级大旁路等等。现在大型单元机组都采用高、低压两级串联的旁路形式。

高压旁路连接主主蒸汽管道和再热器入口管道(再热器冷段),可以使流经高压汽轮机(高压缸)的蒸汽旁路。低压旁路连接再热器出口管道(再热器热段)和凝汽器,旁路流经汽轮机中、低压缸的蒸汽。高压旁路系统布置有高压旁路减压减温站(高压旁路减温减压阀)、高压旁路喷水控制阀、高压旁路喷水截止阀等。低压旁路系统布置有低压旁路站,由低压旁路减压阀、低压旁路截止阀、低压旁路喷水控制阀以及低压旁路减温器等组成。

根据各机组的不同情况,汽轮机旁路系统的容量有多种选择,300MW及以上的单元机组旁路系统多采用30%～40%旁路容量系统,如郑东新区热电厂就采用30%B-MCR容量的两级串联旁路加三级减温的旁路系统。个别对安全性要求更高的机组(如核电机组)也有采用100%旁路容量的系统,100%旁路容量的机组,锅炉可以不装设过热器安全门,当机组发生FCB工况时,蒸汽全部排入凝汽器,不用对空排

气。

汽轮机旁路系统应具备的功能:

(1)实现单元机组的滑压启动和滑压运行。单元机组滑参数启动过程应严格按照启动曲线的要求进行,单元机组提供四种启动方式,即冷态启动、温态启动、热态启动和极热态启动,并提供了相应的启动特性曲线,启动过程中,旁路系统配合汽轮机控制系统DEH共同满足这一要求。冷态启动时,旁路系统投入后可以加快锅炉升温、升压过程,缩短启动时间。热态启动时,可以用旁路控制蒸汽温度,使主蒸汽温度尽快与汽轮机金属温度相匹配,减小机组的热应力,加快启动速度,对于采用中压缸启动的机组,启动过程中必须投入旁路系统,以旁路汽轮机高压缸蒸汽流量,控制中压缸的进汽温度和压力,满足启动参数要求。当机组由定压运行转入滑压运行时,如果机组负荷变化幅度较大,可以用旁路系统协助锅炉来调节蒸汽流量,控制蒸汽压力,满足机组滑压运行的要求。

(2)保护再热器。正常运行时,汽轮机高压缸排气送入锅炉再热器进行再次加热,在工质再热的同时,又冷却了再热器。若运行中发生汽轮机跳闸或FCB工况而大幅度甩负荷时,汽轮机高、中压气阀迅速关闭,高压缸没有蒸汽排出,使处于干烧状态。为了保护再热器,避免干烧,要快速开启旁路系统,让蒸汽进入再热器,对其进行冷却。对于发生FCB工况时要维持带厂用电运行的机组,由于蒸汽负荷的大幅度下降,旁路系统快开后,可以保护再热器不使其超温。

(3)改善锅炉的运行条件。当机组发生FCB工况,汽轮发电机只带厂用电运行时,旁路系统应快速全开,旁路过量的蒸汽,使锅炉能逐渐地调整负荷,能保持在最低负荷下稳定的运行。在RUNBACK工况时,旁路的开启也能排出锅炉产生的余量蒸汽,协调锅炉快速调整负荷。(4)回收工质,减少对空排气,提高运行的经济性。

2 简易旁路的组成

2.1 高压旁路系统的控制功能

高旁压力控制系统具有启动、溢流、安全功能。在机组启动过程中，配合锅炉点火、升温升压，配合汽机暖机、冲转、升速、并网、带负荷，加快机组启动速度。在升压过程、或正常运行阶段，起到安全溢流作用，当汽压变化过快时，打开旁路调节阀，快速恢复压力，避免安全门频繁动作。当汽机跳闸时，旁路调节阀快开，起到安全泄压作用。高旁调节阀以主汽压力作为被调量。有两种方式自动冲转：阀位滑压模式、定压模式。

阀位滑压模式:在自动方式下配合汽轮机冲转。在锅炉点火以后,操作员将高旁压力投入自动,再设定冲转压力,再投入滑压选择开关,此时机前压力定值为0.2Mpa,主汽压力小于设定值所以关闭,但为了保证再热器有一定的蒸汽通流量,所以在高旁压力调节器设置一低限5%,随着锅炉的升温升压,当阀位达到30%时机前压力定值自动加0.4

为0.6MPa,此后当阀位每次达到30%时机前压力设定值自动加0.4MPa,直到机前压力定值大于设定的冲转压力时,此时机前压力定值为冲转压力设定值并保持此压力伴随汽机冲转升速慢慢关闭。

定压模式:在锅炉点火以后操作员将高旁压力投入自动,再设定冲转压力设定值,此时主汽压力小于机前压力设定值所以关闭,高压调节器设置的低限保证再热器有一定的通流量,伴随锅炉的升温升压维持此压力直到汽机冲转升速最后关闭。

