超超臨界火電機(jī)組的旁路系統(tǒng)研究

1、超超臨界火電機(jī)組的旁路系統(tǒng)研究 摘要：機(jī)組旁路系統(tǒng)作為機(jī)組的重要輔助系統(tǒng)，其配置的優(yōu)劣直接影響機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。本文綜合各種旁路系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)超超臨界機(jī)組的旁路系統(tǒng)選型和控制進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞：超超臨界 旁路系統(tǒng) 溫度控制Research on the bypass system of ultra-supercritical thermal power generating unitsAbstract： As an important auxiliary system of units, the configurations stand or fall of the bypass syst

2、em of thermal power generating units will directly affect the security and economy of units. Following an thorough analysis and discussion in the features of various bypass system, this paper research into the types selecting and control of the bypass system of ultra-supercritical thermal power gene

3、rating units.Key Words：Ultra-supercritical bypass system temperature control一 幾種旁路形式的對(duì)比及選擇機(jī)組旁路系統(tǒng)作為機(jī)組的重要輔助系統(tǒng)，其配置的優(yōu)劣直接影響機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。而旁路系統(tǒng)的形式有多種，大致可分為單機(jī)（整機(jī)）大旁路系統(tǒng)、兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)、三級(jí)旁路系統(tǒng)和三用閥旁路系統(tǒng)4種形式。選擇旁路系統(tǒng)型式時(shí)應(yīng)考慮機(jī)組在電網(wǎng)中承擔(dān)的任務(wù)、運(yùn)行方式、事故處理方式和再熱器的位置布置等因素?；矩?fù)荷機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，啟停次數(shù)少，一般可選用系統(tǒng)簡(jiǎn)單的旁路系統(tǒng)。對(duì)于調(diào)峰機(jī)組，負(fù)荷變化幅度較大，啟停頻繁，尤其是兩班制運(yùn)行的機(jī)組，每

4、天需要熱態(tài)啟動(dòng)，應(yīng)選用啟停損失小，便于調(diào)節(jié)的旁路系統(tǒng)，如兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)。對(duì)于電網(wǎng)要求在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，要求停機(jī)不停爐、汽輪機(jī)空轉(zhuǎn)或帶廠用電運(yùn)行，則應(yīng)選擇汽水能回收，又能保護(hù)鍋爐等各部分的旁路系統(tǒng)。對(duì)于三用閥旁路系統(tǒng)，因其對(duì)熱控和調(diào)節(jié)系統(tǒng)等方面的要求高，控制難度大，全容量旁路系統(tǒng)的管道尺寸增加，其投資昂貴，并且這種設(shè)計(jì)違反國(guó)家有關(guān)規(guī)程規(guī)定，其設(shè)計(jì)雖然在元寶山電廠和石洞口二廠應(yīng)用的非常成功，但在1000MW級(jí)超（超）臨界機(jī)組上應(yīng)盡量避免使用。綜合各種旁路系統(tǒng)的特點(diǎn)，并考慮隨著大容量超（超）臨界機(jī)組數(shù)量的日益增多和我國(guó)用電峰谷差的不斷增大，超（超）臨界機(jī)組勢(shì)必參與調(diào)峰。超（超）臨界機(jī)組應(yīng)具有高的靈活

5、性和安全性，1000MW級(jí)超（超）臨界機(jī)組的旁路系統(tǒng)以配置兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)為宜。二 超（超）臨界機(jī)組旁路系統(tǒng)的作用（1）改善機(jī)組的啟動(dòng)性能機(jī)組在各種工況下（冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)）用高壓缸、中壓缸或高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)時(shí)，投入旁路系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)快速升溫、升壓，縮短啟動(dòng)時(shí)間，并將多余的蒸汽由旁路直接引入凝汽器。對(duì)于調(diào)峰機(jī)組，啟停頻繁，由于鍋爐和汽機(jī)的加熱、冷卻特性不同，使得在重新沖轉(zhuǎn)時(shí)，鍋爐出口的蒸汽溫度與汽輪機(jī)的金屬溫度不匹配，采用旁路系統(tǒng)可使鍋爐汽溫與汽輪機(jī)金屬溫度盡可能匹配，減少汽機(jī)熱應(yīng)力。（2）機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，作為主汽和再熱汽的超壓保護(hù)裝置機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，一旦主蒸汽壓力超過(guò)高旁壓力的設(shè)定值

