張世偉， 葉　羅， 徐　衛(wèi)， 許海雷， 張國鈺

(國電泰州發(fā)電有限公司， 江蘇泰州 225300)

?

1 000 MW二次再熱機組旁路控制策略和應用

張世偉， 葉羅， 徐衛(wèi)， 許海雷， 張國鈺

(國電泰州發(fā)電有限公司， 江蘇泰州 225300)

1 000 MW超超臨界二次再熱機組采用三級旁路，其控制策略是在傳統旁路控制策略的基礎上設計研發(fā)的一種全新控制邏輯。介紹了高、中、低三級旁路在機組啟停、正常運行及異常情況下的控制方式和策略，結合某機組的調試說明旁路的應用情況、存在問題和優(yōu)化方案。

汽輪機； 二次再熱； 旁路； 控制策略

隨著我國電力行業(yè)的發(fā)展，1 000 MW二次再熱超超臨界機組將成為未來主力機型。二次再熱汽輪發(fā)電機組采用三級旁路，系統復雜、運行操作不便以及機組不同的啟動方式中存在一定不確定性，因此研究旁路控制策略及實際應用情況將為二次再熱技術在國內的推廣應用發(fā)揮重要的引領示范作用。

1　旁路系統作用

某電廠選用超超臨界、二次中間再熱、五缸四排汽、單背壓、反動凝汽式汽輪機，設計額定主蒸汽壓力為31 MPa、主蒸汽/一次/二次再熱蒸汽溫度為600 ℃/610 ℃/610 ℃。機組給水系統由2臺50%容量汽動給水泵組成。鍋爐為超超臨界直流爐采用容量為100%BMCR高壓旁路+50%中壓旁路+65%低壓三級串聯旁路系統。

旁路主要起著匹配機爐之間熱負荷的作用。在機組啟動期間改善機組啟動性能，減少汽輪機固體顆粒侵蝕，回收工質并避免再熱器系統干燒以及機組不同運行工況下帶負荷的特性，適應快速升降負荷。當出現鍋爐超壓或機組甩負荷等異常工況時，起到安全閥作用，將多余蒸汽通過旁路系統，使鍋爐不超壓維持工況穩(wěn)定，保證機組安全。

2　旁路系統配置

某1 000 MW二次再熱超超臨界機組采用高、中、低三級串聯旁路(分別簡稱高旁、中旁和低旁)。高旁安裝在鍋爐側，由4組25%BMCR閥組組成，分別從鍋爐出口主蒸汽支管上接出，經過減溫、減壓后接入鍋爐側的一次冷再蒸汽支管。中、低旁容量按啟動工況主蒸汽流量加減溫水量設置在汽輪機側。中旁由2只旁路閥組成，分別從一次再熱蒸汽管道接出，經過減溫、減壓后接入二次再熱冷端蒸汽母管。低旁由2只旁路閥組成，分別從二次再熱蒸汽管道接出，經減溫、減壓后接入凝汽器喉部。高、中、低壓旁路分別設置1套油站。旁路系統裝置的構成和技術參數見表1。

表1　旁路系統裝置的構成和技術參數

3　旁路控制策略

3.1 高壓旁路

高旁運行方式根據機組啟動、正常運行、BIO(停機不停爐)、停爐保壓和檢修需要被劃分為A、B、C、D、E五種模式，其中啟動A模式又分為A1、A2和A3三種，起到關閥、閥位限制和沖轉壓力控制等作用[1]。除A1、A2模式高旁直接受閥限控制外，其他模式均由主汽壓力與高旁壓力設定值的偏差經PID調節(jié)器后產生高旁閥位指令，而高旁壓力設定值則根據不同模式有著不同的要求，邏輯簡圖見圖1。

