張良軍，李康良，王 旺

（國(guó)電浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315800）

火力發(fā)電機(jī)組的旁路系統(tǒng)是在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)或汽輪機(jī)快速甩負(fù)荷時(shí)用以提高機(jī)組效益的一套設(shè)備。根據(jù)其控制對(duì)象的不同可以分為高壓旁路（簡(jiǎn)稱(chēng)高旁）控制系統(tǒng)和低壓旁路（簡(jiǎn)稱(chēng)低旁）控制系統(tǒng)。高旁是在鍋爐啟動(dòng)和甩負(fù)荷時(shí)，把鍋爐過(guò)熱器來(lái)的蒸汽通過(guò)高旁管道經(jīng)過(guò)減溫減壓后引到再熱器。低旁是在鍋爐啟動(dòng)或甩負(fù)荷時(shí)，把鍋爐再熱器來(lái)的蒸汽通過(guò)低旁管道經(jīng)過(guò)減溫減壓后引入冷凝器。

北侖發(fā)電廠(chǎng)3—5號(hào)機(jī)組自2000年前后投產(chǎn)以來(lái)，高、低壓旁路系統(tǒng)一直存在缺陷多、自動(dòng)投入率低等問(wèn)題，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

1 故障情況

北侖發(fā)電廠(chǎng)3—5號(hào)600 MW機(jī)組采用瑞士SULZER公司設(shè)計(jì)制造的高、低壓旁路系統(tǒng)，其容量均為50%鍋爐最大出力（BMCR）流量。使用SULZER AV6控制系統(tǒng)及配套的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)包含1個(gè)高旁壓力控制閥（BP），1個(gè)高旁溫度調(diào)節(jié)閥（BPE），1個(gè)高旁噴水隔離閥（BD），2個(gè)低旁壓力控制閥（LBP）和2個(gè)低旁溫度調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥（LBPE）等，如圖1所示。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年1月至2009年5月，3—5號(hào)機(jī)高低旁路系統(tǒng)缺陷中，由于高低旁噴水減溫調(diào)節(jié)品質(zhì)不佳導(dǎo)致高低旁溫度控制撤出自動(dòng)的缺陷占總?cè)毕輸?shù)75%以上。高低旁溫度控制品質(zhì)不佳具體表現(xiàn)為：

（1）在開(kāi)停機(jī)過(guò)程中，旁路系統(tǒng)投入自動(dòng)時(shí)高旁噴水調(diào)節(jié)閥大幅晃動(dòng)。

（2）在低旁開(kāi)啟時(shí)，常常由于低旁噴水調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟速度遲緩而造成低旁閥后溫度高高保護(hù)動(dòng)作引起低旁快關(guān)。

上述故障不僅延誤開(kāi)停機(jī)，而且高低旁溫度控制只能切至手動(dòng)，在開(kāi)停機(jī)過(guò)程中需派專(zhuān)人手動(dòng)控制旁路溫度，手動(dòng)控制往往造成噴水過(guò)量或欠量等問(wèn)題。在運(yùn)行人員配置精簡(jiǎn)的情況下浪費(fèi)了人力，從而也減弱了對(duì)其他重要設(shè)備的有效監(jiān)控，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。

2 故障原因分析

2.1 高旁溫度控制原理

高旁溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)帶有旁路流量前饋信號(hào)的單回路反饋系統(tǒng)，如圖2所示。高旁溫度控制器（SCO-BPE）的作用是保證高旁閥后蒸汽溫度穩(wěn)定且不超溫，以保護(hù)再熱器，再熱器冷端溫度一般控制在320℃左右（目前設(shè)定值為300℃）。高旁閥后溫度在調(diào)節(jié)器輸入端與設(shè)定值進(jìn)行比較，由調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制BPE開(kāi)度。在自動(dòng)狀態(tài)下，溫度設(shè)定值由集控室后備盤(pán)手動(dòng)設(shè)定，設(shè)定范圍一般在300～320℃范圍內(nèi)。手動(dòng)狀態(tài)下，溫度設(shè)定值跟蹤高旁閥后溫度。當(dāng)高旁開(kāi)度≥2%時(shí)（即高旁一開(kāi)啟），溫度控制自動(dòng)投入自動(dòng)狀態(tài)。為改善溫度控制系統(tǒng)的性能，特別在旁路蒸汽流量大幅度變化時(shí)減少過(guò)調(diào)和低流量時(shí)提高系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采取了如下措施：