6、，高壓旁路閥能快速開啟，并按照機(jī)組主蒸汽壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至恢復(fù)正常值。低壓旁路系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷（速度級(jí)壓力）控制再熱汽壓，當(dāng)再熱汽壓超過(guò)設(shè)定汽壓時(shí)，低旁開啟，控制再熱汽壓到正常。（3）機(jī)組跳閘或甩負(fù)荷時(shí)，保護(hù)機(jī)組安全，并提高機(jī)組負(fù)荷適應(yīng)性在機(jī)組跳閘或甩負(fù)荷時(shí)，旁路系統(tǒng)快速動(dòng)作，高旁、低旁快速打開，防止超溫超壓，保護(hù)機(jī)組，并提高機(jī)組負(fù)荷適應(yīng)性，使機(jī)組能隨時(shí)重新并網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行。（4）具有回收工質(zhì)、減少噪音的作用在各種運(yùn)行工況下，旁路系統(tǒng)能正常動(dòng)作和快速動(dòng)作，減少或避免鍋爐、再熱器安全門動(dòng)作，避免了汽水損失，回收了工質(zhì)，提高了經(jīng)濟(jì)性。三 超（超）臨界機(jī)組旁路控制1 高壓旁路控制1.1 高旁壓力控制

7、高旁壓力控制用于控制高旁前主蒸汽壓力，根據(jù)機(jī)組所處的運(yùn)行階段高旁壓力控制可分為4個(gè)階段：?jiǎn)?dòng)過(guò)程控制（啟動(dòng)模式）、壓力控制（固定壓力模式）、正常運(yùn)行控制（壓力跟隨模式）、停機(jī)過(guò)程控制（停機(jī)模式）。根據(jù)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)所處狀態(tài)的不同，旁路啟動(dòng)分為四種啟動(dòng)狀態(tài)：冷態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng)、熱態(tài)啟動(dòng)、極熱態(tài)啟動(dòng),不同啟動(dòng)狀態(tài)下，壓力升速率不同。1.1.1高壓旁路的各運(yùn)行方式“啟動(dòng)模式” 由來(lái)自DCS 的“ 鍋爐渡膨脹完成” 信號(hào)自動(dòng)設(shè)置或由操作人員設(shè)置?！板仩t渡膨脹完成”的邏輯如下：20min任一燃燒器點(diǎn)火 主汽壓 0.7MPA膨脹結(jié)束主汽壓 (點(diǎn)火時(shí)主汽壓 + 0.3MPA) 當(dāng)“啟動(dòng)模式” 設(shè)定后，設(shè)定點(diǎn)發(fā)生

8、器可處于三種不同的狀態(tài)下：“ 最小壓力” (min pressure)、“升壓” (pressure ramp)、“重新啟動(dòng)” ( restart)。只要主蒸汽壓力低于最小壓力Pmin ，設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器就處于”最小壓力” 狀態(tài)。壓力設(shè)定點(diǎn)是最小壓力Pmin。當(dāng)主蒸汽壓力高于Pmin而低于沖轉(zhuǎn)壓力Psync時(shí)，設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器處于“升壓”狀態(tài)。當(dāng)壓力高于Pmin并且旁路閥關(guān)閉時(shí)，設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器處于“重新啟動(dòng)”狀態(tài)。當(dāng)設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器在“最小壓力” 或“升壓”狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，將生成開關(guān)量信號(hào)“啟動(dòng)程序” （startup sequence）。壓力達(dá)到Psync且旁路閥開啟時(shí)，“啟動(dòng)模式”取消。另外，當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)、產(chǎn)

