二次再熱機(jī)組雙機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行控制策略

房吉國 楊國強(qiáng) 王開晶

摘? 要：雙機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)最重要的設(shè)備之一為回?zé)崾津?qū)動(dòng)小汽機(jī)，該小汽機(jī)具有驅(qū)動(dòng)給水泵和回?zé)岢槠喾N功能。小汽機(jī)在滿足給水泵耗功的同時(shí)，還要滿足回?zé)嵯到y(tǒng)的需要。不僅要考慮升降負(fù)荷時(shí)小汽機(jī)的運(yùn)行，還要考慮其他特殊工況下如何滿足給水和回?zé)岢槠囊?。小汽機(jī)的啟動(dòng)和控制運(yùn)行是一個(gè)多變量協(xié)同控制過程，如何正確處理這些變量之間的關(guān)系及控制方法是實(shí)現(xiàn)小汽機(jī)正常啟動(dòng)運(yùn)行的前提。文章根據(jù)以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及雙機(jī)回?zé)嵝∑啓C(jī)的運(yùn)行特性，進(jìn)行了雙機(jī)回?zé)岣鞴r的運(yùn)行控制策略設(shè)計(jì)，方便后期運(yùn)行實(shí)際操作。

關(guān)鍵詞：1000 MW;雙機(jī)回?zé)?小汽輪機(jī);變工況;運(yùn)行控制

中圖分類號(hào)：TM621? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）01-0031-04

Abstract：One of the most important devices of the double-turbine reheating system is the reheating drive small steam turbine. The small steam machine has various functions of driving feed water pump and recovering heat steam extraction. The small steam turbine satisfies the needs of the reheating system while supplying the pump with power. It is necessary to consider not only the operation of the small steam turbine during lifting and lifting load，but also how to meet the requirements of water supply and return heat pumping under other special conditions. The starting and controlling operation of small steam turbine is a multi-variable collaborative control process. How to correctly handle the relationship between these variables and the controlling method is the premise of realizing the normal starting operation of small steam turbine. The article based on the experience of operation and the characteristics of the two-turbine return steam turbine，the operation control strategy of the two-turbine return heat is designed to facilitate the operation of the later operation.

Keywords：1000 MW;double-turbine regeneration system;small steam turbine;variable working conditions;operation control

0? 引? 言

燃煤發(fā)電機(jī)組蒸汽參數(shù)的提高，可以獲得更高的循環(huán)效率，進(jìn)一步降低機(jī)組的煤耗，減少溫室氣體和其他污染物排放。隨著蒸汽參數(shù)的提高，回?zé)岢槠^熱度增大，回?zé)峒訜崞鲀?nèi)汽側(cè)和水側(cè)換熱不可逆損失增加，削弱了提高蒸汽參數(shù)帶來的收益。蒸汽參數(shù)越高，這一矛盾越突出。對(duì)于這一問題，常規(guī)的解決辦法是，通過在再熱后的部分回?zé)岢槠鲈O(shè)外置式蒸汽冷卻器，降低回?zé)岢槠倪^熱度，但是前置蒸冷器雖然可降低抽汽過熱度，但其綜合換熱系數(shù)很小，只有通過增大其換熱面積才可以保證換熱效果。因此其提升給水溫度有限，體積龐大，一方面給主廠房的布置帶來了困難，另一方面由于其價(jià)格不菲，提高了整個(gè)工程的造價(jià)成本[1]。另一種辦法是采用雙機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)，此方法理論上能夠大幅降低再熱后所有回?zé)岢槠膿Q熱過熱度，可以大幅提高回?zé)岢槠芗?jí)利用效率[2，3]。百萬二次再熱機(jī)組，參數(shù)越高，優(yōu)勢(shì)越明顯。采用雙機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)后，小汽機(jī)的啟動(dòng)和控制運(yùn)行是一個(gè)多變量協(xié)同控制過程，正確處理這些變量之間的關(guān)系及控制方法是實(shí)現(xiàn)小汽機(jī)正常啟動(dòng)運(yùn)行的前提，本文將對(duì)雙機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1? 雙機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)介紹

雙機(jī)回?zé)嵝∑啓C(jī)系統(tǒng)如圖1所示，采用抽汽背壓式汽輪機(jī)，該汽輪機(jī)工作汽源來自超高壓缸冷段再熱蒸汽（超高壓止逆閥后）。采用超高壓缸冷端再熱蒸汽，具有工作汽源參數(shù)較高，機(jī)組效率較高的優(yōu)勢(shì)[4]，同時(shí)配備小發(fā)電機(jī)，經(jīng)過不同工況計(jì)算均能夠滿足給水泵功率要求[5]，不需另設(shè)高壓汽源，小汽輪機(jī)僅設(shè)一個(gè)工作汽源，機(jī)組調(diào)試時(shí)由輔助汽源供汽。