（1）為了補(bǔ)償溫度信號(hào)的測(cè)量延遲，在溫度測(cè)量回路上設(shè)置了PD環(huán)節(jié)，對(duì)高旁閥號(hào)溫度進(jìn)行了相位補(bǔ)償以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。

圖2 高旁噴水減溫控制原理

（2）考慮到不同旁路負(fù)荷下相同的溫度偏差應(yīng)具有不同的噴水強(qiáng)度，系統(tǒng)采取將調(diào)節(jié)器輸出乘以旁路蒸汽流量來(lái)修正控制強(qiáng)度。

2.2 低旁溫度控制原理

由于經(jīng)低旁流入凝汽器的是飽和蒸汽，因此不可能通過(guò)低旁閥后蒸汽溫度作為被調(diào)量來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的閉環(huán)溫度控制，低旁噴水流量目標(biāo)值Fw根據(jù)焓值計(jì)算。

式中：I為蒸汽的焓值，由再熱器的溫度T和壓力P計(jì)算所得，即I=f（T，P）；J為凝結(jié)水的焓值；Fs為蒸汽的流量，由蒸汽壓力P、溫度T和低旁的實(shí)際開(kāi)度y計(jì)算所得，即Fs=f（T，P，y）。

低旁噴水的實(shí)際流量由低旁噴水閥的開(kāi)度和低旁噴水閥前后壓差（經(jīng)驗(yàn)值）計(jì)算，作為系統(tǒng)的反饋值。當(dāng)?shù)团詨毫φ{(diào)節(jié)閥關(guān)閉，低旁噴水閥馬上關(guān)閉；當(dāng)?shù)团蚤_(kāi)度≥2%時(shí)（即低旁一開(kāi)啟），低旁噴水閥馬上開(kāi)至最小開(kāi)度20%（默認(rèn)設(shè)置）。低旁噴水減溫的控制原理見(jiàn)圖3。

圖1 主蒸汽及旁路系統(tǒng)流程

2.3 噴水響應(yīng)速度和噴水量的討論

高低旁路溫度控制的目標(biāo)就是噴水響應(yīng)速度和噴水量，以此保證旁路開(kāi)啟時(shí)旁路閥后既不會(huì)超溫又不會(huì)出現(xiàn)過(guò)量噴水。

（1）噴水響應(yīng)速度。以高旁為例，高旁實(shí)際快開(kāi)速度雖只有2～3 s，但高旁噴水閥的響應(yīng)速度卻為8～10 s，即噴水并無(wú)快開(kāi)功能，這會(huì)不會(huì)造成高旁閥后溫度過(guò)高呢？試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)均表明這種擔(dān)心是多余的。由圖4可見(jiàn)，高旁閥后汽溫雖在1.5 s內(nèi)由320℃升到最高值430℃，但隨著噴水投入其閥后汽溫逐漸下降。閥壁溫在5 s時(shí)才達(dá)最高溫（僅350℃），遠(yuǎn)低于普通碳鋼管430℃的耐溫條件，此時(shí)噴水閥開(kāi)度已相當(dāng)大，閥壁溫將迅速下降，因此高旁噴水閥的開(kāi)啟速度完全能滿(mǎn)足高旁溫度控制的要求；另一方面，噴水并非開(kāi)得越快越好，因?yàn)锽PE閥的行程比BP閥小得多，假如BPE閥比BP閥開(kāi)啟快得多，這不僅紿旁路閥帶來(lái)較大熱沖擊，而且過(guò)量噴水還可能進(jìn)入再熱器或汽機(jī)而造成水擊。

