1000MW二次再熱火電機(jī)組旁路系統(tǒng)自動(dòng)控制

胡尊民

摘 要：1000MW超超臨界二次再熱機(jī)組的旁路系統(tǒng)由原來的高、低壓兩級(jí)旁路變?yōu)楦摺⒅?、低三?jí)旁路，運(yùn)行參數(shù)及控制策略也隨之改變。大型火電機(jī)組的自動(dòng)化程度日益提高，機(jī)組一鍵啟停技術(shù)（APS）的應(yīng)用將是火電機(jī)組自動(dòng)控制發(fā)展的必然趨勢。旁路系統(tǒng)的全程自動(dòng)控制作為APS系統(tǒng)的一部分，在機(jī)組整體自動(dòng)控制過程中有著很高的重要性。

關(guān)鍵詞：二次再熱 旁路 全程自動(dòng)控制 1000MW超超臨界機(jī)組

1、概述

火力發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)是與汽輪機(jī)并聯(lián)的蒸汽減溫減壓系統(tǒng)。它由蒸汽旁路閥門、旁路閥門控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、旁路減溫閥門和旁路蒸汽管道等組成。其作用是將鍋爐產(chǎn)生的蒸汽不經(jīng)過汽輪機(jī)而引到下一級(jí)的蒸汽管道或凝汽器?，F(xiàn)對(duì)上海電氣集團(tuán)生產(chǎn)的二次再熱百萬機(jī)組配套的旁路系統(tǒng)的自動(dòng)控制策略分析。

2、旁路系統(tǒng)的控制

旁路系統(tǒng)的控制與機(jī)組的啟動(dòng)過程相對(duì)應(yīng)，將整個(gè)啟機(jī)過程分為七個(gè)時(shí)段，對(duì)應(yīng)A1/A2/A3/B/C/D/E7種模式。機(jī)組啟動(dòng)又分為啟動(dòng)點(diǎn)火、升溫升壓、沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)及停機(jī)四個(gè)階段。按照這四個(gè)階段分別介紹高旁、中旁、低旁的控制方式。

2.1啟動(dòng)點(diǎn)火階段

（1）高壓旁路控制

鍋爐點(diǎn)火，旁路進(jìn)入啟動(dòng)點(diǎn)火階段，高旁的控制對(duì)應(yīng)著A1模式和A2模式。鍋爐點(diǎn)火，高壓旁路進(jìn)入A1模式。高旁指令置“0”，高壓旁路閥門全關(guān)，壓力設(shè)定值跟蹤實(shí)際主汽壓力。鍋爐點(diǎn)火15min后或點(diǎn)火時(shí)主汽壓力已大于最大允許沖轉(zhuǎn)壓力（16Mpa）或點(diǎn)火后鍋爐累計(jì)升壓超過一定的量（升壓量為點(diǎn)火時(shí)的主汽壓力的函數(shù)，0.2～1.1Mpa），高旁進(jìn)入A2模式。A2模式為閥位控制模式，高壓旁路的開度根據(jù)啟機(jī)狀態(tài)自動(dòng)設(shè)定開度低限，同時(shí)調(diào)節(jié)主汽壓力，壓力設(shè)定值為0.5Mpa。

冷、溫態(tài)啟機(jī)時(shí)，點(diǎn)火時(shí)主蒸汽壓力較低。此階段的高壓旁路曲線對(duì)應(yīng)圖1所示的t1-t2階段，同時(shí)設(shè)定了旁路閥門開度高限30%用于主蒸汽升溫升壓。隨著鍋爐熱負(fù)荷的增加，鍋爐主蒸汽壓力也會(huì)相應(yīng)增加。在冷態(tài)、溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)還設(shè)計(jì)了一個(gè)熱態(tài)沖洗的功能；通過是調(diào)節(jié)主蒸汽壓力來保證汽水分離器出口溫度在180℃左右。根據(jù)180℃飽和蒸汽對(duì)應(yīng)的壓力，以及分離器出口至過熱器出口之間的壓降，得出熱態(tài)沖洗過程中高壓旁路調(diào)節(jié)的壓力設(shè)定值為0.9 Mpa。中間點(diǎn)溫度達(dá)到180℃或者主蒸汽壓力達(dá)到設(shè)定值后進(jìn)入熱態(tài)沖洗。當(dāng)高壓旁路開度達(dá)到30%時(shí)，高壓旁路高限觸發(fā)，旁路在30%開度升壓，熱態(tài)沖洗條件觸發(fā)時(shí)，釋放高壓旁路高線限制。高旁保持進(jìn)入熱態(tài)沖洗前的主蒸汽壓力為設(shè)定壓力，旁路調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。對(duì)應(yīng)得圖1所示t2-t3階段。當(dāng)沖洗完成后，運(yùn)行人員手動(dòng)操作退出熱態(tài)沖洗。熱態(tài)沖洗復(fù)位后，將高壓旁路的開度高限值從100%重新設(shè)定為30%，開度低限不變，用于鍋爐的升溫升壓。