小汽機(jī)的抽汽替代大汽輪機(jī)高壓缸、中壓缸的回?zé)岢槠碜砸淮卧贌崂涠蔚恼羝?jīng)過小汽機(jī)部分級(jí)次做功后，依次進(jìn)入高壓加熱器和除氧器換熱，排汽進(jìn)入低壓加熱器或凝汽器（排氣裝置）。

2? 小汽輪機(jī)啟、停動(dòng)運(yùn)行控制策略

2.1? 控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)

小汽輪機(jī)由MEH控制系統(tǒng)控制，控制方式可分為三種：手動(dòng)方式、轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制、閥位開環(huán)控制。小汽輪機(jī)在啟動(dòng)過程中，通過測(cè)速板采集小機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制系統(tǒng)按小汽輪機(jī)啟動(dòng)曲線升速，輸出控制信號(hào)到伺服閥，通過伺服閥來改變調(diào)節(jié)閥的開度，控制進(jìn)入給水泵汽輪機(jī)的蒸汽流量，改變汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。

2.2? 小機(jī)啟動(dòng)控制

大機(jī)沖轉(zhuǎn)定速3000 r/min后，超高壓缸冷段再熱蒸汽參數(shù)滿足沖車要求，可啟動(dòng)回?zé)嵝∑麢C(jī)并通過調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)汽流量，給水泵旁路投入運(yùn)行，并通過調(diào)速裝置調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速，使給水泵低速、低負(fù)荷運(yùn)行。小機(jī)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)時(shí)，小機(jī)排汽進(jìn)入凝汽器，小機(jī)并網(wǎng)時(shí)，逐步開啟低加入口的閥門，關(guān)小去凝汽器閥門，逐步將小機(jī)排汽切換至低加，雙機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)啟動(dòng)過程如圖2所示。

回?zé)嵝∑麢C(jī)轉(zhuǎn)速升至3000 r/min，穩(wěn)定后小汽輪機(jī)并網(wǎng)帶初負(fù)荷，繼續(xù)開大小汽機(jī)調(diào)節(jié)閥，增大進(jìn)汽流量至閥門全開帶滿負(fù)荷。任何工況下不得超過小發(fā)電機(jī)最大功率，不得低于小發(fā)電機(jī)最小功率，理論上回?zé)嵝∑麢C(jī)出力和給水泵間的功率差就是小發(fā)電機(jī)出力，小機(jī)所帶加熱器投入順序，壓力由低到高依次投入。

同時(shí)，給水泵耦合器由自動(dòng)控制切換到協(xié)調(diào)控制方式，DCS給出目標(biāo)轉(zhuǎn)速，根據(jù)給水流量要求控制給水泵相應(yīng)轉(zhuǎn)速，當(dāng)汽動(dòng)給水泵出口壓力升高至電動(dòng)給水泵出口壓力，汽動(dòng)給水泵與電動(dòng)給水泵并列運(yùn)行，并逐漸減小電動(dòng)給水泵出力，調(diào)節(jié)電動(dòng)給水泵出口調(diào)節(jié)閥，維持電動(dòng)給水泵出口壓力滿足要求，減小流量，同時(shí)增加小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵出力，直至電動(dòng)給水泵流量減小到一定程度，停止電動(dòng)給水泵，完全由小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵滿足鍋爐給水的需要。不同負(fù)荷下通過小發(fā)電機(jī)的電負(fù)荷來協(xié)調(diào)給水泵的出力。

2.3? 小機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)策略

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，回?zé)岢槠坑苫責(zé)峒訜崞髯云胶鉀Q定，給水泵出力由某工況下給水流量及給水壓頭決定，各工況下回?zé)嵝∑麢C(jī)進(jìn)汽量不可能同時(shí)滿足給水泵出力和回?zé)岢槠?。部分?fù)荷時(shí)小機(jī)進(jìn)汽壓力滑低，進(jìn)汽量減少，給水泵的效率下降，給水流量和壓頭均減小，整個(gè)給水泵組出力減小。全負(fù)荷及變負(fù)荷工況下，小汽機(jī)調(diào)門不參與調(diào)節(jié)，機(jī)組負(fù)荷隨進(jìn)、排汽參數(shù)變化，通過小機(jī)帶的電負(fù)荷來匹配軸功率，各工況下電機(jī)功率并不相同，在小電機(jī)最高與最低負(fù)荷之間。小汽機(jī)調(diào)門僅在機(jī)組啟動(dòng)及小電機(jī)功率超限等特殊工況下參與調(diào)節(jié)。

