余热锅炉和汽轮机控制与保护.综述PPT课件

余热锅炉 汽轮机的控制和保护系统 余热锅炉的控制调节与常规锅炉相比无燃油或燃煤的燃烧控制 通常燃气蒸汽联合循环余热锅炉采用跟随燃机 汽机跟随余热锅炉的控制方式 HRSGFlowGT STFlowHRSG 即燃机控制负荷 余热锅炉出力受燃机运行状态限制 而汽轮机调节汽阀控制余热锅炉主蒸汽的压力 余热锅炉的控制和保护系统 余热锅炉自动控制系统主要包括汽包 除氧器的水位和压力调节 主蒸汽温度 压力调节 省煤器出口温度调节 水位调节和保护汽包水位调节和保护汽包水位调节必要性汽包水位太高会减少汽空间 使蒸汽在汽空间停留时间短 蒸汽中带水增多 蒸汽含盐量增加 水位太低 下降管中可能带蒸汽 影响水循环可靠性 汽包水位调节任务使给水量适应蒸发量 并维持汽包水位在允许的变化范围内 调节系统分类单冲量调节 蒸汽流量低于20 额定流量时 蒸汽参数较低 可忽略汽包内炉水密度影响 根据实际水位与与 水位设定值之差通过PI方式控制给水调节阀开度 三冲量调节 余热锅炉高负荷条件下 负荷或压力变动时 由于汽包水容积中蒸汽含量和蒸汽比容改变产生 虚假水位 蒸汽流量达到20 额定流量后 综合考虑蒸汽流量和给水流量相等的原则和水位偏差的大小来调节给水控制阀开度 补偿虚假水位造成的调节偏差 纠正给水量的扰动 汽包水位保护余热锅炉水位保护与锅炉容量 结构 运行方式有关 除氧器给水箱水位调节除氧器水位调节除氧器 给水箱水位调节通常采用单冲量水位调节系统 除氧器 给水箱水位依靠水位控制器发出的信号对水位调节阀进行调节 间接控制除氧器 给水箱水位方案 首先控制从补给水箱到凝汽器补水量 凝汽器水位变化后 再由凝汽器水位调节控制进入除氧器的凝结水量 设高位排水阀 防止水位超过给定值 接受水位调节器控制除氧器给水箱水位调节系统是简单单回路定制调节系统 水位信号与设定值之差进入PID调节器 采用双向执行机构 除氧器水位保护 温度调节过热蒸汽温度调节蒸汽温度高于设计值 主蒸汽管路和汽轮机材料强度会下降 低于设计值 蒸汽焓下降 做功能力下降 蒸汽初温低 增加汽轮机末级叶片含湿量 主蒸汽温度随燃机排气温度变化 运行中实际考虑主蒸汽减温问题 主蒸汽减温调节方法喷水减温调节方法 喷水减温器布置在过热器中间 过热器中间有导管 以便安装喷水减温器与蒸汽混合要求 喷水减温器还可布置在过热器出口主蒸汽管路上 不需要安装导管 但过热气管壁最高温度较高 主蒸汽管路上测温元件通过温度变送器把信号输入把信号输入温度控制器 在温度控制器中测量数据并和设定点数据比较 根据比较结果 温度控制器输出信号对温度控制阀进行调节 增加或减少喷水减温器的喷水量 饱和蒸汽部分旁通调节方式汽包出来饱和蒸汽大部分经过热器吸收热量后到主蒸汽管 其余饱和蒸汽经旁路调节阀进入主蒸汽管 利用调节旁通管路上温度控制阀开度可以调节过热器出口过热蒸汽温度 省煤器出口温度调节系统立式布置强制循环预热锅炉 采用省煤器再循环措施防止启动或低负荷时省煤器出现蒸发现象 将高压循环水泵出口得水通过省煤器再循环阀引一部分到省煤器入口 增大省煤器水流量 确保省煤器出口水温低于饱和温度 根据汽包中饱和蒸汽温度和省煤器出口水温之间温差控制省煤器再循环管路上电动调节阀开度 采用增量式PI调节 