9、生“汽輪機(jī)已帶負(fù)荷”信號(hào)或當(dāng)壓力控制器切到到“手動(dòng)” 位時(shí)，“ 啟動(dòng)模式” 也取消。定壓模式:當(dāng)系統(tǒng)未處于“啟動(dòng)模式” 、“ 跟隨模式” 和“ 停機(jī)模式” 中的任一模式時(shí)，旁路控制處于“定壓模式” 。跟隨模式：有3 種狀態(tài)使旁路控制處于跟隨模式，分別是：（1）當(dāng)旁路閥關(guān)閉且接到來(lái)自DEH 的“汽輪機(jī)已帶上負(fù)荷” (HP turbine loaded) 信號(hào)時(shí)；（2）當(dāng)旁路閥關(guān)閉且鍋爐沒(méi)有點(diǎn)火時(shí)；（3）當(dāng)旁路閥控制器處于手動(dòng)模式時(shí)。1.1.2 啟動(dòng)過(guò)程控制（啟動(dòng)模式）旁路啟動(dòng)的過(guò)程如下：進(jìn)入“啟動(dòng)模式”后，旁路系統(tǒng)進(jìn)入最小閥位控制過(guò)程，高旁閥門會(huì)開啟到設(shè)定的最小閥位Ymin，它可以確保在點(diǎn)火渡膨

10、脹后過(guò)熱器和再熱器中有一定蒸汽流量通過(guò)。這時(shí)候高旁會(huì)保持這個(gè)閥位不動(dòng)。隨著燃燒進(jìn)行，主蒸汽壓力上升，當(dāng)有足夠蒸汽使得汽壓力上升到設(shè)定的最小壓力Pmin的時(shí)候，進(jìn)入了“最小壓力”狀態(tài)，這時(shí)候旁路會(huì)維持主汽壓力為Pmin，隨著燃燒的持續(xù)及增強(qiáng)，主蒸汽流量不斷增加，為維持此壓力高旁閥門會(huì)逐漸開大。在閥門開度達(dá)到設(shè)定的閥位Ym時(shí)，將控制閥位基本保持不變。主蒸汽壓力超出Pmin時(shí)即進(jìn)入“升壓”狀態(tài)。升壓過(guò)程是與將閥位保持在Ym相匹配的，鍋爐產(chǎn)汽量增加、高旁閥位增加、高旁主汽壓力設(shè)定點(diǎn)隨著閥位偏差的累積（與Ym的偏差）而增加、增加的壓力設(shè)定點(diǎn)又使高旁閥位基本上回到Y(jié)m，如果鍋爐燃燒率適當(dāng)，將形成高旁主汽壓

11、力設(shè)定點(diǎn)不斷增加、閥位保持不變的過(guò)程。如果鍋爐燃燒使得主汽壓力升速率過(guò)快，設(shè)定值低于實(shí)際壓力，高旁會(huì)打開維持壓力以設(shè)定點(diǎn)升速率上升，如果實(shí)際壓力升速率過(guò)慢，則相應(yīng)的高旁閥門會(huì)關(guān)小。在整個(gè)升壓過(guò)程中，主汽壓力跟隨上述程控的壓力設(shè)定點(diǎn)上升，到了汽機(jī)的沖轉(zhuǎn)壓力Psync后則切換到定壓控制（定壓模式），啟動(dòng)模式結(jié)束。在“啟動(dòng)程序”中，閥位不會(huì)低于Ymin即最小閥位設(shè)定。1.1.3定壓控制（定壓模式）在壓力控制方式時(shí)，可以在操作畫面上設(shè)定壓力設(shè)定值，高旁根據(jù)設(shè)定的壓力設(shè)定值維持主汽壓力到設(shè)定值。當(dāng)汽輪機(jī)高壓缸開始接收蒸汽時(shí)，由于壓力下降高壓旁路開始關(guān)閉，汽輪機(jī)能夠接收鍋爐產(chǎn)生的全部蒸汽后，高壓旁路裝置將

12、完全關(guān)閉。一旦并網(wǎng)后高壓旁路關(guān)閉，高壓旁路進(jìn)入正常運(yùn)行控制（壓力跟隨模式）。在壓力跟隨模式下，壓力設(shè)定點(diǎn)跟隨實(shí)際主汽壓。1.1.4正常運(yùn)行控制（壓力跟隨模式）旁路進(jìn)入正常運(yùn)行控制（壓力跟隨模式）后同時(shí)又處于自動(dòng)位，主汽壓力設(shè)定點(diǎn)就會(huì)跟蹤實(shí)際的壓力外加一個(gè)門檻值dP由dP將旁路裝置保持這在關(guān)閉狀態(tài)。壓力設(shè)定點(diǎn)的最大升速率仍然是有限制的，最大升速率是高旁前主蒸汽壓力的函數(shù)。如果蒸汽壓力超出該速率，則旁路裝置將開始打開，控制器返回到壓力控制模式。壓力由旁路裝置控制，直至恢復(fù)正常的操作且旁路裝置再次關(guān)閉，又進(jìn)入壓力跟隨模式。1.1.5重新啟動(dòng)狀態(tài)當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，如果鍋爐仍然充壓，則會(huì)因旁路閥關(guān)閉而進(jìn)入“

