M701F型燃气_蒸汽联合循环机组汽轮机旁路系统特殊工况下的控制

1、92M701F 型燃气 蒸汽联合循环机组 汽轮机旁路系统特殊工况下的控制燕金栋广东惠州天然气发电有限公司 , 广东 惠州 516082摘 要 在分析 M 701F 型燃气 蒸汽联合循环机组汽轮机的旁路系统和旁路阀的压力控制模式的基础上 , 提出了在机组起动状态与余热锅炉状态不匹配 , 机组起动前高 、 中压蒸汽压 力高于最小压力设定值 , 以及机组停机时旁路阀卡涩等特殊工况下的控制对策 , 从而保 证了机组的安全运行 。关 键 词 燃气 蒸汽联合循环机组 ; M701F 型 ; 汽轮机 ; 旁路系统 ; 旁路阀 ; 压力控制模式 中图分类号 T M 611. 31; T K323文献标识码 B

2、文 章 编 号 1002 3364(2010 10 0092 04DOI 编 号 10. 3969/j. issn. 1002 3364. 2010. 10. 092CONTROL OF BYPASS SYS TEM FOR STEAM TURBINE OF M701FGAS S TEAM COMBINED CYCLE UNIT UNDERSPECIAL OPERATING CO NDITIO NSYAN JindongGuangdong H uiz hou Natural Gas Power Generation Co Ltd, H uizh ou 516082, Guan gdon g P

3、rovince, PRCAbstract:On the basis o f anlaysising by pass system o f steam turbine for M 701F g as steam combined cycle unit and the pr essure contro l m ode o f by pass valve, the co unter measur es in co ntro l under special operation conditions, such as the start up sitatio n of unit do esn t mat

4、ch w ith the situation of w aste heat boiler, H P and M P steam pr essure before start up of unit are hig her than the set v alue of mini mum pressure, as w ell as unsmo oth jam ming of the bypass valve during star t up of unit, have been put forw ard, thereby ensur ing safe operation of the unit.Ke

5、y words:gas steam co mbined cycle unit; M 701F type; steam turbine; by pass system; by pass v alve; pressure contr ol m ode作者简介 : 燕金栋 (1982 , 毕业于华中科技大学能源与动力工程学院热能与动力工程专业 , 现为广东惠州天然气发电 有限公司运行部 工程师 , 华 南理工大学电力学院电气工程专业在读研究生。E m ail:pillary163. com1 汽轮机旁路系统日本三菱重工株式会社 (简称日本三菱公司 制造 的 M 701F 型燃气 蒸汽联合循环机 组为

6、单轴布置 , 其配有三 压、 再 热、 双 缸、 下 排汽 汽 轮 机 , 额 定 功率 为 129. 2M W 。为了有效保证机组灵活快速起、 停和高 效安全运行 , 汽轮机设置了具有 100%旁路功能的高、 中、 低压旁路系统。其中 , 高压旁路系统经高压旁路阀93将高压蒸汽送入冷再热蒸汽管道 ; 中、 低压旁路系统分 别经中、 低压旁路阀将中低压蒸汽送入凝汽器。为了 降低旁路阀后的蒸汽温度 , 在高、 中压旁路阀后均设有 喷水减温装置 ; 由于低压蒸汽温度在凝汽器允许温度 范围内 , 所以在低压旁路系 统中没有设置 减温装置。 表 1为汽轮机旁路系统蒸汽设计参数。表 1 汽轮机旁路系统蒸

7、汽设计参数项目 压力 /M Pa 温度 (减温前 /后 / 流量 /k g ! h -1高压蒸汽 9. 98538/396277670中压蒸汽 3. 37566/180308180低压蒸汽0. 43246. 1/-490102 旁路阀的压力控制模式高、 中、 低压旁路阀具有最小压力控制模式、 备用 压力控制模式和实际压力跟踪模式 3种 , 其压力控制 逻辑基本相同 (图 1 。图 1 旁路阀压力控制逻辑2. 1 最小压力控制模式在机组起动点火指令发出时 , 高、 中、 低压旁路阀 进入最小压力控制模式 , 通过旁路阀开度变化来保证 主汽阀前 压力不大于最小 压力设定值。机组起动初 期 , 最小

8、压力控制模式可满足蒸汽系统的升温、 升压要 求及管道热应力限制 , 减少系统工质热损失 , 实现汽轮 机的快速带载。旁路阀最小压力设定值为燃气轮机负 荷的函数 , 其对应关系见图 2 。图 2 高 、 中 、 低压旁路阀最小压力设定值与燃气轮机负荷关系2. 2 备用压力控制模式当机 组功率 大于 200M W 或 者主蒸汽调节阀程序开启且旁路阀 全关时 , 旁路 阀的控制模式由最小 压力控制模式切换至备用压力控制模式 , 其压力 设定值略大于实际蒸 汽压力 , 且不 超过机组设备的允许 压力。这样既实现了机组正常运行 时旁路阀处于全关状态 , 又保证了 当系统压力快速上升超过旁路阀压 力设定值