圖1　高壓旁路邏輯簡圖

3.1.1 A1模式——旁路關閉狀態(tài)

高旁進入A1模式只需鍋爐點火旁路收到有火信號，此時直接輸出閥位指令“0”,使高旁關閉。在此階段不論任何壓力始終保持關閉，從而在初始點火期間避免了鍋爐蓄熱流失，使主蒸汽壓力逐步提高，累計升壓到一定值。

3.1.2 A2模式——旁路開度控制方式

A2方式分為A2模式冷態(tài)、A2模式溫態(tài)、A2模式熱態(tài)，分別對應三種高旁閥開度指令曲線。

進入A2模式有三種情況：(1)鍋爐點火12 min后；(2)點火時主汽壓力已大于最大允許沖轉壓力16 MPa；(3)鍋爐累計升壓超過一定量(0.1～1.4 MPa)。在A2冷態(tài)/溫態(tài)模式下,高旁以每分鐘10%的速度開至10%開度，冷態(tài)時保持該開度升壓至0.5 MPa，隨后高旁開至30%(速率為每分鐘1.5%)開始定閥位升壓；溫態(tài)時保持10%到主蒸汽壓力達到點火時壓力，隨后高旁緩慢開啟，控制主蒸汽壓力保持在點火時主蒸汽壓力(開啟速率為每分鐘1.5%)；在A2熱態(tài)模式下，高旁以每分鐘5%的速度開至8%，保持該開度到主蒸汽壓力達到點火時壓力，隨后高旁緩慢開啟，控制主蒸汽壓力保持在點火時主蒸汽壓力(開啟速率為每分鐘1.5%)。

A2模式冷態(tài)、溫態(tài)時高旁閥開度指令下限為10%，熱態(tài)時高旁閥開度指令下限為8%，這樣既能防止再熱器干燒，又避免了鍋爐蓄熱流失。

3.1.3 A3模式——升壓方式

從A2模式進入A3模式需滿足：A2模式下高旁開度>30%，且主蒸汽壓力>1 MPa，且人工確認執(zhí)行升溫升壓。

進入A3模式后旁路閥開始接受升壓指令調壓。用進入A3模式時所保持的主蒸汽壓力值與汽輪機要求的沖轉壓力(壓力的大小取決于汽輪機冷、溫或者熱態(tài))作比較，取大值作為高旁壓力設定值。高旁壓力設定值以一定的升壓率變化，并與當前主蒸汽壓力比較進行PID運算輸出高旁閥位，直至達到沖轉壓力，其中升壓率的選擇考慮到為了減小主蒸汽壓力波動以及鍋爐分離器應力情況等因素,設定升壓率為0.1 MPa/min。

A3模式高旁低限為主蒸汽溫度的函數(10%～18%)，中旁低限為10%，低旁低限10%，這樣既能防止再熱器干燒，又能保證汽輪機沖轉時的壓力。

3.1.4 B模式——汽輪機滑壓跟蹤

從A3模式進入B模式需要DEH給出接收所有蒸汽信號,即機組并網且旁路關閉(閥位<5%)，旁路將切換至B模式。此時,旁路在滑壓跟蹤方式，高旁壓力設定值由機組滑壓曲線加壓力偏置得來，當主蒸汽壓力高于該值1.4 MPa后，兩差值動作高旁溢流開啟，溢流開度由動作前給水流量決定。

3.1.5 C模式——停機不停爐方式

當發(fā)生汽輪機跳閘或者甩負荷等情況，而鍋爐又未熄火時，高旁無法接受所有蒸汽時旁路將由B模式轉至C模式[1]。此時高壓旁路壓力設定值為當前校正后總燃料量對應的蒸汽壓力加上C模式下壓力偏置，并以0.3 MPa/min降壓率控制主蒸汽壓力下滑，以等待汽輪機重新啟動或者鍋爐MFT。在此過程中高旁閥開度受到低限的限制，低限由主蒸汽溫度決定(10%～18%)，直到鍋爐滅火，閥門低限放開。