（2）中壓旁路控制

高壓旁路進(jìn)入A1模式后中壓旁路同時(shí)進(jìn)入A1模式，關(guān)閉中壓旁路。在高壓旁路進(jìn)入A2模式且高旁開度大于3%后，中旁進(jìn)入A2模式，中旁壓力設(shè)定從當(dāng)前主汽壓力按照0.05Mpa/min的速率變化到0.55Mpa；為了保證一級(jí)再熱器有一定蒸汽流量，且保證升壓泄壓速率與鍋爐熱負(fù)荷匹配，中壓旁路閥門開度低限設(shè)定為10%、高限50%。

（3）低壓旁路控制

高壓旁路進(jìn)入A1模式后低壓旁路同時(shí)進(jìn)入A1模式，關(guān)閉低壓旁路。壓力設(shè)定跟蹤實(shí)際壓力，在高壓旁路進(jìn)入A2模式且高旁開度大于3%后，低旁進(jìn)入A2模式，低旁壓力設(shè)定按照0.03Mpa/min的速率增加到0.1Mpa；為了保證二級(jí)再熱器有一定的蒸汽流量，給低壓旁路閥門開度低限設(shè)定為10%，高限50%。

2.2升溫升壓階段（A3模式）

升溫升壓模式分為兩個(gè)階段，一是升溫升壓至啟機(jī)沖轉(zhuǎn)到3000r/min前，二是并網(wǎng)至旁路全關(guān)。圖1所示t3-t4為升壓階段，目的是將主汽壓力升到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力；t4-t5階段為沖轉(zhuǎn)到機(jī)組并網(wǎng)階段。

冷態(tài)、溫態(tài)啟機(jī)時(shí)，A2模式下、主汽壓力達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力設(shè)定值且發(fā)電機(jī)未并網(wǎng)且高旁指令大于29%則高旁進(jìn)入A3模式。

熱態(tài)、極熱態(tài)啟機(jī)時(shí)，主汽壓力大于沖轉(zhuǎn)設(shè)定壓力，將旁路開到30%釋放壓力，當(dāng)主汽壓力達(dá)到啟機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力時(shí)，高壓旁路系統(tǒng)切至A3模式。

A3模式：高壓旁路閥開度高限釋放至100%，高壓旁路通過PID控制器控制維持主蒸汽壓力，升壓速率0.2Mpa/min，目標(biāo)壓力：冷態(tài)、溫態(tài)8Mpa，熱態(tài)、極熱態(tài)12Mpa。高壓旁路閥門開度低限保留，低限為主汽溫度的函數(shù)：300℃及以下對(duì)應(yīng)10%、500℃對(duì)應(yīng)15%、620℃對(duì)應(yīng)18%三段，每段之間線性關(guān)系。

中旁在A2模式、中旁開度不小于50%且高旁已進(jìn)入A3模式，中旁進(jìn)入A3模式，中壓旁路目標(biāo)壓力設(shè)定為2.55Mpa；閥門開度高限設(shè)定為100%，低限為10%，升壓速率0.1Mpa/Min。

低旁在A2模式，低旁開度不小于50%且高旁進(jìn)入A3模式，低旁進(jìn)入A3模式。目標(biāo)壓力設(shè)定為0.8Mpa，低壓旁路閥門高限設(shè)定為100%、低限為10%，升壓速率0.03Mpa/Min。

在機(jī)組并網(wǎng)后，旁路閥門低限設(shè)定為零，高旁調(diào)節(jié)主汽壓力，汽輪機(jī)帶初始負(fù)荷，DEH處于本地負(fù)荷控制模式。當(dāng)高旁閥門開度小于3%后，高旁進(jìn)入滑壓跟蹤B模式；中低開度小于6%后，中低旁進(jìn)入B模式。