9、时开启旁路阀泄压 , 保证 了机组安全运行 , 同时避免余热锅 炉侧超压引起的工质损失。高、 中、 低压主蒸汽压力与旁路阀备用压力设定值的对应关系见表 2。2. 3 实际压力跟踪模式停机指令发出后机组负荷下降至 200M W 时 , 燃气轮机保持负荷 , 此时高、 中、 低压主蒸汽调节阀开始 程序关闭 , 旁路阀由备用压力控制模式切换至实际压 力跟踪模式 , 其压力设定值 (M SV 为切换瞬间对应系 统的实际压力。随着主蒸汽调节阀的关闭 , 旁路阀缓 慢打开 , 以维持系统不超压 , 从而保证余热锅炉高、 中、 低压汽包水位不超限。随着机组负荷的降低 , 进入余 热锅炉的热量逐渐减少 , 主

10、蒸汽压力下降 , 旁路阀随之94 关小 , 起到保持压力的作用。正常情况下 , 旁路阀压力设定值为机组停机时的实际压力 , 并且直至机组起动点火指令发出后旁路阀切换为最小压力控制模式。表 2 高 、 中 、 低压主蒸汽压力与旁 路阀备用压力设定值的对应关系 MPa高压 中压 低压主蒸汽压力 备用压力设定值 主蒸汽压力 备用压力设定值 主蒸汽压力 备用压力设定值05. 901. 400. 44. 95. 91. 21. 40. 30. 410. 5113. 53. 70. 50. 614. 9114. 93. 70. 90. 63 特殊工况下的控制正常情况下 , M701F 型燃气 蒸 汽联合循

11、 环机组起、 停过程中燃料系统和汽轮机的主汽阀、 调节阀均为自动控制方式 , 余热锅炉的蒸汽参数取决于燃料量 , 主蒸汽系统的旁路系统是特殊工况下调节蒸汽压力的重要手段之一。由于余热锅炉的中压汽包容积较小 , 中压系统的压力变化对中压汽包水位的影响较大 , 而中压系统压力变化与高、 中压旁路阀的动作直接相关。因此 , 为了维持中压汽包水位的稳定 , 应避免在机组起动过程中频繁开关旁路阀。3. 1 机组起动状态与余热锅炉状态不匹配根据高压旁路阀控制逻辑 (图 1 , 为了避免在机组起动过程中旁路阀在小开度范围内频繁动作 , 当高压旁路阀指令开度超过 5%时 , 控制逻辑发出最小阀位控制指令 ,

12、使高压旁路阀 开度维持在 8%。当高压主蒸汽实际压力与旁路阀最小压力设定值之差 (DSP小于 -0. 3MPa(高压主蒸汽压力小于 5. 0M Pa 时 ,解除最小阀位控制指令 , 高压旁路阀关闭。在机组正常 起、 停中 , 高压旁路 阀达到最 小开度8%后 , 由于燃气轮机燃料量较少 , 余热锅炉产生的高压蒸汽量不足以维持高压系统压力 , 高压主蒸汽压力将会缓慢下降 ; 随着燃气轮机升速带负荷和燃料量增加 , 高压主蒸汽压力会逐渐回升。在此过程中 , 如果高压主蒸汽压力 不小 于 5. 0M Pa (DSP 不小 于 -0. 3M Pa , 高压旁路 阀则不会 出现 由 8%突 然全 关的情

13、况。在实际运行中 , 由于燃气轮机水洗或者余热锅炉检修等会使余热锅炉状态与机组起动状态不匹配。在机组起动升速阶段 , 可能会出现高压旁路阀达到最小开度 (8% 的情况 , 由于机组起动时燃料量较少 , 余热 锅炉的蒸汽压力无法维持高压旁路阀 8%的开度。一 旦出现这种情况 , 随着旁路阀的关闭和燃料量的增加 , 系统压力将很快回升 , 旁路阀将再 次开启 , 从而使得 高、 中压汽包水位出现大幅波动。为了减少汽包水位 的波动 , 当旁路阀开启 8%后监 视旁路阀最小压力设 定值和高压主蒸汽实际压力 , 当 DSP 接近 -0. 3MPa 时将高压旁路阀切换至手动控制方式 , 维持最小开度 ,