输出信号以脉冲形式控制步进电机 温差小于5 5 C 输出开信号 调节阀增大 温差大于10 C 输出关信号 调节阀关小 根据给水流量控制省煤器再循环管路上电动调节阀开度 给水流量低于设定值时 电动调节阀开启 循环水泵部分水经再循环管路流入省煤器 压力调节汽包压力调节通过调节主蒸汽阀开度和汽轮机主调汽阀开度来控制 汽包压力调节主要包括压力高限制 压力低限制 压力升速率限制和压力降速率限制 压力高限制和升速率限制主要通过旁路系统实现 压力低限制及压力降速率主要通过汽轮机调节阀实现 除氧器 水箱压力调节整体式除氧器中 余热锅炉启动或低负荷时 需从中压汽包引出蒸汽经减压节流等措施进入除氧水箱 除氧器压力低于设定值低限时 压力控制器调节阀开大 增加蒸汽进入量 除氧器压力高于设定值时 压力控制器发出信号使压力调节阀关小 减少蒸汽进入量 循环水量调节运行水泵和备用循环水泵之间必须连锁保护 确保余热锅炉安全可靠运行 压差控制型联锁保护循环水泵出 进口压力差低于某一给定值 压差开关动作 发出报警 运行循环水泵自动停泵 备用循环水泵自动启动 二者皆故障 余热锅炉跳闸停炉 流量控制型联锁保护如果循环水泵流量低于某一限值 将发出报警 运行水泵自动停泵 备用水泵自动启动 二者皆故障 余热锅炉跳闸停炉 二汽轮机控制系统 燃气 蒸汽联合循环汽轮机数字调节 DEH 控制功能操作员自动启动速度控制时 控制系统根据汽机缸壁温度将汽机划为冷态 温态 热态三种状态 上下缸壁平均温度小于200 C为冷态 介于200 C和360 C之间为温态 大于360 C为热态 汽轮机冲转过程中 由操作员按汽机启动曲线要求设定速度自动目标值和功率 转速设定值根据汽机状态按一定速率逼近目标值 汽机热态 升速率为400r min 非热态 300r min 自动控制燃机按升速率要求向目标值爬升 最后控制在目标转速上 直至汽机达到额定转速 转速设定值控制由上位机完成 可人为设定汽机负荷设定值的目标值及负荷设定值的升速率 转速负荷控制基准为负荷设定值函数和转速函数之和 汽机并网之前 负荷设定为0 转速负荷控制系统简化为比例控制 加上调节阀补偿控制积分环节 汽机并网后 开度补偿值固定不变 为并网前的值 二汽轮机控制系统 16 汽机并网后 负荷设定信号参与调节阀控制 汽机实际转速与转速设定值之差 作用于主汽阀开度 使系统具有一次调频能力 转速负荷控制系统投入调节阀实际控制时 汽机调节阀开度由负荷设定值确定 实际负荷由调节阀开度和主蒸汽状态决定 负荷控制时需将功率调节回路投入 操作员设定目标值和升负荷速率 二汽轮机控制系统 功率调节器控制调节阀开度按升负荷率要求向目标负荷爬升 负荷设定值按设定速率逼近目标值 负荷设定值升速率一般应小于负荷升速率限制值 串接于功率调节器下游的调节级压力调节器有利于加快负荷控制响应速度和稳定以及操作员自动方式的负荷控制 自动汽轮机控制汽机自动 ATC 是最高一级运行方式 包括转速和负荷及他们的速率 由计算机程序或外部设备进行控制 启动过程中 应力监视站 RSM 站根据启动应力曲线和汽机自动控制站 ATC 判断汽机工况 自动向操作员自动站发出阀位限制 目标速度 升速率 自动同步控制等数据信号 完成冲转 升速 阀切换 全速到同步并网过程 负荷控制时 