3.1.6 D/E模式——停爐保壓和停爐檢修模式

當鍋爐熄火后，旁路控制轉入D或E模式。兩者的區(qū)別在于：D模式下運行人員無法改變設定值，設定值為31 MPa；而E模式下，需運行人員手動確認，并且可改變設定壓力值(機組檢修停機)。在這兩模式下，高旁將以0.3 MPa/min降壓率控制主蒸汽壓力趨于目標值。鍋爐熄火后，高旁進入D模式，當主蒸汽壓力小于31 MPa時高旁關閉，當主蒸汽壓力大于31 MPa時高旁開啟控制壓力在31 MPa以下后關閉。當機組再次啟動準備工作就緒后，手動選擇進入E模式，主蒸汽壓力滑至沖轉壓力。

3.1.7 高旁快開

考慮到某些異常情況下為防止鍋爐超壓，高旁設置了快開功能，其觸發(fā)條件為：(1)負荷>300 MW并延時10 s，發(fā)電機跳閘或汽輪機跳閘；(2)主蒸汽壓力>33.5 MPa，高旁快開5 s后復歸，重新進入自動控壓。由于過熱器出口未設置安全閥，繼而無高旁快關功能。

3.2 中壓旁路

3.2.1 控制策略

中旁運行方式與高旁一樣也分為7種模式，具體劃分見表2。

表2　中壓旁路控制模式的劃分

3.2.2 中旁快關功能

中旁快關條件：(1)中旁A或B出口溫度>500 ℃；(2)中旁減溫器噴水壓力<5 MPa。

3.3 低壓旁路

3.3.1 控制策略

低旁控制策略除了在控制目標壓力上不同外，基本與中旁一致。

3.3.2 低旁快關功能

低旁快關條件：(1)凝汽器A或B壓力>40 kPa(絕對壓力)；(2)低旁A或B出口溫度>150 ℃；(3)低旁減溫器噴水壓力<1.6 MPa。

4　旁路應用情況和需要注意的問題

4.1 應用情況

該機組旁路系統自調試以來,經歷數次啟、停,50%、100%甩負荷以及異常情況的考驗，旁路在穩(wěn)定壓力和保障機組安全方面總體符合設計要求，尤其是在啟動過程中旁控制壓力方面的表現較為優(yōu)異。在汽輪機沖轉、并網等節(jié)點由于壓力的控制穩(wěn)定，給水流量的變化也比較平穩(wěn)，繼而在分離器貯水箱、水冷壁壁溫調節(jié)控制上為操作人員帶來了便利。圖2為汽輪機沖轉過程，圖3為機組并網至轉態(tài)結束過程。

圖2　汽輪機沖轉過程

圖3　機組并網至轉態(tài)結束過程

4.2 存在的問題和解決方法

機組調試過程中存在以下情況：

(1) 冷態(tài)啟動過程中，鍋爐熱態(tài)清洗需要一段時間，且分離器溫度在170～185 ℃時效果最佳。最初的控制策略未考慮熱態(tài)清洗，后決定在旁路進入A2模式時，高旁在定閥位30%進行升壓的過程中，啟動分離器溫度大于170 ℃，將選擇進入鍋爐熱態(tài)沖洗階段，該階段將保持當時的主蒸汽壓力不變(大約0.8 MPa)，閥位在30%開度基礎上緩慢開啟；熱態(tài)沖洗階段的結束的條件是運行人員手動確認水質合格后退出沖洗，鍋爐繼續(xù)開始從當前壓力以0.2 MPa/min速率繼續(xù)升溫升壓，鍋爐控制燃燒率、主蒸汽壓力由高旁閥控制，此時高旁進入A3模式。

(2) 旁路減溫水系統在設計中采用減溫水電動門加調節(jié)閥的組合，存在電動門內漏和調節(jié)閥不嚴的隱患，尤其是中旁接入口位置離高排逆止閥過近，沖轉過程中高排逆止閥A、B后溫度波動較大，存在高壓缸進冷汽的風險。研究后決定在高壓缸蒸汽流量過小時高排逆止閥不開，待機組負荷大于100 MW時再開啟。