鍋爐給水泵由聯(lián)軸器及調(diào)速裝置齒輪箱等設(shè)備與小汽輪機(jī)相連，調(diào)速裝置接收鍋爐給水流量或轉(zhuǎn)速信號(hào)，信號(hào)來自CCS輸出信號(hào)，且與DCS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，通過控制調(diào)整調(diào)速裝置輸出轉(zhuǎn)速來滿足鍋爐給水要求。給水通過調(diào)速裝置，其流量按機(jī)爐控制系統(tǒng)要求的“煤水比”對(duì)給水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

2.4? 小機(jī)停機(jī)控制策略

汽輪機(jī)的停機(jī)分為正常停機(jī)與緊急停機(jī)。正常停機(jī)用于小修、大修等計(jì)劃停機(jī);緊急停機(jī)用于機(jī)組發(fā)生事故，危及人身、設(shè)備安全及突然發(fā)生不可抗拒的自然災(zāi)害時(shí)的停機(jī)。

2.4.1? 小機(jī)隨機(jī)組正常停機(jī)

正常停機(jī)過程，小機(jī)隨大機(jī)一起滑參數(shù)停機(jī)，按如下步驟進(jìn)行：

（1）當(dāng)主機(jī)負(fù)荷下降至低于40%額定值時(shí)，打開所有的氣動(dòng)疏水閥，小汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥參與調(diào)節(jié);

（2）隨著主機(jī)負(fù)荷下降，CCS自動(dòng)降低給水泵轉(zhuǎn)速，當(dāng)大機(jī)負(fù)荷以穩(wěn)定速率降低時(shí)，給水泵通過調(diào)速裝置轉(zhuǎn)速隨給水調(diào)節(jié)而自動(dòng)降速。當(dāng)大機(jī)負(fù)荷降至40%～30%時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)給水泵，當(dāng)汽泵轉(zhuǎn)速下降到10%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，或發(fā)電機(jī)功率超過額定功率時(shí)，小汽輪機(jī)開始降負(fù)荷，當(dāng)小汽機(jī)負(fù)荷下降到5%額定負(fù)荷時(shí)，按下操作控制臺(tái)上“停機(jī)”按鈕。發(fā)電機(jī)解列，主汽閥，調(diào)節(jié)閥、抽汽止逆門全部關(guān)閉;

（3）機(jī)組脫扣。1）主汽閥與調(diào)節(jié)閥迅速關(guān)閉，相應(yīng)指示燈亮;2）當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速惰走到0 r/min時(shí)，盤車裝置自動(dòng)投入并帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)組進(jìn)入盤車狀態(tài);3）盤車裝置要連續(xù)運(yùn)行至汽缸溫度達(dá)150 ℃以下方可停止。

2.4.2? 小機(jī)緊急停機(jī)

緊急停機(jī)即非正常停機(jī)，如果出現(xiàn)在下列情況下，則汽輪機(jī)必須立即打閘停機(jī)，緊急停機(jī)可通集控室控制臺(tái)上的手動(dòng)停機(jī)按鈕。

（1）機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，振幅達(dá)停機(jī)值以上，或機(jī)組振動(dòng)值急劇增加;

（2）汽輪機(jī)內(nèi)有清晰的金屬摩擦聲和撞擊聲;

（3）汽輪機(jī)發(fā)生水擊;

（4）軸承鎢金溫度急劇上升至跳機(jī)值或任一軸承回油溫度升至跳機(jī)值;

（5）軸封或擋油環(huán)嚴(yán)重摩擦、冒火花;

（6）啟動(dòng)備用油泵無效，潤滑油母管壓力低至停機(jī)值;

（7）油箱油位低至停機(jī)值，補(bǔ)油無效;

（8）油系統(tǒng)著火;

（9）軸向位移超限，而軸向位移保護(hù)裝置未動(dòng)作;

（10）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升至跳閘轉(zhuǎn)速值，而機(jī)組未遮斷。