當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，機(jī)組處于汽機(jī)調(diào)負(fù)荷，旁路調(diào)壓力模式；通常汽機(jī)初始負(fù)荷指令較大，并網(wǎng)后旁路很快全部關(guān)閉。

高壓旁路啟動(dòng)曲線：

2.3汽機(jī)運(yùn)行模式（B模式）

機(jī)組并網(wǎng)后，所有高旁全關(guān)后，高壓旁路由A3模式進(jìn)入B模式。B模式下，高旁的壓力設(shè)定值會(huì)在協(xié)調(diào)系統(tǒng)滑壓曲線壓力設(shè)定值上疊加一定的偏置量（1.4Mpa），最高不超過35.2Mpa。因設(shè)定值大于實(shí)際壓力，促使高旁可靠關(guān)閉。B模式下高旁提供壓力保護(hù)，限制主汽壓力在協(xié)調(diào)系統(tǒng)壓力設(shè)定值+1.4Mpa的范圍內(nèi)。當(dāng)主汽壓力偏離協(xié)調(diào)壓力設(shè)定值正1.4Mpa后，高旁溢流打開泄壓，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

中壓旁路B模式：中壓旁路壓力設(shè)定值為一次再熱器出口當(dāng)前壓力加0.5Mpa；中壓調(diào)節(jié)PID控制器被調(diào)量一直小于設(shè)定值，中旁關(guān)閉。

低壓旁路B模式：壓力設(shè)定值為二次再熱器出口當(dāng)前壓力加0.3Mpa，保證低壓旁路一直為“0”。

2.4停機(jī)模式（C模式和D模式）

停機(jī)狀態(tài)分為兩種：停機(jī)不停爐C模式和停機(jī)停爐D模式。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行過程中，低負(fù)荷段（機(jī)組負(fù)荷小于200MW）汽輪機(jī)跳閘旁路系統(tǒng)正常打開，不觸發(fā)MFT，旁路進(jìn)入停機(jī)C模式。

C模式下為了防止引發(fā)鍋爐再熱器保護(hù)動(dòng)作，設(shè)定旁路閥門開度指令低限。高壓旁路開度低限曲線為主汽溫度的函數(shù)：300℃及以下對(duì)應(yīng)15%、500℃對(duì)應(yīng)20%、620℃對(duì)應(yīng)23%三段。C模式下目標(biāo)壓力設(shè)定為鍋爐校正后煤量的函數(shù)，滑壓速率為0.3Mpa/min。當(dāng)主汽壓力達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力時(shí)，高旁進(jìn)入A3模式，準(zhǔn)備再次沖轉(zhuǎn)。C模式下高旁壓力設(shè)定與煤量的函數(shù)關(guān)系如表1。

中壓旁路的目標(biāo)壓力為2.55Mpa，壓力設(shè)定變化速率為0.05Mpa/Min，中壓旁路閥門開度低限設(shè)定值為15%。當(dāng)壓力降到2.55Mpa，中旁進(jìn)入A3模式。

低旁目標(biāo)壓力設(shè)定為0.8Mpa，壓力變化速率為0.03 Mpa/Min，低壓旁路閥門開度低限設(shè)定值為12%。當(dāng)壓力降到1Mpa以下，低旁進(jìn)入A3模式。

任何模式和工況下MFT動(dòng)作，高旁、中旁、低旁進(jìn)入停機(jī)D模式，高旁壓力設(shè)定為31Mpa，中旁壓力設(shè)定為當(dāng)前壓力加0.5Mpa，最高不超過12Mpa。低旁壓力設(shè)定為當(dāng)前壓力加0.3Mpa，最高不超過3.6Mpa。綜上所述，當(dāng)MFT動(dòng)作后，高中低三級(jí)旁路在保證系統(tǒng)不超壓的情況下，三級(jí)旁路全關(guān)。

3、結(jié)論

結(jié)合世界首臺(tái)二次再熱1000MW機(jī)組的調(diào)試過程中的實(shí)際情況及參數(shù)邏輯等的調(diào)整。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用表明，此種控制策略及參數(shù)能夠較好的應(yīng)用與二次再熱超超臨界1000MW機(jī)組旁路系統(tǒng)控制上。兼顧機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性；并且包容各種工況下旁路系統(tǒng)的安全響應(yīng)。