(3) 低旁減溫水調節(jié)閥在某次100%甩負荷試驗中自動控制被切除，導致低旁閥后溫度高、低旁快關保護動作，從而二次再熱安全門動作泄壓。后經分析是因為在低旁開啟后低旁出口溫度上漲快，減溫水調閥指令迅速上升與反饋偏差大(偏差15%)導致自動切除，待人為干預開啟時已為時已晚。研究后建議取消偏差大自動切除條件，同時由于低旁與凝汽器距離近不存在管道蒸汽帶水振動大的問題，建議在低旁出口溫度高于90 ℃時直接發(fā)超馳全開指令，確保低旁保護不動作，減少擾動。

(4) 當鍋爐熄火后，旁路控制轉入D模式，中旁保壓，主要考慮MFT聯跳2臺汽泵，中旁減溫水中斷且管路殘水不多，控制策略上考慮不開中旁。壓力設定值是在實際壓力的基礎上加1 MPa，并以不大于0.1 MPa/min的速率變化，中旁壓力設定值與實際壓力的差值進入PID函數運算輸出中旁開度。100%甩負荷試驗中，主蒸汽壓最高至33.38 MPa，高旁壓力設定值為31 MPa，高旁開啟(最大26%)，一次再熱器再熱壓力很快達12.8 MPa(中旁設定值11.73 MPa)，中旁逐漸開啟至4.8%，一次再熱安全門動作。后決定取消中壓壓力設定值以不大于0.1 MPa/min的速率變化至設定目標，防止中旁開啟。

(5) 當機組處于B模式下由于異常擾動旁路溢流開啟時，應注意DEH的運行方式的變化。當旁路溢流開啟時，如果DEH進入TF(汽輪機跟隨)方式，即汽輪機控壓時，為穩(wěn)定主蒸汽壓力汽輪機調節(jié)閥會關小，造成壓力上升，而壓力上升又導致旁路繼續(xù)開啟，循而復始，最壞結果是調節(jié)閥關閉機組停運。在遇到此類情況時，建議將機組方式切為BASE(基礎)方式，此時主蒸汽壓力設定值跟蹤實際壓力，可避免旁路動作，另一方面手動控煤控水已達到新的平衡。

5　結語

該機組采用三級旁路系統，在調試投產以來已經歷了機組多次啟停和甩負荷試驗的考驗，并能自動進行相關控制，通過調試優(yōu)化在控制主蒸汽壓力、溢流泄壓、快開保護等方面均達到機組運行需求，保障了機組安全穩(wěn)定運行。

[1] 邸真珍. 1 000 MW超超臨界機組高壓旁路系統壓力控制[J]. 上海電力,2009(6):434-437.

Control Strategies for Bypass System of a 1 000 MW Double-reheat Unit and the Application

Zhang Shiwei, Ye Luo, Xu Wei, Xu Hailei, Zhang Guoyu

(Guodian Taizhou Power Generation Co., Ltd., Taizhou 225300, Jiangsu Province, China)

The 1 000 MW ultra-supercritical double-reheat unit adopts the triple-stage bypass system, and its control logic is newly developed based on traditional control strategies. The control modes and strategies respectively for the high-, medium- and low-pressure bypass system are described under startup, shutdown, normal operation and abnormal operation conditions, combined with analysis on corresponding application situation, existing problems and optimization schemes of relevant bypass systems in a certain unit during commissioning period.

steam turbine; double reheat; bypass; control strategy

2016-01-14

張世偉(1983—)，男，工程師，主要從事火電廠集控運行管理工作。

E-mail: zhangsw@gdtz.com.cn

TK267

A

1671-086X(2016)04-0278-04