燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)組旁路系統(tǒng)配置及控制邏輯研究

王 珍

(東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

1 功能介紹

旁路系統(tǒng)在汽輪機(jī)組啟動(dòng)時(shí)回收鍋爐全部蒸汽，減少啟動(dòng)時(shí)間和汽輪機(jī)的熱應(yīng)力；在汽輪機(jī)組跳閘以及余熱鍋爐出口壓力接近安全閥設(shè)定值時(shí)快速打開，使旁路運(yùn)行減少安全閥的起跳次數(shù)，協(xié)助DCS穩(wěn)定蒸汽運(yùn)行壓力值。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，目前運(yùn)行的常規(guī)火電機(jī)組旁路系統(tǒng)多數(shù)采用二級(jí)或三級(jí)30%～60%鍋爐容量設(shè)計(jì)，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組旁路系統(tǒng)按100%余熱鍋爐最大出力容量設(shè)計(jì)，可以滿足機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)完成甩負(fù)荷且鍋爐過熱器出口安全閥不動(dòng)作的特殊工況要求。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組旁路系統(tǒng)分為高、中、低壓三級(jí)旁路，其中高/中壓旁路采用“AND”的邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)功能：高壓蒸汽通過高壓旁路后，與高排蒸汽匯合后流入冷再熱管道，經(jīng)過再熱器加熱后形成中壓蒸汽，再經(jīng)過中壓旁路，使蒸汽進(jìn)入凝汽器(或熱網(wǎng))；低壓旁路是將低壓過熱器加熱后的蒸汽降壓后直接排入凝汽器中，見圖1。

2 旁路系統(tǒng)配置

高壓主蒸汽和再熱主蒸汽流通路徑分別為高、中低壓旁路閥，并實(shí)現(xiàn)減壓降溫，高/中壓旁路系統(tǒng)流程圖見圖2。低壓主蒸氣流通路徑為低壓旁路閥，并實(shí)現(xiàn)減壓后進(jìn)入到凝汽器喉部再進(jìn)行降溫，低壓旁路系統(tǒng)流程圖見圖3。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組高壓、中壓、低壓旁路閥門選型計(jì)算設(shè)置容量參數(shù)為100%。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)關(guān)注旁路閥選型、噴水降溫注意要點(diǎn)、設(shè)置預(yù)熱裝置、設(shè)置疏水裝置。

圖1 三級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)圖Figure 1 Level 3 series bypass system

圖2 高/中壓旁路系統(tǒng)流程圖
Figure 2 Flow chart of high/medium pressure bypass system

圖3 低壓旁路系統(tǒng)流程圖
Figure 3 Flow chart of low pressure bypass system

2.1 旁路閥選型

根據(jù)熱平衡圖數(shù)據(jù)，按能量守恒公式計(jì)算出各工況(包括啟動(dòng)、運(yùn)行、甩負(fù)荷)下閥門的流量，旁路閥的選型必須滿足流量要求。在氣動(dòng)控制下必須具備快速開啟和快速關(guān)閉的功能。

能量守恒公式：

E=E1+E2=GH=G1H1+G2H2

式中，E為旁路閥總熱負(fù)荷；E1為旁路閥蒸汽進(jìn)口熱負(fù)荷；E2為旁路閥降溫水進(jìn)口熱負(fù)荷；G為旁路閥總流量；G1為旁路閥蒸汽進(jìn)口流量；G1為旁路閥降溫水進(jìn)口流量；H為旁路閥出口蒸汽焓；H1為旁路閥進(jìn)口蒸汽焓；H2為旁路閥降溫水焓。

根據(jù)機(jī)組啟停曲線準(zhǔn)確得出閥門開啟時(shí)間及最小開度，以防閥門振動(dòng)和憋壓，保障旁路閥安全穩(wěn)定的開啟。

旁路降溫噴水控制閥的關(guān)鍵指標(biāo)設(shè)定至少包含：a)噴水均勻；b)霧化良好；c)禁止蒸汽控制閥后超溫和帶水現(xiàn)象發(fā)生；d)噴水量準(zhǔn)確、同步。

2.2 噴水降溫注意要點(diǎn)

根據(jù)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)要求及運(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn)反饋數(shù)據(jù)提煉，注意要點(diǎn)如下：

(1)高、中壓旁路閥后設(shè)置至少5 m直管管道作為混溫段，避免降溫后的高、中壓蒸汽進(jìn)入噴水降溫過程距離不足，同時(shí)也有效防止水滴落在管壁上造成腐蝕甚至水擊。

(2)高壓旁路閥配備一個(gè)噴水降溫器，將蒸汽溫度降低到冷再熱溫度條件。

(3)設(shè)置有帶電動(dòng)隔離閥的噴水控制閥，以通過調(diào)節(jié)噴水量控制汽輪機(jī)旁路閥出口溫度。

(4)中壓旁路閥配置噴水降溫器，保護(hù)凝汽器不超出設(shè)計(jì)溫度極限。

(5)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組低壓旁路的噴水降溫裝置一般設(shè)在凝汽器內(nèi)部。

