超超臨界火電機組的旁路系統(tǒng)研究

1、超超臨界火電機組的旁路系統(tǒng)研究 摘要：機組旁路系統(tǒng)作為機組的重要輔助系統(tǒng)，其配置的優(yōu)劣直接影響機組的安全性和經濟性。本文綜合各種旁路系統(tǒng)的特點，對超超臨界機組的旁路系統(tǒng)選型和控制進行了研究。關鍵詞：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 幾種旁路形式的對比及選擇機組旁路系統(tǒng)作為機組的重要輔助系統(tǒng)，其配置的優(yōu)劣直接影響機組的安全性和經濟性。而旁路系統(tǒng)的形式有多種，大致可分為單機（整機）大旁路系統(tǒng)、兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)、三級旁路系統(tǒng)和三用閥旁路系統(tǒng)4種形式。選擇旁路系統(tǒng)型式時應考慮機組在電網(wǎng)中承擔的任務、運行方式、事故處理方式和再熱器的位置布置等因素?；矩摵蓹C組運行穩(wěn)定，啟停次數(shù)少，一般可選用系統(tǒng)簡單的旁路系統(tǒng)。對于調峰機組，負荷變化幅度較大，啟停頻繁，尤其是兩班制運行的機組，每

4、天需要熱態(tài)啟動，應選用啟停損失小，便于調節(jié)的旁路系統(tǒng)，如兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)。對于電網(wǎng)要求在機組甩負荷時，要求停機不停爐、汽輪機空轉或帶廠用電運行，則應選擇汽水能回收，又能保護鍋爐等各部分的旁路系統(tǒng)。對于三用閥旁路系統(tǒng)，因其對熱控和調節(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，并且這種設計違反國家有關規(guī)程規(guī)定，其設計雖然在元寶山電廠和石洞口二廠應用的非常成功，但在1000MW級超（超）臨界機組上應盡量避免使用。綜合各種旁路系統(tǒng)的特點，并考慮隨著大容量超（超）臨界機組數(shù)量的日益增多和我國用電峰谷差的不斷增大，超（超）臨界機組勢必參與調峰。超（超）臨界機組應具有高的靈活

5、性和安全性，1000MW級超（超）臨界機組的旁路系統(tǒng)以配置兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)為宜。二 超（超）臨界機組旁路系統(tǒng)的作用（1）改善機組的啟動性能機組在各種工況下（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)合啟動時，投入旁路系統(tǒng)控制，實現(xiàn)快速升溫、升壓，縮短啟動時間，并將多余的蒸汽由旁路直接引入凝汽器。對于調峰機組，啟停頻繁，由于鍋爐和汽機的加熱、冷卻特性不同，使得在重新沖轉時，鍋爐出口的蒸汽溫度與汽輪機的金屬溫度不匹配，采用旁路系統(tǒng)可使鍋爐汽溫與汽輪機金屬溫度盡可能匹配，減少汽機熱應力。（2）機組正常運行時，作為主汽和再熱汽的超壓保護裝置機組正常運行時，一旦主蒸汽壓力超過高旁壓力的設定值

6、，高壓旁路閥能快速開啟，并按照機組主蒸汽壓力進行調節(jié)，直至恢復正常值。低壓旁路系統(tǒng)根據(jù)機組負荷（速度級壓力）控制再熱汽壓，當再熱汽壓超過設定汽壓時，低旁開啟，控制再熱汽壓到正常。（3）機組跳閘或甩負荷時，保護機組安全，并提高機組負荷適應性在機組跳閘或甩負荷時，旁路系統(tǒng)快速動作，高旁、低旁快速打開，防止超溫超壓，保護機組，并提高機組負荷適應性，使機組能隨時重新并網(wǎng)恢復正常運行。（4）具有回收工質、減少噪音的作用在各種運行工況下，旁路系統(tǒng)能正常動作和快速動作，減少或避免鍋爐、再熱器安全門動作，避免了汽水損失，回收了工質，提高了經濟性。三 超（超）臨界機組旁路控制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)機組所處的運行階段高旁壓力控制可分為4個階段：啟動過程控制（啟動模式）、壓力控制（固定壓力模式）、正常運行控制（壓力跟隨模式）、停機過程控制（停機模式）。根據(jù)機組啟動時所處狀態(tài)的不同，旁路啟動分為四種啟動狀態(tài)：冷態(tài)啟動、溫態(tài)啟動、熱態(tài)啟動、極熱態(tài)啟動,不同啟動狀態(tài)下，壓力升速率不同。1.1.1高壓旁路的各運行方式“啟動模式” 由來自DCS 的“ 鍋爐渡膨脹完成” 信號自動設置或由操作人員設置?！板仩t渡膨脹完成”的邏輯如下：20min任一燃燒器點火 主汽壓 0.7MPA膨脹結束主汽壓 (點火時主汽壓 + 0.3MPA) 當“啟動模式” 設定后，設定點發(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” ( restart)。只要主蒸汽壓力低于最小壓力Pmin ，設定點發(fā)生器就處于”最小壓力” 狀態(tài)。壓力設定點是最小壓力Pmin。當主蒸汽壓力高于Pmin而低于沖轉壓力Psync時，設定點發(fā)生器處于“升壓”狀態(tài)。當壓力高于Pmin并且旁路閥關閉時，設定點發(fā)生器處于“重新啟動”狀態(tài)。當設定點發(fā)生器在“最小壓力” 或“升壓”狀態(tài)運行時，將生成開關量信號“啟動程序” （startup sequence）。壓力達到Psync且旁路閥開啟時，“啟動模式”取消。另外，當機組并網(wǎng)、產

