1000MW超超临界机组高压旁路系统压力控制.pdf

上 海 电力 2 0 0 9 年第6 期 1 0 0 0 mw 超超临界机组高压旁路系统压力控制 邸真珍 ( 上海外 高桥第三发电有限责任公 司， 上海2 0 0 1 3 7 ) 摘要： 上海外 高 桥第 三 发 电有 限责 任公 司 超超 l临界 机组 所 使 用 的 1 0 0 高压 旁 路 是 引起 德 国 西 门子 t p 3 0 0 0旁路控制系统 ， 文章介绍 了 1 0 0 高压旁路 系统 的作 用 ， 并 从控 制的角 度出发 ， 阐述 了高压旁 路系统 在启 动过程 中所经历的几个 阶段 以及在正常运行 中的控制方法 ， 同时还介绍了作为 1 0 0 高压旁路系统所具 有的快开功能 ， 并给 出了旁路控 制逻辑 的粗略组态图 ， 以供同行借鉴 。 关键词 ： 超超临界机组 ； 旁路控制 ； 快开 ； 火电机组 中图分类号 ： tm2 3 3 7 文献标识码 ： a l 引言 目前 ， 国 内兴建 的 1 0 0 0 mw 超 超 临界 火 电 机组 项 目， 随着机组 容量 的大幅度 提升 ， 在设 备 配 置 、 设 计理 念 以及 控 制 策 略 等方 面与 先 前 的 6 0 0 mw 甚 至 9 0 0 mw 机组 有所不 同 。 上海外 高桥第 三 发 电有 限责 任公 司( 下 称 外 三厂 ) 2台 1 0 0 0 mw 机 组 ， 分 别 于 2 0 0 8年 3月 2 6日与 6月 7日通过 1 6 8 h转入 商业运 行 。其 锅 炉为上 海锅 炉 厂 引 进 al s t om 技 术 生产 ， 汽 机 为上 海汽轮 机 厂 引进 s i e me n s技 术 生 产 ， 高 低 压旁 路 使 用 德 国 b op p &re uthe r 厂 家 提 供 的阀 门组 ， 包 括油 站 及 部分 控 制 逻辑 。油 站 由就 地可编程逻辑控制( p l c ) 控制 ， 旁路 阀门组的压 力和喷水调节控制 ， 则 由西门子 t3 0 0 0旁路控制 系统实 现 。 2高压 旁路 系统 外 三 厂 采 用 的德 国 b o p p&r e uthe r 旁 路 阀 门组 ， 分 4组 共 1 2只 阀门 ， 每组 旁 路有 压力 控制 阀 、 温度 控制 阀以及 喷水 隔绝 门各 1只 。每 只压力控 制 阀 的最 大通 流 量 为 阀 门全 开 ( vwo) 工况 下 的 锅 炉 主 蒸 汽 流 量 的 2 5 ， 4只 即 为 1 0 0 oa通 流量 。安装在 炉侧 过热器 出 口处 ， 同时具 断是 否触发 mf t。当微 油 火检 4个 角 同角 至 少 有一个 存在 ， 且有 6支或 6支 以上油枪有 火时 ， 闭 锁 mf t保护动 作 。同角 2个微 油 火检 都失 去 或 总数 小 于 6个 火 检 时 ， 锅 炉 全 燃 料 丧 失 ， 触 发 m ft。 5 结 语 1 0 0 0 mw 超 超 临界 机组 锅炉 用 油 量 巨 大 ， 特 别是在启 动调 试期 间 ， 采 用 合适 的节 油装 置 十 分必 要 。 上海上 电漕泾 发 电有 限公 司微油点 火技术 的 应用 ， 实现 了锅炉直 接投粉 燃烧 ， 其 每支 机械雾 化 小油枪 用油量 为 3 o 1 0 0 k g h ， 与 常规 大油 枪 每 支用 油 2 0 0 0 k g h左 右 相 比， 大 大 节 省 了 燃 油 ， 节油 率在 9 0 以上 ， 解 决 了锅炉 在 启停 时燃 油 消 耗量 大 的问题 。