操作员自动接受RSM站和ATC站送来升负荷率的限制 RSM站和ATC站连续分析计算机组报警情况 通过CRT对操作员进行指导 二汽轮机控制系统 只有在ATC站判断汽机工况负荷的条件下和向操作员站发出 ATC 允许信号情况下 才允许进入ATC方式 ATC投入运行 汽机发电机组全自动运行 控制系统根据转子应力计算结果自动给出升速率或升负荷率 各阶段目标值按顺序自动给出 自动同步汽机达到额定转速后 使DEH和电气自动同步装置接口 此方式下 汽机速度控制的速度目标值由电气自动同步装置确定 经电气同步装置判断符合并网条件 发电机开关合闸并网 DEH回到操作员自动方式进行负荷控制 二汽轮机控制系统 限制功能进口蒸汽低压力控制系统 最小蒸汽压力限制控制系统 主汽压力限制器有手操 MTPL 操作员自动 OTPL 遥控方式 RTPL 三种 限制器在机组并网时起作用 调节阀前蒸汽的实际压力接近最小压力值 进口蒸汽低压力控制基准跟踪调节阀控制基准 如果小于等于最小压力设定值 其差值输入PID调节器 不断减小进口蒸汽低压力控制基准 直至使主汽压力回到高于设定值 二汽轮机控制系统 进口蒸汽压力降速率控制系统选择主汽阀前的蒸汽压力作为控制对象 主要在锅炉故障或其他不正常情况下 主蒸汽压力剧降时起作用 采用限制与主蒸汽压力相对应的饱和蒸汽温度降速率的方式限制主蒸汽压力的降速率 蒸汽压力对应饱和蒸汽温度实际降速率接近限制值时 蒸汽压力降速率跟踪调节阀控制基准 大于或等于限制值 其差值输入PID调节器 不断减小控制基准直到压力降速率小于限制值 若蒸汽压力降速率基准升至100 退出调节阀控制 二汽轮机控制系统 21 二汽轮机控制系统 余热锅炉负荷限制系统滑压运行 余热锅炉产汽量和流向汽机的蒸汽量二者不能平衡时 汽包内压力不断下降至某一较低压力下运行 汽机运行安全难以保证 余热锅炉出口蒸汽压力降至一定程度时 余热锅炉负荷限制系统控制汽机调节阀关小 汽机定压运行 余热锅炉负荷控制系统未处于实际控制主汽阀开度情况下 若实际压力值与设定值之差大于0 03MPa 余热锅炉负荷限制值为100 即余热锅炉限制退出 差值在0 01 0 02MPa 余热锅炉负荷控制输出信号跟踪汽机调节阀基准 差值小于0MPa 余热锅炉负荷控制器投入运行 参加汽机调节阀控制 实际压力与设定值之差进入PI调节器 余热锅炉负荷限制值不断减小 汽机调节阀逐渐关小 直到实际压力大于设定值 二汽轮机控制系统 汽机升负荷速率限制系统若负荷升速率接近限制值 汽机升负荷速率控制基准跟踪调节阀控制基准 负荷升速率大于等于限制值 其差值输入PID调节器 控制基准不断降低 直到升负荷速率小于限制值为止 负荷升速率小于限制值 PID调节器输出信号不断增大至100 汽机升负荷速率限制退出调节阀控制 负荷升速率限制值与汽机热状态及投入运行的余热锅炉数目有关 二汽轮机控制系统 遥控方式操作员自动站在操作员自动方式下 接受机组协调控制系统来的指令对汽机进行负荷控制的方式 DEH发出遥控请求信号 协调控制系统发出遥控允许信号情况下 DEH进入遥控方式 协调控制系统中切换器选择汽机主控输入命令TM TM与DEH中的控制阀门指令值相比 根据其偏差的极性和大小控制A D模数转换器发出增 减脉冲 作为DEH的遥控增减信号 