2.5? 背壓控制方式

小汽機(jī)的背壓越低，替代回?zé)嵯到y(tǒng)的范圍越大，回?zé)岢槠恳苍蕉?，小汽輪機(jī)的出力也越大;而背壓越高，替代回?zé)嵯到y(tǒng)的范圍越小，對(duì)應(yīng)的回?zé)岢槠恳苍缴?，小汽輪機(jī)的出力也越小?；?zé)崾津?qū)動(dòng)小汽機(jī)的背壓不能太低，排汽濕度將嚴(yán)重超限，不利于末級(jí)葉片運(yùn)行?；?zé)崾津?qū)動(dòng)小汽機(jī)背壓不能太高，當(dāng)背壓達(dá)到一定壓力時(shí)，出力滿足不了給水泵耗功，且可能超過低加的工作允許壓力，這個(gè)背壓值便是回?zé)嵝∑麢C(jī)背壓的上限值。不同負(fù)荷時(shí)小汽輪機(jī)背壓整定由調(diào)壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)背壓超過允許范圍時(shí)，先通過去末級(jí)低加的調(diào)節(jié)閥來維持小汽輪機(jī)背壓，維持不了再調(diào)整前一級(jí)低加的調(diào)節(jié)閥，若背壓仍然不能回減，則需要調(diào)節(jié)小汽輪機(jī)的進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥。

3? 特殊運(yùn)行工況控制策略

3.1? 高加切除工況

雙機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)中，進(jìn)入回?zé)嵝∑麢C(jī)的蒸汽全部進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)，THA工況下，回?zé)嵝∑麢C(jī)所帶高壓回?zé)岢槠空贾髁髁髁勘壤^大（主流量指通過前一級(jí)的蒸汽流量），高加切除運(yùn)行對(duì)主汽輪機(jī)和小汽機(jī)的軸向推力影響較大，1000 MW二次再熱雙機(jī)回?zé)釞C(jī)組高加切除方式可采用三種，分別為高加全部切除、高加三三分組切除和高加兩兩分組切除。

對(duì)三種運(yùn)行模式下主汽輪機(jī)和回?zé)崾津?qū)動(dòng)小汽機(jī)的軸向推力進(jìn)行了校核，根據(jù)初步核算結(jié)果[6]，只有在高加兩兩分組切除時(shí)，主機(jī)和回?zé)嵝∑麢C(jī)的軸向推力的比壓值較全部切除工況顯著下降。在高加兩兩分組切除模式下，從軸向推力的設(shè)計(jì)角度來說，機(jī)組可帶滿負(fù)荷運(yùn)行。機(jī)組在高加切除的事故運(yùn)行時(shí)保證小機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，推薦采用兩兩分組的設(shè)計(jì)方案。

3.2? 低加切除工況

雙機(jī)回?zé)嵝C(jī)帶的前一級(jí)低加切除，排汽進(jìn)入后一級(jí)低壓加熱器，富余的排汽量通過管道接入凝汽器。僅從汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu)方面考慮，該方案可行。但低加切除對(duì)其他輔助設(shè)備是否有影響，還需要進(jìn)一步評(píng)判混合式低壓加熱器是否可以切除。

末級(jí)低加切除后，前一級(jí)混合式加熱器入口水溫度低、吸熱增加。此時(shí)，回?zé)嵝∑麢C(jī)排汽不需要排至旁路減溫減壓裝置。當(dāng)同時(shí)切除多臺(tái)低壓加熱器時(shí)，需要根據(jù)切除的加熱器個(gè)數(shù)限制機(jī)組負(fù)荷。一般來說，當(dāng)同時(shí)切除兩臺(tái)低加時(shí)，機(jī)組負(fù)荷須降低至90%;當(dāng)同時(shí)切除三臺(tái)低加時(shí)，機(jī)組負(fù)荷須降低至80%;依次類推。另外，回?zé)崾叫∑啓C(jī)排汽系統(tǒng)設(shè)置接入凝汽器的旁路，并配置減溫減壓裝置，起到穩(wěn)定背壓的作用。在加熱器切除工程中，如果背壓超出限制值，投入旁路穩(wěn)定背壓即可。

3.3? 甩負(fù)荷工況

雙機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)，甩負(fù)荷工況可分為大機(jī)甩負(fù)荷及小汽輪機(jī)甩負(fù)荷。

大機(jī)甩負(fù)荷工況時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)解列信號(hào)發(fā)出后，所有調(diào)節(jié)同常規(guī)百萬機(jī)組一樣，控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至102%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，超高壓、高壓和中壓調(diào)節(jié)閥打開維持汽輪機(jī)空轉(zhuǎn)或帶廠用電。甩負(fù)荷時(shí)汽機(jī)功率急速下降，但鍋爐熱慣性大，鍋爐蒸發(fā)量下降較慢，電動(dòng)給水泵功率達(dá)不到鍋爐上水量要求，甩負(fù)荷過程中給水泵仍由回?zé)嵝∑麢C(jī)驅(qū)動(dòng)。