且 微 油点 火装 置 初 期投 资 少 ， 日 常维 护成本 不高 ， 经 济效益 明显 一 434一 微 油点火 系统在 锅炉启 动和 低负荷稳 燃时起 到 了 良好的作 用 ， 但 也 有一 些 问题需 要 关 注 。在 微油点 火模式 下 ， 需加 强微 油系统 的监视 ， 避免某 根微油 枪熄 灭 后 ， 造 成 b磨 煤 机 跳 闸。另 外 ， 在 使用微 油点火 时 ， 一定 要先 确认微 油枪 已经点燃 ， 然后再 投用一 次风 加热 系 统 ， 这样 可 以避 免 b磨 煤机 内的剩余 煤粉在 没有 点燃 的情况下 直接 喷入 炉膛造 成事故 。 参 考 文 献 ： 1 胡震， 何鹏漕泾电厂 2 1 0 0 0 mw 塔式锅 炉节油点 火选型e j 3 安徽电气工程职业技术学 院学 报， 2 0 0 8 ， 1 3 ( 3 ) ： 4 9 5 3 e 2 胡明君， 李风德微 油点火装 置的工作原 理及其 应用 j 华电技术， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 3 ) ： 1 8 - 2 1 收稿 日期 ： 2 0 0 9 1 2 2 2 作者简介： 沈建峰 ( 1 9 8 0 一 ) ， 男， 工程师， 从事电厂热 工 自动 化研 究 与应 用 工作 。 ( 责任编辑 ： 杜建军) 2 0 0 9 年第 6 期 上 海 电力 有过热器安 全 门的作 用 。1 0 0 高 压旁 路 系统 具 有 快开功 能 ， 可在 0 5 s内将 阀 门 全部 打 开 。每 只压力控制 阀 配备 3只安 全快 开 电磁 阀 ， 1只快 开电磁 阀 ， 1只 比例 阀。同 时 ， 为 了满 足过 热 器安 全门 的功 能 ， 在其就 地控制设 备 中 ， 除 了每 只阀 门 的 p cs( po s i t i o n c o n t r o l s y s t e m) 柜之 外 ， 另 有 1 只 mt 5 3 5 6 保 护柜 ， 内有 3只压 力 开 关及 保 护 电 路板卡 件 ， 实现高 压旁路 的安全快 开功 能 ， 让高 压 旁路具 有过热器安 全 阀的作用 。 3旁路控制系统 外 三厂采 用 西门子 t 3 0 0 0系统 ， 旁 路分 散控 制系统 ( d c s ) 卡件 为 f um 型 卡件 。旁路 控 制逻 辑全 部 在 d c s内实 施 ， 油站 控 制 系统 采 用 就 地 p i c 控 制 ，使 用ab 公 司 的c ont r ol i ( ) g i x 2 0 0 0系列 c p u及 卡件 。 3 1 压力启动 及运行控 制 在控 制方式 上 ， 不 同厂 家 的压 力控 制 方 式 不 同 ， 如 bopp reuther 公 司 的启 动 过 程 ， 分 为最小 开度 、 最 小压力控 制 、 升压模 式 、 固压模式 、 跟踪模 式 ， 跳 机 ， 而 al s tom 公司 的启动模 式 则 分为 al ， a2 ， a3 ， b， c， d e模 式 ， 各种 控制 模式 ， 其实 只是在分 阶段 及描 述 方 面有 部分 不 同 ， 整个 启动过 程大体相 似 。 