使DEH的控制阀门指令值增或减变化 由此控制汽机调门动作 DEH可在ATC方式下投入遥控 与前者区别是ATC监视负荷变化率 必要时 ATC将阻止负荷变化 向协调控制系统发出汽机速率保持 禁止遥控降 禁止遥控增等信号 二汽轮机控制系统 阀门管理和阀门实验阀门管理 单阀方式 所有调门同时同步动作 机组启动或负荷增减变化时使用 顺序阀方式 根据负荷大小顺序打开调节阀 减少阀门部分开造成的节流损失 单阀和数序阀方式能在不影响负荷条件下自由切换 阀门试验 机组正常运行时 对自动主汽阀 调节汽阀分别进行开关动作试验 防止阀门卡死 阀门试验须在单阀方式负荷控制下进行 同时投入功率调节和调节级压力回路投入 二汽轮机控制系统 综述转速负荷控制系统在汽机冲转 升负荷及稳定运行过程中其主要作用 其他子系统均为限制性保护控制 转速负荷控制系统设有手动 自动 全自动三种控制模式 其他子系统只有自动模式 除转速负荷控制系统外 其他子系统可有四种状态 退出调节阀控制 输出基准为100 被限制量接近限制值时 输出信号跟踪调节阀控制基准 被限制量等于或超出限制值时 调节器投入 参与调节阀控制基准的MIN最小选择 输出基准为最小 该子系统实际控制调节阀 二汽轮机控制系统 三汽机保护系统 保护系统对转速 轴向位移 热应力 振动等运行参数进行监控 超出安全范围 保护系统发出声光报警信号 启动备用设备 燃机减负荷或者停机 保护元件除监督保护作用之外还能指示被监督量 汽机保护系统超速保护 汽机转速超过一定安全范围时 电子超速保护系统或机械式危急保安器动作 泄放安全油 关闭主汽阀和调节汽阀 汽机停转 功率负荷不平衡保护发电机甩掉全部负荷 使得汽机的输出功率瞬间超出其轴端负荷很多 功率负荷失衡导致汽机发电机组转速猛增 甚至造成飞车事故 在发生上述情况时 保护系统迅速关闭调速汽门和再热蒸汽联合调整门 截止汽轮机进汽 快速降低轴功率 抑制汽机转速增加 起到超前保护作用 轴向位移保护汽机叶片和叶轮前后存在压差 产生与气流方向相同的轴向推力 另有其他因素也可产生轴向推力 由推力轴承承受 保持转子与气缸及其他静止部分的相对位置 推力过大 过负荷造成推力瓦烧坏或汽机动静部分发生摩擦 设轴向位移进册保护装置监测汽机转子轴向位移变化 三汽机保护系统 差胀保护汽机起停时 由于参数偏离或疏水 加热时间等原因 转子和汽缸胀差超过预置的轴向动静部分之间的间隙就可能发生动静摩擦 保护系统安装监视和保护设备 振动保护汽机启动 停机 运行过程中 伴随一定程度振动 振动过大增加轮盘 叶片等部件应力 机组动静部分可能摩擦 保护系统对振动状态监测 超过安全范围 发出报警信号 继续增大并超出一定范围 汽机跳闸 热应力保护汽机转子或汽缸热应力超过安全范围 限制汽机功率或转速的变化速率 三汽机保护系统 汽机排汽温度高保护汽机启动或甩掉负荷后空载运行时 由于摩擦鼓风损失等原因 可能使排汽缸温度上升 严重时汽缸过分膨胀导致低压转子支持轴承座倾斜 破换转子和汽缸同心度 一般对策在机组的排汽缸内加装喷水减温装置 控制排汽缸温升 低气压保护主蒸汽压力低于某一限制值 开始减少汽机功率 主蒸汽压力低于某一安全范围时 汽机停机 凝汽器热井水位高保护轴向排气汽机 凝汽器热井水位高 凝结水导入汽机低压缸 