超超临界火电机组的旁路系统研究.doc

超超临界火电机组的旁路系统研究 摘要：机组旁路系统作为机组的重要辅助系统，其配置的优劣直接影响机组的安全性和经济性。本文综合各种旁路系统的特点，对超超临界机组的旁路系统选型和控制进行了研究。关键词：超超临界 旁路系统 温度控制Research on the bypass system of ultra-supercritical thermal power generating unitsAbstract： As an important auxiliary system of units, the configurations stand or fall of the bypass system of thermal power generating units will directly affect the security and economy of units. Following an thorough analysis and discussion in the features of various bypass system, this paper research into the types selecting and control of the bypass system of ultra-supercritical thermal power generating units.Key Words：Ultra-supercritical bypass system temperature control一 几种旁路形式的对比及选择机组旁路系统作为机组的重要辅助系统，其配置的优劣直接影响机组的安全性和经济性。而旁路系统的形式有多种，大致可分为单机（整机）大旁路系统、两级串联旁路系统、三级旁路系统和三用阀旁路系统4种形式。选择旁路系统型式时应考虑机组在电网中承担的任务、运行方式、事故处理方式和再热器的位置布置等因素。基本负荷机组运行稳定，启停次数少，一般可选用系统简单的旁路系统。对于调峰机组，负荷变化幅度较大，启停频繁，尤其是两班制运行的机组，每天需要热态启动，应选用启停损失小，便于调节的旁路系统，如两级串联旁路系统。对于电网要求在机组甩负荷时，要求停机不停炉、汽轮机空转或带厂用电运行，则应选择汽水能回收，又能保护锅炉等各部分的旁路系统。对于三用阀旁路系统，因其对热控和调节系统等方面的要求高，控制难度大，全容量旁路系统的管道尺寸增加，其投资昂贵，并且这种设计违反国家有关规程规定，其设计虽然在元宝山电厂和石洞口二厂应用的非常成功，但在1000MW级超（超）临界机组上应尽量避免使用。综合各种旁路系统的特点，并考虑随着大容量超（超）临界机组数量的日益增多和我国用电峰谷差的不断增大，超（超）临界机组势必参与调峰。超（超）临界机组应具有高的灵活性和安全性，1000MW级超（超）临界机组的旁路系统以配置两级串联旁路系统为宜。二 超（超）临界机组旁路系统的作用（1）改善机组的启动性能机组在各种工况下（冷态、温态、热态和极热态）用高压缸、中压缸或高中压缸联合启动时，投入旁路系统控制，实现快速升温、升压，缩短启动时间，并将多余的蒸汽由旁路直接引入凝汽器。对于调峰机组，启停频繁，由于锅炉和汽机的加热、冷却特性不同，使得在重新冲转时，锅炉出口的蒸汽温度与汽轮机的金属温度不匹配，采用旁路系统可使锅炉汽温与汽轮机金属温度尽可能匹配，减少汽机热应力。（2）机组正常运行时，作为主汽和再热汽的超压保护装置机组正常运行时，一旦主蒸汽压力超过高旁压力的设定值，高压旁路阀能快速开启，并按照机组主蒸汽压力进行调节，直至恢复正常值。低压旁路系统根据机组负荷（速度级压力）控制再热汽压，当再热汽压超过设定汽压时，低旁开启，控制再热汽压到正常。（3）机组跳闸或甩负荷时，保护机组安全，并提高机组负荷适应性在机组跳闸或甩负荷时，旁路系统快速动作，高旁、低旁快速打开，防止超温超压，保护机组，并提高机组负荷适应性，使机组能随时重新并网恢复正常运行。（4）具有回收工质、减少噪音的作用在各种运行工况下，旁路系统能正常动作和快速动作，减少或避免锅炉、再热器安全门动作，避免了汽水损失，回收了工质，提高了经济性。三 超（超）临界机组旁路控制1 高压旁路控制1.1 高旁压力控制高旁压力控制用于控制高旁前主蒸汽压力，根据机组所处的运行阶段高旁压力控制可分为4个阶段：启动过程控制（启动模式）、压力控制（固定压力模式）、正常运行控制（压力跟随模式）、停机过程控制（停机模式）。