高压 旁路 的整个 压 力控 制 系统 ， 逻 辑 结 构上 分 为两 层 ： 第一层 为压力 主控 ， 大部 分逻辑 及工况 切换 等功 能都在 此块 逻 辑 实现 ； 第 二层 为 从 压力 控制器 ， 用来处 理压力 主控 送来 的信号 ， 其 输 出信 号直接进 入就地 阀门控 制箱控制 阀门 动作 。整个 逻辑结 构图如 图 1 所示 。 4只 高压旁路 阀门虽 为同一 厂 商按 相 同标 准 制作 ， 但 在现场 安 装后 ， 由于其 安装 管 道 、 阀 门内 安装工 艺 、 控制 电子元器件误 差等 原因 ， 会 导致其 本身特性 有所不 同， 即 4只 阀门传 递 函数 会 有不 同 ， 而仅设 一个 p i d( 比例 、 积分 与微 分 ) 控制 器控 制不 同传递 函数 阀 门， 显然无法做 到最优 调节 ， 甚 至可 能导致部分 阀门产 生调节振荡 。 针对上述 原因 ， 专 门设 置 了从压力 控制器 ， 用 以对 4只阀 门进行 针对 性 的调 节 ， 不 过其 增 益设 为 l ， 对 主控所来 信号不作 放 大缩 小处 理 ， 仅 仅 改 变其 积分时 间 即在整 个 闭环 回路 的传 递 函数 中 增加 一惯性环 节 ， 调节 积 分时 间 即 可让 控制 做 到 有 的放矢 ， 不 会顾此失 彼 。 压力主控制器 2 号阀压力从控制器 4 号 阀压力从控 制器 1 号 阀压力从控制器 3 号阀压力从控制器 图 1 高 压旁 路 控 制 逻辑 结 构 3 1 1 a1模式 al 模 式有 两个作 用 ： ( 1 ) 使 主 蒸汽 压 力逐 步 提 高 ， 累积到启动 压力 ； ( 2 ) 起到 暖管作用 ， 提高锅 炉受热面 和集箱 的温度 。 当锅 炉开始 点火 ， 高 压旁 路进 入 a1模式 ， 主 控 送 出“ 0 ” 阀位 信 号 ， 以保 证 阀 门关 闭 。此 时 ， 阀 门不进行 任何压 力 控制 主蒸 汽压 力 可 以随 意波 动 ， 直至 其进入 a2 模 式 。a1 模 式 的结 束条 件是 进入 a2或 者 b c模 式 、 并 网 、 f i re on 信 号消 失 。 3 1 2 a2模式 从 a1 模 式进入 a2模式 ， 有 3种情况 ： ( 1 ) 主 蒸汽压力 大于 1 1 mp a ， 一 般为汽 机允许 冲转的最 高压 力 ； ( 2 ) 为 点 火 后 1 2 mi n后 进 入 a2模 式 ； ( 3 ) 主蒸 汽压力达 到期望 的累积压 力 ， 累积 压力与 点火时 的压力 为 一设 定 函数 。冷 态启 动 时 ， 超过 点火时压 力约为 0 1 mp a ； 热 态 启动 时 ， 超过 点火 时压力 为 1 1 5 mp a 。 a2模式 主要 控 制 高压 旁路 阀在小 开 度模 式 保持 不动 ， 主 汽压 力逐 渐抬 高 ； 如果 在温 态 、 热态 情 况下启 动 ， 可 以使 得受 热 面 与联 箱 内 的蒸汽 流 量 逐步缓 慢地增 加 ， 受 热面 及 联箱 温度 也 在允 许 范围 内逐 步提高 。 启动 过程 中 ， 冷 态 与热 态启 动 的控 制 方式 不 相 同 ： 冷 态时 ， 高 压旁路 阀开至 5 后 ， 持续 1 mi n 后直接进 入 a3模 式 ， 而 温 态 、 热 态情 况下 ， 高压 旁路 阀将 保持 5 左 右 的 阀位 ， 约 2 mi n 。之 后 ， 阀 门将 在 6 mi n内逐 渐 开 至 1 7 左 右 。