故设该保护 其他 低压油保护 低真空保护 三汽机保护系统 紧急跳闸控制单元汽机轴向位移 差胀 振动等参数超出安全警戒范围后 跳机保护系统触发危急遮断器滑阀动作 泄放安全控制油 自动关闭高 中压缸的主汽阀和调节汽阀 迫使汽机停机 紧急跳闸控制单元由自动跳闸电磁阀 20 AST 跳闸继电器 TRIP A B 和压力开关 63 ASP 等组成 三汽机保护系统 32 正常时自动跳闸电磁阀带电关闭 自动停机紧急跳闸油母管保持正常工作压力 通道1的跳闸电磁阀受跳闸继电器常开触点控制 保持通电 通道2跳闸电磁阀保持通电 有跳闸信号触发 两个通道四只跳闸电磁阀失电 使两个通道跳闸油集管泄压而自动停机 单个敏感元件或单侧逻辑回路故障 不会引起跳闸集管泄压 避免引起误操作 设置两个通道方便系统在线实验 三汽机保护系统 四联合循环烟气旁路控制 烟气旁路系统的作用增加了联合循环装置的灵活性 燃机运行 余热锅炉可处于隔离状态 余热锅炉和燃机的协调性能好 燃机冷态启动到额定负荷需10 30分钟 余热锅炉和汽机的升温 升压 升负荷速度取决于金属允许的热应力 冷态启动到额定负荷需4小时左右 调节烟气旁路可使二者良好匹配 负荷急剧变化期间 为避免余热锅炉超压可用作分流烟气 使余热锅炉快速减负荷 事故处理中 汽机跳闸或汽机甩负荷运行时 烟气旁路的快关功能是实现余热锅炉快速减负荷的最有效手段 联合循环烟气旁路的结构和形式烟气旁路系统一般包括烟气分流挡板 旁通烟囱 挡板驱动装置 挡板密封系统等 旁路挡板一般设置液动 电动或电 液联合的操作控制机构 四联合循环烟气旁路控制 液动式控制系统 优点 调节器可靠性高 执行机构力矩大 且能够快速动作 技术和设备装置比较完善 缺点 设备投资大 系统比较复杂 须有专用液压站等 要消耗功率 增加运行费用和维护工作量 液动调节器综合信号比较困难 电动式控制系统 优点 设备投资少 工作可靠性高 能够较灵活的综合信号 维护和检修工作量小 运行费用低 缺点 执行机构力矩小 动作较慢 作为保护装置 响应速度慢 四联合循环烟气旁路控制 烟气旁路系统的控制联合循环中 烟气旁路挡板一般不作为调节余热锅炉压力和温度的手段 挡板自动控制采用开环控制 机组启动挡板打开方式先预定余热锅炉挡板全开 在启动燃机 燃机并网后 按规定速率升燃机负荷 挡板全关 燃机按单循环方式启动并网后 再启动余热锅炉 根据余热锅炉汽包压力控制挡板开度 由顺序控制系统分段逐步将挡板打开至100 烟气挡板可做余热锅炉启动闭锁保护 即余热锅炉启动条件没有达到 挡板开启闭锁 如果采用调节烟道挡板开度来调节蒸汽压力 同时布置旁通挡板和入口挡板情况下 可采用调节旁通挡板开度来调节蒸汽压力 四联合循环烟气旁路控制 对于液压控制烟气旁路挡板通常可分正常关闭和紧急关闭 余热锅炉跳闸保护动作时 触发烟气旁路挡板紧急关闭逻辑 经整定时间延时后挡板没有关闭到位 燃机跳闸 旁通挡板 入口挡板 防雨挡板 插板的联锁保护 各组挡板装有位置变送器和限位开关 此外还有就地位置指示器 各组挡板用限位开关实现电气联锁 旁路挡板和入口挡板的联锁 只有入口挡板全开 旁通挡板才能关 只有旁通挡板全开 入口挡板才能关 入口挡板和防雨挡板联锁只有防雨挡板全开 入口挡板才能开 只有入口挡板全关 