当发电机并网以后,高旁自动转入滑压运行,机前压力定值为机前压力加上0.6MPa,以维持在升负荷过程中高旁始终关闭。

高旁温度控制系统在自动控制方式下,高旁喷水调节阀受高旁出口温度PID调节指令控制以维持高旁出口温度达到设定值的要求。为加快温度调节响应速度,配合高旁动作,防止超温,引入高旁压力指令作前馈信号。在手动方式下,调节阀接受运行人员的指令以维持要求的开度。

高旁减温水隔离阀控制当高旁压力调节阀阀位反馈大于5％时联开高旁减温水隔离阀,当高旁压力调节阀阀位反馈小于5％或高旁减温水压力低Ⅱ值或高旁进汽温度高Ⅱ值时联关高旁减温水隔离阀的指令。

高压旁路控制系统保护功能介绍:

高旁压力控制调节阀强制关闭条件(任一条件满足):(1)高旁减温水压力低II值;(2)高旁后蒸汽温度高II值;(3)低旁强关联关高旁。

无强制关条件、投入联锁且有以下任一条件强制快开高旁:(1)汽机跳闸;(2)发电机跳闸。

高旁温度控制调节阀强制关闭条件(任一条件满足):(1)高旁压力调节阀阀位反馈小于4%;(2)高旁减温水压力低II值;(3)高旁后蒸汽温度高II值。

2.2 低压旁路系统的控制功能

低旁压力控制系统,在自动控制方式下,低旁压力调节阀受压力PID调节指令控制以维持再热器汽压力达到设定值的要求。在手动方式下,调节阀接受运行人员的指令以维持要求的开度。

低旁温度控制系统在自动控制方式下,低旁喷水调节阀受低旁出口温度PID调节指令控制以维持低旁出口温度达到设定值的要求。为加快温度调节响应速度,配合低旁动作,防止超温,引入低旁压力指令作前馈信号。在手动方式下,调节阀接受运行人员的指令以维持要求的开度。

低旁出口温度调节阀控制,当低旁压力调节阀快开时联开低旁减温水隔离阀,当低旁减温水压力低Ⅱ值且低旁进汽温度高Ⅱ值时延时联锁关闭。

低旁减温水隔离阀的控制,当低旁压力调节阀快开时联开低旁减温水隔离阀,当低旁减温水压力低Ⅱ值且低旁进汽温度高Ⅱ值时延时联锁关闭。

低压旁路控制系统保护功能介绍:

低旁压力控制调节阀强制关闭条件(任一条件满足):联锁投入且:(1)凝汽器真空低;(2)低旁减温后温度高Ⅱ值;(3)低旁减温水压力低Ⅱ值。

低旁压力控制调节阀联锁快开:高旁压力快开延时2s。 低旁出口温度调节阀强制全关条件(任一条件满足):(1)低旁减温后温度高Ⅱ值;(2)低旁减温水压力低Ⅱ值。

3 经验改进

(1)从根据机组的启动方式不同,启动时要求的主气压力、主气温度是不同的,因此启动时高旁的最小阀位和最大阀位也是是不同的。为了提高机组的启动速度和减少能源的浪费,所以从DEH控制系统中引入冷态启动、稳态启动、热态启动、极热态启动信号,切换选择最小阀位和最大阀位。

(2)在正常的设计时低旁温度闭锁低旁压力,但由于低旁压力还应

具有防止再热器超压的作用,所以此功能很难实现,所以去掉低旁温度闭锁低旁压力的做法,改用低旁减温水隔离阀的关闭信号做联锁关闭低旁压力的信号,所以机组正常运行期间低旁减温水隔离阀保持全开(写入汽机运行员规程中)。

(3)高低旁联锁保护动作时,高旁压力、低旁压力联锁切为手动。由于高旁后温度和低旁后温度手动不易控制,所以高旁温度、低旁温度不再切为手动,在保护动作时仍有自动控制。

4 实际现场的应用效果

在郑东新区热电厂2×200MW工程 #1机组调试过程中,根据我们调试过的机组的经验,前期就把逻辑做了细致的仿真,效果非常好。在#1机组首次冷态启动过程中,效果还是非常好,但是在随后的热态启动过程中,控制的不是很理想,把最小阀位从25%改为40%,效果明显好了许多。随后的启停机,尤其是做甩负荷试验时控制的相当好。得到了甲方的专业人士的一致好评。

5 结语

自从这套简易高低压旁路控制系统投产以来,运行安全、可靠,成功配合了机组的的几十次冷、热态启动,达到了设计的性能指标和要

求。该旁路系统设计完善,控制可靠,且安全性能好,为先进和成熟的旁路的旁路系统,其设计思路和设备质量值得借鉴。

参考文献 [1] [2]

王志祥.热工保护与顺序控制.中国电力出版社,1995. 降爱琴,郝秀芳.数字电液调节与旁路控制系统. 中国电力

出版社,2005.