采 用 这 种控制方 式 ， 可 以保证 热态时蒸 汽流量缓 慢增加 ， 减少联箱 与受 热面之 间的温差 ； 而冷态 时 ， 联箱温 度较低 ， 一般 可以不考虑 这些 因素 。 一 435 上 海 电力 2 0 0 9 年第 6 期 整个 a1 a2 模 式期 间 ， 高压 旁路 阀门没有 对 压力 进行控 制 ， 其 开启 线 为预定 曲线 ， 如图 2 所 示 。 屉 时 1司 mm 图 2 在 a1 a2 模式 时高压旁路 阀开启曲线 3 1 3 a3模 式 从 a2 模 式转 入 a3模 式 ， 有 以下 两 种情 况 ： ( 1 ) a 2模式 启动 所需 时 间 已经 满 足 ， 这一 时 间 通 常 由 锅 炉 制 造 厂 提 供 ， 外 三 厂 目前 设 定 为 1 2 mi n ； ( 2 ) 汽 机 的并 网压 力 已经 达 到 ， 而 并 网 压 力 在做 控制 系统时应该 考虑 到 与 a2 模 式 中相 同的 汽机 允许 冲转 的最 高压 力 ， 以及通 过 电液控 制 系 统 ( d e h) 计 算 出的冲转 值 ， 只要 达 到两 者 中的 任 何一 个值 ， a3模式 即可启 动 。 在 a3 模式下 ， 高压旁路阀将开始调压 ， 保证 压力 稳定在 汽机并 网压 力 。如果 在进 入 a3模 式 后 ， 蒸汽压力 仍未 达到 2 mp a ( 该 数据 由锅炉制 造 厂提 供 ) ， 此 时旁 路 阀 门将 调 整开 度 ， 让 蒸 汽压 力 迅速 提高 。 a3 模式是高压旁路启动过程 中唯一的高压 旁路控制压力的过程， 其压力设定值在做控制系 统 时 ， 应充分 考虑 到各种 工 况 。在 a3模式 下 ， 其 压力 设定值 为根据 当时启 动工 况 ( 冷态 、 热态 以及 极 热态 等) 与 当前 实际 压力值 取得 ， 后 经 8 5 mp a ( 最 小 冲转压 力 ) 与 1 1 5 mp a ( 最 大 冲转 压力 ) 限 值后 所得 的值 。 在 a3 模 式 时 ， 为 了减 小 主 蒸 汽压 力 波 动 以 及 防止设备 遭受压 力剧 变而 引起 的应 力冲击 等 因 素 ， 在控制 压力过 程 中 ， 特需设 置升压 速率 和降压 速 率 。 升压速 率一 般 由锅 炉 制造 厂 提供 ， 与 当前 的 主蒸汽 流量成正 比， 与 锅炉 内所 储存 的蒸汽量 ( 一 般 由 主蒸 汽压力换 算 而来) 成 反 比。同时 ， 还要 考 虑 汽水分 离器 的压 力 。如果汽水 分离 器压力上 升 太 快 ， 需 在此值后 再乘 一个可 调因子 ， 此 因子是 分 离 器压力 的 函数 。上升 太快 ， 因子应快 速减小 。 升压 速率 的限定 ， 仅 仅在 a3 模 式 时起 作 用 ， 一 436一 在 a1和 a2模 式 时 ， 因为 旁 路 阀 门并 不控 制 压 力 ， 所 以设定升 压速率 为无 穷大 。 在 a1 、 a2 、 a3 模 式下 ， 降压速率 都设置 为 0 ， 即不允许 压力设 定值 下调 。 3 1 4 b模 式 从 a3模式 进入 b模式需 要 汽机 电液控 制 系 统 ( d e h) 给 出“ 接 收所 有 蒸 汽 ” 信号 ， 在 此之 前 ， 旁路控制系统应给 出“ 所有高压旁路压力调节阀 均已关闭” 信号 ， 当旁路系统收到来 自于 de h 的 “ 接收所 有蒸 汽信 号” 后 ， 表 示 汽机 已经接 收 了所 有主蒸 汽流量 ， 旁路将 切换 至 b模 式 。 