14、当主蒸汽压力开始回升至最小压力设定值时高压旁路 阀投入自动控制方式。3. 2 机组起动前高 、 中压蒸汽压力高于最小压力 设定值机组在夏季电网负荷高峰期间停机间隔时间较短 (晚上 1:00左右停机 , 凌晨 6:00左右起机 , 且夏季散 热相对少。在机组准备起动时 , 高压蒸汽压力多在 7. 0 MPa 以上 , 中压蒸汽 压力约有 2. 3M Pa, 均比其旁路 阀最小压力设定值高 很多 , 对 汽包水位的影响 较大。 某次机组正常停机后高、 中、 低压汽包压力下降趋势见 图 3 。图 3 正常停机后高 、 中 、 低压汽包压力下降趋势根据高压旁路阀的压力控制逻 辑 (图 1 , 机组起

15、动点火指令发出后 , 旁路阀切换至最小压力控制模式 , MSV 由停机时的实际压力值切换至机组起动点火时刻的高压主蒸汽压力值 , 然后以设定速率 R 减小至最 小压力设定值 (5. 3M Pa 。机组起动点火的同时余热 锅炉高压过热器各疏水阀自动开启 5m in, 使得高压 主蒸汽压力以某一速率 R 0下降。如果 R >R 0, 则随着 PID 的积分调节 , 高压旁路阀逐渐打开。随着高压主 蒸汽压力的下降 , 则高压主蒸汽压力将低于最小压力 设定值 , 高压旁路阀逐渐关小。过热器疏水阀开启后 高压汽包压力的下降会导致高压汽包水位快速上涨 , 此时一旦高压旁路阀打开 , 将使高压汽包水位

16、上涨更 高 , 而过热器疏水阀和旁路阀的关闭会使高压汽包水 位快速下降 , 这一过程将引起中压主蒸汽压力的波动 , 甚至导致中压汽包水位高高值或者低低值跳闸机组。 对此 , 在机 组起动 前手动 开启 高、 中压旁 路阀 (小开 度 , 对高、 中压系统进行泄压 , 以保证机组起动点火时 高、 中压旁路阀前蒸汽压力低于最小压力设定值 , 可以 有效避免旁路阀频繁开关对汽包水位的影响。3. 3 机组停机时旁路阀卡涩机组停机过程中高、 中压旁路阀曾多次出现卡涩 现象 , 主蒸汽调节阀逐渐关闭 , 导致高、 中压系统压力 不断升高。此时 , 应立即开启高、 中压系统锅炉侧和汽 轮机侧的疏水阀 , 通

17、过疏水降低系统压力 , 必要时开启 电磁泄放阀泄压 , 同时加强对汽包水位的控制。根据日本三菱公司设定的控制逻辑 , 当高、 中、 低 压汽包压力上升较快时 , 为了控制汽包热应力 , 控制逻 辑将发出燃气轮机负荷保持信号。在机组停机过程中 出现旁路阀卡涩时 , 如果处理不及时易出现汽包压力 上升速率过快导致燃气轮机负荷保持 , 从而减缓系统 压力的下降。一旦出现燃气轮机负荷保持情况应立即 通过强制逻辑解除负荷保持信号。实际运行中这种情 况多发生在机组负荷已经降至很低时 , 此时也可采取 紧急停机措施。4 结 语燃气 蒸汽联合循环机组具有很 好的负荷响应特 性 , 能适应电网调峰的需求。高、

18、中、 低压旁路系统作 为汽轮机的重要辅助系统 , 为了保证汽轮机安全运行 , 通过分析旁路阀的压力控制逻辑 , 提出了在特殊工况 下对旁路阀的控制措施 , 以提高在异常情况下的故障 处理能力。参 考 文 献 1 M H I. DESCRIPT ION O F PRO CESS CO NT RO L Z. 2004.2 陈贻城 . 9F A 单轴燃气 蒸汽联合 循环机 组旁路 系统控制 及运行 J. 福 建电力与电工 , 2007, 27(3 .3 雷静 . 浅谈 330M W 汽 轮发 电机组 旁路 控制系 统 J. 湖 北电力 , 2004, 28(5 .4 俞立凡 , 金建荣 , 裘 寒 . 9F A 单轴 联合 循环机 组起 停过程 中的几个异 常 问 题 分 析 A . 燃 气 轮 机 发电 技 术 C. 2006.科技论文几种参考文献的书写格式 (其中空格 、 标点符号 、 字母照写 连续出版物 : 标引序号 作者 . 文题 J.刊名 , 年 , 卷 (期 :起始页码 终止页码 .专 著 : 标引序号 作者 . 书名 M . 出版地 :出版者 , 出版年 .译 著 : 标引序号 作者 . 书名 M . 译者 . 出版地 :出版者 , 出版年 .论 文