13、重新啟動(dòng)” 狀態(tài)。在“重新啟動(dòng)” 狀態(tài)下，如果主蒸汽壓力變化剃度是負(fù)值，則主汽壓壓力設(shè)定點(diǎn)跟隨實(shí)際主汽壓力；如果主汽壓力開始上升，旁路閥將開始打開。當(dāng)旁路閥打開時(shí)，如果主汽壓力低于汽機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力Psync，則壓力設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器進(jìn)入“升壓”狀態(tài)，如果主汽壓力已經(jīng)高于汽機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力Psync，則壓力設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器直接進(jìn)入到“定壓模式”。1.1.6停機(jī)過(guò)程控制（停機(jī)模式）當(dāng)工廠計(jì)劃停機(jī)時(shí)，操作人員可選擇“ 停機(jī)模式” 。當(dāng)DEH 信號(hào)“汽輪機(jī)已帶負(fù)荷” 存在且旁路閥控制器處于自動(dòng)位置時(shí)，在旁路操作畫面上按“投停機(jī)模式”按鈕，高旁控制進(jìn)入停機(jī)模式。一旦DEH 信號(hào)“ 汽輪機(jī)已帶負(fù)荷” 消失，“停機(jī)模式”取消，

14、且設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器將變到“定壓模式” 。當(dāng)鍋爐停機(jī)時(shí)，DCS 信號(hào)“鍋爐已點(diǎn)火” 失去，旁路閥將關(guān)閉，且設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器將切換到“跟隨模式” 。在“停機(jī)模式” 下，如果主蒸汽壓力變化剃度是負(fù)值，則主汽壓壓力設(shè)定點(diǎn)跟隨實(shí)際主汽壓力；如果主汽壓力開始上升，旁路閥將開始打開。當(dāng)“停機(jī)模式”取消后(汽機(jī)主汽門關(guān)閉但鍋爐尚未熄火)，設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器將處于“定壓模式” 。在“定壓模式” 下，實(shí)際主汽壓將控制到一固定壓力設(shè)定點(diǎn)。當(dāng)鍋爐熄火后,旁路閥將逐漸關(guān)閉。當(dāng)鍋爐熄火且旁路閥已關(guān)閉，設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器將切換到“跟隨模式” 。在“跟隨模式” 下，主汽壓壓力設(shè)定點(diǎn)又將跟隨實(shí)際主汽壓力。1.1.7高旁主汽壓力控制器高旁主汽壓力控

15、制器接收實(shí)際的主蒸汽壓力信號(hào)和從設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器來(lái)的壓力設(shè)定點(diǎn)，生成旁路閥閥位需求信號(hào)。壓力控制器有一個(gè)手動(dòng)/自動(dòng)(M/A)站來(lái)控制旁路閥。在信號(hào)旁路快開信號(hào)“BP open” 作用下，旁路閥將由發(fā)給電磁閥的開啟指令所開啟?？刂破鞅辉O(shè)置為手動(dòng)?？扉_信號(hào)結(jié)束后，控制器又置回自動(dòng)。在信號(hào)旁路快關(guān)“ BP close trip” 作用下，旁路閥將由發(fā)給電磁閥的關(guān)閉指令所關(guān)閉。控制器被設(shè)置為手動(dòng)。在“ 跟隨模式” 下，當(dāng)“ dP on” 有效時(shí)，一個(gè)差壓將被加到壓力設(shè)定點(diǎn)上，以使旁路閥保持關(guān)閉狀態(tài)。在“ 啟動(dòng)模式”下，當(dāng)處于“最小壓力” 狀態(tài)時(shí)，旁路閥將開啟到一個(gè)最小位置“ Ymin” 。當(dāng)閥位超過(guò)“Ym