根据机组启动时所处状态的不同，旁路启动分为四种启动状态：冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动,不同启动状态下，压力升速率不同。1.1.1高压旁路的各运行方式“启动模式” 由来自DCS 的“ 锅炉渡膨胀完成” 信号自动设置或由操作人员设置。“锅炉渡膨胀完成”的逻辑如下：20min任一燃烧器点火 主汽压 0.7MPA膨胀结束主汽压 (点火时主汽压 + 0.3MPA) 当“启动模式” 设定后，设定点发生器可处于三种不同的状态下：“ 最小压力” (min pressure)、“升压” (pressure ramp)、“重新启动” ( restart)。只要主蒸汽压力低于最小压力Pmin ，设定点发生器就处于”最小压力” 状态。压力设定点是最小压力Pmin。当主蒸汽压力高于Pmin而低于冲转压力Psync时，设定点发生器处于“升压”状态。当压力高于Pmin并且旁路阀关闭时，设定点发生器处于“重新启动”状态。当设定点发生器在“最小压力” 或“升压”状态运行时，将生成开关量信号“启动程序” （startup sequence）。压力达到Psync且旁路阀开启时，“启动模式”取消。另外，当机组并网、产生“汽轮机已带负荷”信号或当压力控制器切到到“手动” 位时，“ 启动模式” 也取消。定压模式:当系统未处于“启动模式” 、“ 跟随模式” 和“ 停机模式” 中的任一模式时，旁路控制处于“定压模式” 。跟随模式：有3 种状态使旁路控制处于跟随模式，分别是：（1）当旁路阀关闭且接到来自DEH 的“汽轮机已带上负荷” (HP turbine loaded) 信号时；（2）当旁路阀关闭且锅炉没有点火时；（3）当旁路阀控制器处于手动模式时。1.1.2 启动过程控制（启动模式）旁路启动的过程如下：进入“启动模式”后，旁路系统进入最小阀位控制过程，高旁阀门会开启到设定的最小阀位Ymin，它可以确保在点火渡膨胀后过热器和再热器中有一定蒸汽流量通过。这时候高旁会保持这个阀位不动。随着燃烧进行，主蒸汽压力上升，当有足够蒸汽使得汽压力上升到设定的最小压力Pmin的时候，进入了“最小压力”状态，这时候旁路会维持主汽压力为Pmin，随着燃烧的持续及增强，主蒸汽流量不断增加，为维持此压力高旁阀门会逐渐开大。在阀门开度达到设定的阀位Ym时，将控制阀位基本保持不变。主蒸汽压力超出Pmin时即进入“升压”状态。升压过程是与将阀位保持在Ym相匹配的，锅炉产汽量增加、高旁阀位增加、高旁主汽压力设定点随着阀位偏差的累积（与Ym的偏差）而增加、增加的压力设定点又使高旁阀位基本上回到Ym，如果锅炉燃烧率适当，将形成高旁主汽压力设定点不断增加、阀位保持不变的过程。如果锅炉燃烧使得主汽压力升速率过快，设定值低于实际压力，高旁会打开维持压力以设定点升速率上升，如果实际压力升速率过慢，则相应的高旁阀门会关小。在整个升压过程中，主汽压力跟随上述程控的压力设定点上升，到了汽机的冲转压力Psync后则切换到定压控制（定压模式），启动模式结束。在“启动程序”中，阀位不会低于Ymin即最小阀位设定。1.1.3定压控制（定压模式）在压力控制方式时，可以在操作画面上设定压力设定值，高旁根据设定的压力设定值维持主汽压力到设定值。当汽轮机高压缸开始接收蒸汽时，由于压力下降高压旁路开始关闭，汽轮机能够接收锅炉产生的全部蒸汽后，高压旁路装置将完全关闭。一旦并网后高压旁路关闭，高压旁路进入正常运行控制（压力跟随模式）。在压力跟随模式下，压力设定点跟随实际主汽压。1.1.4正常运行控制（压力跟随模式）旁路进入正常运行控制（压力跟随模式）后同时又处于自动位，主汽压力设定点就会跟踪实际的压力外加一个门槛值dP由dP将旁路装置保持这在关闭状态。压力设定点的最大升速率仍然是有限制的，最大升速率是高旁前主蒸汽压力的函数。如果蒸汽压力超出该速率，则旁路装置将开始打开，控制器返回到压力控制模式。压力由旁路装置控制，直至恢复正常的操作且旁路装置再次关闭，又进入压力跟随模式。1.1.5重新启动状态当机组启动时，如果锅炉仍然充压，则会因旁路阀关闭而进入“重新启动” 状态。在“重新启动” 状态下，如果主蒸汽压力变化剃度是负值，则主汽压压力设定点跟随实际主汽压力；如果主汽压力开始上升，旁路阀将开始打开。