（2）噴水量。在旁路快開(kāi)時(shí)，除要有一定的噴水響應(yīng)速度，其噴水量也要適當(dāng)。因?yàn)檫^(guò)量噴水會(huì)造成熱沖擊和水擊，過(guò)少又會(huì)使閥后溫度過(guò)高。因此，高旁通常采用超前加溫度反饋的控制方式，即在高旁快開(kāi)的一瞬間，根據(jù)其進(jìn)口壓力和開(kāi)度，立即計(jì)算蒸汽流量，根據(jù)蒸汽溫度、流量計(jì)算所需的減溫水量，將減溫閥迅速開(kāi)啟到所需的相應(yīng)開(kāi)度，再按噴水后的實(shí)測(cè)汽溫進(jìn)一步調(diào)整減溫閥的初始開(kāi)度，以準(zhǔn)確控制閥后汽溫。對(duì)低旁而言，其減溫閥的初始開(kāi)度雖也是用計(jì)算方法超前控制的，但并不按閥后實(shí)測(cè)汽溫進(jìn)行反饋控制。因?yàn)榈团蚤y后的蒸汽接近于飽和狀態(tài)，汽溫測(cè)不準(zhǔn)，因此閥后實(shí)測(cè)汽溫只作監(jiān)視而不作控制用。

圖4 高旁噴水試驗(yàn)時(shí)有關(guān)參數(shù)的變化趨勢(shì)

低旁噴水溫度控制系統(tǒng)對(duì)精度要求不是很高，況且也允許有適度的過(guò)量噴水（＜10%）。安全性方面要求不能超溫而損壞凝汽器。高旁減溫噴水調(diào)節(jié)不過(guò)分追求快速性，在控制精度（噴水量方面）上有要求；而低旁減溫噴水調(diào)節(jié)不過(guò)分追求精度（適度的過(guò)量噴水），安全性上要求較高。

3 運(yùn)行中的調(diào)整及效果

圖3 低旁A/B噴水減溫控制原理

根據(jù)高旁減溫噴水調(diào)節(jié)閥頻繁快速開(kāi)關(guān)（晃動(dòng)）且高旁閥后溫度未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象可知，高旁噴水減溫調(diào)節(jié)響應(yīng)已過(guò)分靈敏，因此可將調(diào)節(jié)閥響應(yīng)速度適當(dāng)下調(diào)一點(diǎn)。由低旁減溫調(diào)節(jié)常常引起低旁閥后溫度高從而造成低旁快關(guān)現(xiàn)象可知，低旁噴水明顯存在噴水量不足問(wèn)題，可適當(dāng)增大低旁減溫噴水調(diào)節(jié)閥最小閥位（缺省值為20%，即低旁開(kāi)度2%，溫度調(diào)節(jié)閥馬上打開(kāi)的開(kāi)度）。

將3，4，5號(hào)機(jī)低旁減溫噴水調(diào)節(jié)閥最小開(kāi)度由20%調(diào)整至35%以增加初始噴水量，將高旁溫度控制響應(yīng)速度的控制參數(shù)G由4調(diào)整至3（G=1為低控制質(zhì)量，2～4為中級(jí)控制質(zhì)量，5為高控制質(zhì)量），通過(guò)對(duì)近幾次3，4，5機(jī)開(kāi)停機(jī)過(guò)程觀察，低旁減溫噴水調(diào)節(jié)性能已大大改善，控制已投入自動(dòng)方式，基本滿(mǎn)足控制要求。

4 結(jié)語(yǔ)

高低旁溫度調(diào)節(jié)過(guò)程只發(fā)生在機(jī)組開(kāi)、停機(jī)極短暫時(shí)段內(nèi)，這給調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障的解決帶來(lái)較大的困難。問(wèn)題的最終解決得益于對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)缺陷長(zhǎng)期不懈的跟蹤及對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象特性深入的研究。

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