9、生“汽輪機已帶負荷”信號或當壓力控制器切到到“手動” 位時，“ 啟動模式” 也取消。定壓模式:當系統(tǒng)未處于“啟動模式” 、“ 跟隨模式” 和“ 停機模式” 中的任一模式時，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）當旁路閥關閉且接到來自DEH 的“汽輪機已帶上負荷” (HP turbine loaded) 信號時；（2）當旁路閥關閉且鍋爐沒有點火時；（3）當旁路閥控制器處于手動模式時。1.1.2 啟動過程控制（啟動模式）旁路啟動的過程如下：進入“啟動模式”后，旁路系統(tǒng)進入最小閥位控制過程，高旁閥門會開啟到設定的最小閥位Ymin，它可以確保在點火渡膨

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

11、力設定點不斷增加、閥位保持不變的過程。如果鍋爐燃燒使得主汽壓力升速率過快，設定值低于實際壓力，高旁會打開維持壓力以設定點升速率上升，如果實際壓力升速率過慢，則相應的高旁閥門會關小。在整個升壓過程中，主汽壓力跟隨上述程控的壓力設定點上升，到了汽機的沖轉壓力Psync后則切換到定壓控制（定壓模式），啟動模式結束。在“啟動程序”中，閥位不會低于Ymin即最小閥位設定。1.1.3定壓控制（定壓模式）在壓力控制方式時，可以在操作畫面上設定壓力設定值，高旁根據(jù)設定的壓力設定值維持主汽壓力到設定值。當汽輪機高壓缸開始接收蒸汽時，由于壓力下降高壓旁路開始關閉，汽輪機能夠接收鍋爐產生的全部蒸汽后，高壓旁路裝置將

12、完全關閉。一旦并網(wǎng)后高壓旁路關閉，高壓旁路進入正常運行控制（壓力跟隨模式）。在壓力跟隨模式下，壓力設定點跟隨實際主汽壓。1.1.4正常運行控制（壓力跟隨模式）旁路進入正常運行控制（壓力跟隨模式）后同時又處于自動位，主汽壓力設定點就會跟蹤實際的壓力外加一個門檻值dP由dP將旁路裝置保持這在關閉狀態(tài)。壓力設定點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，直至恢復正常的操作且旁路裝置再次關閉，又進入壓力跟隨模式。1.1.5重新啟動狀態(tài)當機組啟動時，如果鍋爐仍然充壓，則會因旁路閥關閉而進入“

13、重新啟動” 狀態(tài)。在“重新啟動” 狀態(tài)下，如果主蒸汽壓力變化剃度是負值，則主汽壓壓力設定點跟隨實際主汽壓力；如果主汽壓力開始上升，旁路閥將開始打開。當旁路閥打開時，如果主汽壓力低于汽機沖轉壓力Psync，則壓力設定點發(fā)生器進入“升壓”狀態(tài)，如果主汽壓力已經高于汽機沖轉壓力Psync，則壓力設定點發(fā)生器直接進入到“定壓模式”。1.1.6停機過程控制（停機模式）當工廠計劃停機時，操作人員可選擇“ 停機模式” 。當DEH 信號“汽輪機已帶負荷” 存在且旁路閥控制器處于自動位置時，在旁路操作畫面上按“投停機模式”按鈕，高旁控制進入停機模式。一旦DEH 信號“ 汽輪機已帶負荷” 消失，“停機模式”取消，