当旁路阀打开时，如果主汽压力低于汽机冲转压力Psync，则压力设定点发生器进入“升压”状态，如果主汽压力已经高于汽机冲转压力Psync，则压力设定点发生器直接进入到“定压模式”。1.1.6停机过程控制（停机模式）当工厂计划停机时，操作人员可选择“ 停机模式” 。当DEH 信号“汽轮机已带负荷” 存在且旁路阀控制器处于自动位置时，在旁路操作画面上按“投停机模式”按钮，高旁控制进入停机模式。一旦DEH 信号“ 汽轮机已带负荷” 消失，“停机模式”取消，且设定点发生器将变到“定压模式” 。当锅炉停机时，DCS 信号“锅炉已点火” 失去，旁路阀将关闭，且设定点发生器将切换到“跟随模式” 。在“停机模式” 下，如果主蒸汽压力变化剃度是负值，则主汽压压力设定点跟随实际主汽压力；如果主汽压力开始上升，旁路阀将开始打开。当“停机模式”取消后(汽机主汽门关闭但锅炉尚未熄火)，设定点发生器将处于“定压模式” 。在“定压模式” 下，实际主汽压将控制到一固定压力设定点。当锅炉熄火后,旁路阀将逐渐关闭。当锅炉熄火且旁路阀已关闭，设定点发生器将切换到“跟随模式” 。在“跟随模式” 下，主汽压压力设定点又将跟随实际主汽压力。1.1.7高旁主汽压力控制器高旁主汽压力控制器接收实际的主蒸汽压力信号和从设定点发生器来的压力设定点，生成旁路阀阀位需求信号。压力控制器有一个手动/自动(M/A)站来控制旁路阀。在信号旁路快开信号“BP open” 作用下，旁路阀将由发给电磁阀的开启指令所开启。控制器被设置为手动。快开信号结束后，控制器又置回自动。在信号旁路快关“ BP close trip” 作用下，旁路阀将由发给电磁阀的关闭指令所关闭。控制器被设置为手动。在“ 跟随模式” 下，当“ dP on” 有效时，一个差压将被加到压力设定点上，以使旁路阀保持关闭状态。在“ 启动模式”下，当处于“最小压力” 状态时，旁路阀将开启到一个最小位置“ Ymin” 。当阀位超过“Ymin” 后，“Ymin on” 将取消。1.2 高旁温度控制高旁喷水控制阀通过控制喷水量来实现对高旁后温度的控制。操作员可以通过改变温度设定点来得到想要控制的高旁后蒸汽温度。为了改善温度控制特性，动态地改变控制器的放大信号，使之与蒸汽流量相匹配，温度控制回路引入了高旁流量信号，高旁流量通过高旁前压力与高旁阀开度经函数转换得到的通流面积相乘得到。高旁流量和温度控制器的输出相乘得到高旁喷水控制阀的控制指令信号。当高压旁路阀开启（开度2）时，温度控制器即被设置为自动模式。当旁路阀关闭时，喷水阀也关闭，温度控制器被设置到手动。1.3 高旁的保护功能高旁快开功能：主汽压力大于某一定值（调试中定）后，当出现以下条件之一时高旁快开（如果主汽压力低于该定值，则闭锁高旁快开）：（1）汽机跳闸；（2）发电机跳闸；（3）实际主汽压力达到主汽压力设定点之上的快开压力阈值“dp max” 时；（4）手动快开。 “启动程序”状态有效时，也闭锁高旁快开。高旁快关功能当出现以下条件之一时候高旁快关：（1）阀后温度高高（延时20秒）；（2）手动快关。注：高旁快关指令优先，如果有快关，则快开不起作用。2低压旁路控制低旁和高旁配合一起工作，使不进入汽轮机的蒸汽进入冷凝器。2.1低旁压力控制2.1.1 低旁压力设定点汽机没有进汽前，低旁压力处于“最小压力”控制方式，再热器出口压力设定值为最小压力“Pmin” ，如果需要提高压力设定值，运行人员可通过修改人工设定来提高，Pmin和人工设定值的高选值作为低旁压力的设定值。高压缸进汽后，调节级压力作为反映负荷的信号用来计算低旁压力设定值，如果这个计算的压力设定值大于最小压力定值和人工设定值的高选值，则计算值作为设定值。2.1.2低旁压力控制器低压旁路A、B各设一压力控制器，分别接收A、B侧的实际再热汽压力信号（三选中）和压力设定值发生器产生的压力设定值，各控制器的输出分别作为低旁减压阀LBP A、B的阀位指令。每个低压旁路控制器都设有M/A 手操站 。凝汽器保护回路产生的低旁减压阀关闭指令将关闭低旁减压阀并且把低旁压力控制器切至手动。低旁减压阀的最大开度取决于排往凝汽器的蒸汽流量，当低旁排汽量过大时将关小低旁减压阀。2.2低旁温度控制由于低压旁路减温器后面的蒸汽通常处于接近饱和或饱和状态，因此减温器后面的温度不能用作被控参数。低旁温度控制采用低旁减压阀开度和高温再热器出口蒸汽焓值相结合的策略。高温再热器出口蒸汽焓值与低旁减压阀开度转