當(dāng)大機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，旁路系統(tǒng)投入運(yùn)行，小汽輪機(jī)進(jìn)汽采用超高壓旁路后冷段再熱汽源。大機(jī)甩負(fù)荷時(shí)小汽輪機(jī)所帶回?zé)岢槠磺谐?，小汽輪機(jī)維持正常運(yùn)行。如果鍋爐上水量較小，小發(fā)電機(jī)功率較大，小汽機(jī)調(diào)節(jié)閥參與調(diào)節(jié)，滿足除氧器壓力不超限，小發(fā)電機(jī)功率不超限。

當(dāng)小機(jī)甩電負(fù)荷時(shí)，小汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)上升，為了維持3000 r/min，小汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥會(huì)參與調(diào)節(jié)，關(guān)小閥門。為避免小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升過大，需預(yù)關(guān)小汽輪機(jī)調(diào)門到一定位置，再進(jìn)行轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)。此時(shí)，調(diào)節(jié)閥滿足給水系統(tǒng)需要，回?zé)嵯到y(tǒng)重新維持自平衡。給水泵調(diào)速裝置輸入端允許超速15%，而小汽輪機(jī)超速范圍為10%，調(diào)速裝置在甩負(fù)荷工況下是安全、可控的。

4? 結(jié)? 論

在成熟機(jī)組的啟動(dòng)、運(yùn)行控制技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)小汽機(jī)的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)、背壓控制系統(tǒng)、啟動(dòng)和停機(jī)、運(yùn)行調(diào)節(jié)進(jìn)行了研究。制定了切高加運(yùn)行、甩負(fù)荷、RB等特殊運(yùn)行工況下的控制方法，保證雙機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（1）小汽機(jī)節(jié)流配汽，工作汽源為超高壓排汽單一汽源，進(jìn)汽量取決于給水泵功率、發(fā)電機(jī)功率和回?zé)岢槠?。正常變工況運(yùn)行時(shí)，小機(jī)閥門保持全開狀態(tài)以保證小機(jī)寬負(fù)荷高效運(yùn)行;

（2）給水泵變工況時(shí)，小汽機(jī)閥門不參與調(diào)節(jié)，通過調(diào)速裝置接收來自給水的信號(hào)調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速、功率，此時(shí)，小發(fā)電機(jī)功率相應(yīng)變化，協(xié)調(diào)給水泵出力;

（3）機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，由于小機(jī)啟動(dòng)時(shí)間比大機(jī)短，為了減少蒸汽浪費(fèi)，小機(jī)可在大機(jī)啟動(dòng)后采用一次再熱冷段蒸汽作為啟動(dòng)汽源啟動(dòng)，因此，建議機(jī)組配置30%電動(dòng)給水泵，先由電動(dòng)給水泵給鍋爐上水，在大機(jī)沖轉(zhuǎn)后啟動(dòng)回?zé)崾津?qū)動(dòng)小汽機(jī);

（4）小汽機(jī)正常運(yùn)行時(shí)排汽到低加，在低加抽汽管路上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，不同負(fù)荷時(shí)通過調(diào)節(jié)閥控制小汽機(jī)排汽背壓。末級(jí)低加的調(diào)節(jié)閥是主要調(diào)節(jié)手段，前一級(jí)低加的調(diào)節(jié)閥為輔助調(diào)節(jié)手段，必要時(shí)需要調(diào)節(jié)小汽輪機(jī)至大機(jī)凝汽器的調(diào)節(jié)閥;

（5）由于雙機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)配置復(fù)雜，設(shè)備繁多，啟動(dòng)運(yùn)行控制是一個(gè)多變量協(xié)同控制過程。在未來的工程驗(yàn)證中還要詳細(xì)研究，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

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作者簡介：房吉國（1969.07-），男，漢族，山東即墨人，

本科，金屬技術(shù)監(jiān)督專責(zé)，研究方向：金屬材料監(jiān)督;楊國強(qiáng)（1989.10-），男，漢族，內(nèi)蒙古呼和浩特人，節(jié)能專責(zé)，本科，研究方向：汽機(jī)節(jié)能;王開晶（1979.06-），男，漢族，山東滕州人，汽機(jī)運(yùn)行高級(jí)主管，研究方向：汽機(jī)運(yùn)行。