防雨挡板才能全关 四联合循环烟气旁路控制 入口挡板和插板联锁只有插板提升到烟道外 入口挡板才能开 只有入口挡板全关 挡板才能插入烟道 五联合循环蒸汽旁路控制 指汽轮机并联的蒸汽减温 减压系统 由旁路阀门 管道及控制机构等组成 在机组启动阶段或事故状态下将余热锅炉产生的蒸汽不经汽轮机而引入下一级管道或凝汽器 蒸汽旁通汽机高压缸引到再热器为高压旁路 蒸汽旁通汽机中 低压缸引到凝汽器为低压旁路 蒸汽旁路系统的作用改善机组启动性能 机组启动初期 蒸汽经旁路系统到凝汽器 适应系统暖管和储能的要求 减少汽缸热应力 能够适应机组滑压和定压运行的要求 机组启动时 可控制主蒸汽按照给定的速率上升 冲转过程中保持主蒸汽压力不变 正常运行 跟踪主蒸汽压力变化 限制其波动幅度防止超压 启动工况或者汽机跳闸时 旁路系统可保证过热器 再热器有一定的蒸汽流量 使其得到足够冷却 起余热锅炉安全阀作用 在汽机跳闸或甩负荷期间作为安全阀使用 避免余热锅炉超压 在母管制余热锅炉并炉过程中调节待并炉蒸汽压力 协调完成并炉操作 五联合循环蒸汽旁路控制 汽机需 给定功率 模式运行时 蒸汽旁路可起到溢流作用 延长机组和部件的寿命 消除噪声 回收工质 总之 旁路系统具有启动 溢流 安全三项功能 蒸汽旁路系统形式一般设有液动 气动 电动或电液联合的操作控制机构 以实现减压 减温装置的快速投入 通常选用动作时间较短的气 液动式控制旁路为宜 蒸汽旁路系统运行方式主要指高压旁路运行方式 包括启动运行方式 定压运行方式 滑压运行方式和事故运行方式四种 五联合循环蒸汽旁路控制 阀位方式 启动方式 启停时的汽机旁路控制过程由优先关逻辑控制实现在锅炉启动前汽机旁路系统各阀门处于关闭状态 从余热锅炉升炉到汽机冲转前采用阀位方式运行 开始阶段是最小开度控制 min 该最小开度在操作台上预设 蒸汽经高压旁路流动 并经过再热器和低压旁路加热管道系统 主蒸汽压力升高到最小定值p0 min时 控制回路维持最小压力定值 旁路阀逐渐开大 最都到达所设定最大开度 max 旁路阀保持最大开度 压力设定值按不超过预先给定的升速率逐渐增加 提高主蒸汽压力 同时压力的上升速率也受到压力设定值升速率限制 随着设定压力不断增加 压力定值也跟踪升高 五联合循环蒸汽旁路控制 定压方式 主蒸汽压力升高到P 2 0MPa的汽轮机冲转压力时 旁路系统自动转为定压运行方式 压力整定值保持一定 保持汽机启动的主蒸汽压力 实现定压启动 汽轮机冲转升速 耗汽量增加 旁路阀相应关小 随着汽轮机启动过程中各个阶段对主汽压力的要求 操作员可人工设定定值发生器的输出 通过对旁路阀的控制使之压力符合要求汽机转速升高到3000转 分钟 并网带5 负荷 此时旁路仍在定压运行状态 旁路阀起调节主蒸汽压力的作用 随着余热锅炉负荷增加 继续增加压力设定值 p近似为3MPa 汽机负荷达到30 额定负荷时 余热锅炉切分 压力定值按一定升压率增加到额定压力 P 3 0MPa 旁路阀关闭 系统切换为滑压运行方式 五联合循环蒸汽旁路控制 滑压方式滑压方式运行 主蒸汽压力设定值自动跟踪主蒸汽压力实际值 新汽压力的升速率小于设定值 压力定值输出为实际主汽压力加上一个可调偏置值 保持旁路阀门处于关闭状态 一旦主蒸汽实际压力超过设定值 旁路阀开启 运