此 时 ， 高 压旁路 的功能 主要为 限压溢 流 ， 如果 出现主汽压力迅速或非正常上升 ， 高压旁路将会 开启 ， 用 来控 制压 力稳 定 在 由机组 协 调控 制 系统 送来 的设 定值 附 近 ， 以保 证 机组 运 行 及设 备 的安 全 。高 压旁路 此时控 制 的压力是 由机组协 调控制 系统送来 的设 定值 再 加 一偏 置 量 ， 此偏 置 量 可 在 调试过 程 中进 行修 正 。 3 1 5 c模式 c模 式为 汽 机无 法 接 收 所有 蒸 汽 ， 如 汽 机 停 机 、 跳 机或者 发生快 速甩 负荷等情 况 时 ， 高压旁 路 控制转 至 c模式 。此 时 ， 高 压旁 路 压力设 定 值 为 协调控 制系统 给 出的锅炉 负荷指 令对应 的蒸 汽压 力 ， 高压旁路 将维 持过热蒸 汽这 一压力 ， 随时 等待 汽机重新 接受 蒸汽 或者锅 炉熄火 。 c模式 只有具 有 1 0 0 大 容 量 的旁路 才能 实 现 ， 外 三厂调 试期 间曾 出现 过汽 机跳机 ， 经过不 到 2 h的处 理 ， 就可 并 网带 负荷 正常 运转 ， 凸 现 了大 容量旁 路在此 模式 下 的优 势 。 3 1 6 i ) e模 式 d e模 式为锅 炉熄 火后 的模 式 ， 两 者 的 区别 在 于 ： d模 式下运 行人 员无法 手动 减小设 定值 ， 只 能依 据降 压速 率来 进行 。在 e模 式下 ， 运 行人 员 可 以手动设 定 压力 值 。上 述 两种 模 式 ， 在 实 际应 用 中可 以灵 活考虑 ， 合二 为一 。 当锅炉熄火后 ， 正常情况下 ， 一般锅炉内压力 会低 于最高 的重新 启 动 压力 ( 即 最 高 冲转 压力 ) ， 此时， 高压旁路将会 自动关闭 ， 保持压力， 设定值 略高 于 当前 实际压 力 ， 一般 约 为 0 2 mp a ， 从 而可 以缩短 重新 点火启 动 的时 间 ， 但 最高 不 能超 过 最 高 冲转 压力 ( 或者 此压力再 加一偏 置 ) 。如果 因锅 炉蓄热 而导致 压力 超过设 定值 ， 阀 门将 会开 启 ， 以 维持压 力 。 2 0 0 9 年第 6 期 上 海 电力 如果锅 炉熄火后 炉 内压力高 于最高 的重 新启 动压 力 ， 旁 路 将 根 据一 降 压 速 率 进 行 自动 降 压 。 降压速率 为一 目前 主蒸 汽 压力 的 函数 值 ， 当前 主 蒸汽 压力值越高 ， 其降 压速率越 大 。 在逻 辑组态 过程 中 ， 仍需 注 意 高压 旁 路 在启 动及运 行过程 中 的部分 逻 辑及 参 数 的合 理性 ， 以 及一些 逻辑组 态技巧 的应用 。粗 略的逻 辑框 图如 图 3所 示 。 计算 =王， 设定 值 r -ti i 当 煎 窒 笪 j 差 l 粤 设定值上升速率限制 设定值下降速率限制 设 定 值 限 制 逻 辑 鬻 实 际 值 ls u b l 口 p id 上 限 下 限 p i d s l ave 图 3 压 力 控 制逻 辑 模 块 化币 意 3 2 快 开控 制 外 三厂高压 旁路 安 装 于过 热 器联 箱 出 口处 ， 位于锅 炉 8 5 m 层 ， 其 兼 具过 热器 安 全 门功 能 ， 当 过热 器管道超 压时 ， 安 全 门将会 开启 ， 以保护锅 炉 过热 器管道 。 在阀组设 计上 ， 安 全快 开 功能 主要 由压 力 控 制 阀来 实 现 ， 在 其 上 面安 装 有 快 开 电磁 阀 1只 。 