14、且設定點發(fā)生器將變到“定壓模式” 。當鍋爐停機時，DCS 信號“鍋爐已點火” 失去，旁路閥將關閉，且設定點發(fā)生器將切換到“跟隨模式” 。在“停機模式” 下，如果主蒸汽壓力變化剃度是負值，則主汽壓壓力設定點跟隨實際主汽壓力；如果主汽壓力開始上升，旁路閥將開始打開。當“停機模式”取消后(汽機主汽門關閉但鍋爐尚未熄火)，設定點發(fā)生器將處于“定壓模式” 。在“定壓模式” 下，實際主汽壓將控制到一固定壓力設定點。當鍋爐熄火后,旁路閥將逐漸關閉。當鍋爐熄火且旁路閥已關閉，設定點發(fā)生器將切換到“跟隨模式” 。在“跟隨模式” 下，主汽壓壓力設定點又將跟隨實際主汽壓力。1.1.7高旁主汽壓力控制器高旁主汽壓力控

15、制器接收實際的主蒸汽壓力信號和從設定點發(fā)生器來的壓力設定點，生成旁路閥閥位需求信號。壓力控制器有一個手動/自動(M/A)站來控制旁路閥。在信號旁路快開信號“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置為手動。快開信號結束后，控制器又置回自動。在信號旁路快關“ BP close trip” 作用下，旁路閥將由發(fā)給電磁閥的關閉指令所關閉?？刂破鞅辉O置為手動。在“ 跟隨模式” 下，當“ dP on” 有效時，一個差壓將被加到壓力設定點上，以使旁路閥保持關閉狀態(tài)。在“ 啟動模式”下，當處于“最小壓力” 狀態(tài)時，旁路閥將開啟到一個最小位置“ Ymin” 。當閥位超過“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控制噴水量來實現(xiàn)對高旁后溫度的控制。操作員可以通過改變溫度設定點來得到想要控制的高旁后蒸汽溫度。為了改善溫度控制特性，動態(tài)地改變控制器的放大信號，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，高旁流量通過高旁前壓力與高旁閥開度經函數(shù)轉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。當高壓旁路閥開啟（開度2）時，溫度控制器即被設置為自動模式。當旁路閥關閉時，噴水閥也關閉，溫度控制器被設置到手動。1.3 高旁的保護功能高旁快開功能：主汽壓力大于某一定值（調試中定）后，當出

17、現(xiàn)以下條件之一時高旁快開（如果主汽壓力低于該定值，則閉鎖高旁快開）：（1）汽機跳閘；（2）發(fā)電機跳閘；（3）實際主汽壓力達到主汽壓力設定點之上的快開壓力閾值“dp max” 時；（4）手動快開。 “啟動程序”狀態(tài)有效時，也閉鎖高旁快開。高旁快關功能當出現(xiàn)以下條件之一時候高旁快關：（1）閥后溫度高高（延時20秒）；（2）手動快關。注：高旁快關指令優(yōu)先，如果有快關，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，使不進入汽輪機的蒸汽進入冷凝器。2.1低旁壓力控制 低旁壓力設定點汽機沒有進汽前，低旁壓力處于“最小壓力”控制方式，再熱器出口壓力設定值為最小壓力“Pmin” ，如果需要提高壓力設定

18、值，運行人員可通過修改人工設定來提高，Pmin和人工設定值的高選值作為低旁壓力的設定值。高壓缸進汽后，調節(jié)級壓力作為反映負荷的信號用來計算低旁壓力設定值，如果這個計算的壓力設定值大于最小壓力定值和人工設定值的高選值，則計算值作為設定值。2.1.2低旁壓力控制器低壓旁路A、B各設一壓力控制器，分別接收A、B側的實際再熱汽壓力信號（三選中）和壓力設定值發(fā)生器產生的壓力設定值，各控制器的輸出分別作為低旁減壓閥LBP A、B的閥位指令。每個低壓旁路控制器都設有M/A 手操站 。凝汽器保護回路產生的低旁減壓閥關閉指令將關閉低旁減壓閥并且把低旁壓力控制器切至手動。低旁減壓閥的最大開度取決于排往凝汽器的蒸汽流量，當?shù)团耘牌窟^大時將關小低旁減壓閥。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合的策略。高溫再熱器出口蒸汽焓值與低旁減壓閥開度轉換