2.3 設(shè)置預(yù)熱裝置

機(jī)組正常運(yùn)行過程中，為實(shí)現(xiàn)旁路系統(tǒng)功能，旁路閥會(huì)遇到頻繁關(guān)閉、開啟操作，很小的連續(xù)冷凝操作都會(huì)導(dǎo)致旁路閥出現(xiàn)事故，為防止冷凝物的形成并減少熱應(yīng)力的風(fēng)險(xiǎn)，高、中壓旁路系統(tǒng)須設(shè)置預(yù)熱裝置，見圖2。預(yù)熱管從高、中壓旁路閥閥前引入蒸汽至旁路閥，閥芯上設(shè)連續(xù)排放孔，旁路蒸汽通過排放孔進(jìn)入下游管道，并到下游管道加溫預(yù)熱。

2.4 設(shè)置疏水裝置

旁路系統(tǒng)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生冷凝水或未蒸發(fā)的降溫水，會(huì)造成閥門和管道腐蝕，引起閥門振動(dòng)和水擊，如落到溫度傳感器上，將導(dǎo)致控制系統(tǒng)故障。疏水裝置為特殊布置的管道，疏水點(diǎn)設(shè)置在旁路系統(tǒng)最低點(diǎn)，距離旁路閥最近的位置，以便實(shí)現(xiàn)將疏水全部排出。

3 控制邏輯

高壓旁路蒸汽由高壓缸旁路閥調(diào)節(jié)壓力并引入冷再熱蒸汽系統(tǒng)，在啟動(dòng)期間和汽輪機(jī)跳閘之后控制高壓蒸汽母管內(nèi)的壓力，使高壓蒸汽壓力降低到冷再熱蒸氣管道的壓力設(shè)定值。

中壓旁路蒸汽由中壓旁路閥調(diào)節(jié)壓力并被引入凝汽器。該旁路系統(tǒng)還在啟動(dòng)期間和汽輪機(jī)跳閘后動(dòng)作以便控制再熱蒸汽母管內(nèi)的壓力。

低壓旁路蒸汽由低壓旁路閥調(diào)節(jié)壓力降低并引入凝汽器。該旁路系統(tǒng)還在啟動(dòng)期間和汽輪機(jī)跳閘后動(dòng)作以便控制低壓蒸汽母管內(nèi)的壓力。

3.1 旁路系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)閥控制邏輯

燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，高壓旁路閥設(shè)置有暖管旁路，由暖管旁路暖管，調(diào)節(jié)閥由全關(guān)進(jìn)入自動(dòng)開啟狀態(tài)；開度至20%后，按滑壓控制方式升高，直至滿足沖轉(zhuǎn)要求，為維持沖轉(zhuǎn)壓力，調(diào)節(jié)閥又逐漸關(guān)閉；待汽機(jī)并網(wǎng)、高排逆止閥開啟，調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉并進(jìn)入跟隨模式。高/中壓旁路自動(dòng)關(guān)閉的過程中，如果出現(xiàn)一個(gè)旁路卡住，另一個(gè)旁路也同時(shí)保持當(dāng)前開度，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作見表1。

表1 旁路調(diào)節(jié)閥動(dòng)作表Table 1 Motion of bypass adjusting valve

燃機(jī)退汽時(shí)，調(diào)節(jié)閥逐漸開啟，若凝汽器真空度太低或真空度下降過快暫停打開，待真空恢復(fù)到設(shè)定值后繼續(xù)開啟。

3.2 降溫水調(diào)節(jié)閥控制邏輯

閥后溫度及閥前壓力對(duì)它有一定反饋?zhàn)饔?，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作時(shí)降溫水調(diào)節(jié)閥同時(shí)迅速動(dòng)作，閥門動(dòng)作見表2。當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度大于2%或快開時(shí)，降溫水閥自動(dòng)投入。

表2 降溫水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作表Table 2 Motion of attempeartion water adjusting valve

4 結(jié)語

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)旁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在滿足合同要求的框架下，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)積累，不斷完善系統(tǒng)配置及控制邏輯，有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)起機(jī)過程中，系統(tǒng)會(huì)把超出設(shè)計(jì)要求的汽流引入冷凝器，讓汽機(jī)沖轉(zhuǎn)溫度和鍋爐出口溫差縮小，達(dá)到最快效率起機(jī)；

(2)在非極端情況下，系統(tǒng)具備自我調(diào)節(jié)與自我保護(hù)功能，很好地穩(wěn)定主蒸汽壓力和溫度；

(3)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度和壓力變化速率的控制，減少管道及轉(zhuǎn)子在啟停階段的熱應(yīng)力。