安全快 开 电磁 阀有 3只 ， 其 中 ， d c s内软 逻 辑 设 计 回路经过快 开 电磁 阀 开启 高压 旁 路调 压 阀 ， 开 启时 间5 s ； 控制 台按钮 及就地 压 力开 关 为安 全 快开 回路 ， 若 出现按 钮 按 下或 者 压力 开关 动 作 的 情况 ， 将经过 安全快开 回路开启 高压旁 路调压 阀 ， 开启 时间0 5 s 。两个 回路 的 开启 时 间 均 由 油 路决 定 。 安全快开 由控制 台按钮或 压力开 关动作触 发 ， 而快 开电磁 门则 由内部 软逻辑 触发 ， 当就地发 生安 全快 开 时 ， p c s柜 内同时也 会 发 出“ mt5 3 5 6 tr i p e e d t o d c s ” 信 号 ， 触发快 开 ， 以保证 阀 门 尽 快开 出 。 外三 厂 1 0 0 0 mw 超 超 临 界 机 组 经 过 调 试 后 ， 目前 确定触发 快开条 件如下 ： ( 1 ) 发生 f c b或者 发生 t ur b i n e t r i p 。 ( 2 ) 主汽压力 超过 2 8 5 mp a 。 ( 3 ) mt5 3 5 6 快 开 ( 安 全快开 ) 。 ( 4 ) 高旁在 b模 式 或 c模 式 下 ， 主 汽 压 力 与 设 定值 偏 差 分 别 超 过 1 0 mp a ( b模 式 ) 或 2 4 mp a ( 非 b模式 ) ， 且 主汽 流量 大 于锅 炉 最大 蒸汽 量的一半 时 。 4 结语 当前 ， 美 、 日、 欧 等 国不 同技 术体 系 的大 机组 旁 路系统 都有其不 同 的配 置特点。 。作为 欧系 的 大旁路 系统 ， 在实 现传统 的旁路控 制功能 的 同时 ， 也具有一 些其他 方面 的优 点 。上 述启动过 程 的控 制策略 ， 同样可 以进一 步优化 ， 从 而发 掘出大旁路 的更 多 优 点 ， 如 固体 颗粒 侵 蚀 问题 、 大 容 量 机组 f c b等功能 。但其 基本 的启 动 过程 及启 动 思路 ， 并不会 有较大 差异 。 参 考 文献 ： 1 冯伟忠 1 0 0 0 mw 级火 电机组旁路 系统的作用及 配置 j 中国 电 力 ， 2 0 0 5 8 2 冯 伟忠 9 0 0 mw 超 临 界 机组 f c b试 验 j ： 中 国 电力 2 0 0 5 2 3 郑光华 西 门子汽轮机旁路系统的剖析 j 江苏电机工程 ， 2 o 0 1 3 收 稿 日期 ： 2 0 0 9 1 2 - 0 1 作 者 简 介 ： 邸 真 珍 ( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 山 西人 ， 硕 士 研 究 生 ， 工 程 师 ， 从 事 火 电厂 热控 专业 工 作 。 ( 责 任 编 辑 ： 杜 建 军 ) pr e s s u r e c o nt r o l o f h i g h p r e s s u r e b y p a s s s y s t e m f o r 1 0 0 0 m w u l t r a s u p e r c r i t i c a l g e n e r a t i n g u n i t dj zh e n z he n ( s h a n g h a i wa i g a o q i a o no 3 p o we r g e n e