16、in” 后，“Ymin on” 將取消。1.2 高旁溫度控制高旁噴水控制閥通過(guò)控制噴水量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高旁后溫度的控制。操作員可以通過(guò)改變溫度設(shè)定點(diǎn)來(lái)得到想要控制的高旁后蒸汽溫度。為了改善溫度控制特性，動(dòng)態(tài)地改變控制器的放大信號(hào)，使之與蒸汽流量相匹配，溫度控制回路引入了高旁流量信號(hào)，高旁流量通過(guò)高旁前壓力與高旁閥開度經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換得到的通流面積相乘得到。高旁流量和溫度控制器的輸出相乘得到高旁噴水控制閥的控制指令信號(hào)。當(dāng)高壓旁路閥開啟（開度2）時(shí)，溫度控制器即被設(shè)置為自動(dòng)模式。當(dāng)旁路閥關(guān)閉時(shí)，噴水閥也關(guān)閉，溫度控制器被設(shè)置到手動(dòng)。1.3 高旁的保護(hù)功能高旁快開功能：主汽壓力大于某一定值（調(diào)試中定）后，當(dāng)出

17、現(xiàn)以下條件之一時(shí)高旁快開（如果主汽壓力低于該定值，則閉鎖高旁快開）：（1）汽機(jī)跳閘；（2）發(fā)電機(jī)跳閘；（3）實(shí)際主汽壓力達(dá)到主汽壓力設(shè)定點(diǎn)之上的快開壓力閾值“dp max” 時(shí)；（4）手動(dòng)快開。 “啟動(dòng)程序”狀態(tài)有效時(shí)，也閉鎖高旁快開。高旁快關(guān)功能當(dāng)出現(xiàn)以下條件之一時(shí)候高旁快關(guān)：（1）閥后溫度高高（延時(shí)20秒）；（2）手動(dòng)快關(guān)。注：高旁快關(guān)指令優(yōu)先，如果有快關(guān)，則快開不起作用。2低壓旁路控制低旁和高旁配合一起工作，使不進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽進(jìn)入冷凝器。2.1低旁壓力控制 低旁壓力設(shè)定點(diǎn)汽機(jī)沒(méi)有進(jìn)汽前，低旁壓力處于“最小壓力”控制方式，再熱器出口壓力設(shè)定值為最小壓力“Pmin” ，如果需要提高壓力設(shè)定

18、值，運(yùn)行人員可通過(guò)修改人工設(shè)定來(lái)提高，Pmin和人工設(shè)定值的高選值作為低旁壓力的設(shè)定值。高壓缸進(jìn)汽后，調(diào)節(jié)級(jí)壓力作為反映負(fù)荷的信號(hào)用來(lái)計(jì)算低旁壓力設(shè)定值，如果這個(gè)計(jì)算的壓力設(shè)定值大于最小壓力定值和人工設(shè)定值的高選值，則計(jì)算值作為設(shè)定值。2.1.2低旁壓力控制器低壓旁路A、B各設(shè)一壓力控制器，分別接收A、B側(cè)的實(shí)際再熱汽壓力信號(hào)（三選中）和壓力設(shè)定值發(fā)生器產(chǎn)生的壓力設(shè)定值，各控制器的輸出分別作為低旁減壓閥LBP A、B的閥位指令。每個(gè)低壓旁路控制器都設(shè)有M/A 手操站 。凝汽器保護(hù)回路產(chǎn)生的低旁減壓閥關(guān)閉指令將關(guān)閉低旁減壓閥并且把低旁壓力控制器切至手動(dòng)。低旁減壓閥的最大開度取決于排往凝汽器的蒸汽流量，當(dāng)?shù)团耘牌窟^(guò)大時(shí)將關(guān)小低旁減壓閥。2.2低旁溫度控制由于低壓旁路減溫器后面的蒸汽通常處于接近飽和或飽和狀態(tài)，因此減溫器后面的溫度不能用作被控參數(shù)。低旁溫度控制采用低旁減壓閥開度和高溫再熱器出口蒸汽焓值相結(jié)合的策略。高溫再熱器出口蒸汽焓值與低旁減壓閥開度轉(zhuǎn)換