超临界机组汽轮机旁路控制技术

2012-08-15武志玲李富云崔海波

云南电力技术 2012年1期

武志玲李富云崔海波

(1.山西章泽电力股份有限公司，山西章泽 046021;2.云南电网电力研究院，云南昆明 650217)

1 前言

国内汽轮机启动方式分为:带旁路的高中压缸联合启动、中压缸启动和不带旁路的高压缸启动方式。为适应电网对机组快速启动的要求并减少汽轮机本体金属寿命的消耗，现在的大容量、高参数机组基本都采用带旁路的启动方式。带旁路的启动系统为适应不同的启动方式又分为:高、低压两级串联旁路、高压一级大旁路、三级大旁路系统、三用阀旁路系统等。

2 汽轮机旁路系统功能

汽机旁路系统的功能是排放汽机所不能接纳的蒸汽。在机组启动期间可作为启动排汽阀，在降负荷时起减压阀作用，并可维持停机不停炉状态。有旁路系统的机组特别适应调峰机组快速启动或停机的要求，同时能大量节省暖机和稳燃的费用与时间。当机组快速甩负荷时，可迅速排除蒸汽，实现对锅炉的保护。

对于大型超临界机组，汽机旁路系统是重要的辅助系统。超临界直流锅炉的启动特点是在启动初期，锅炉在最低直流负荷以下运行，必须通过旁路系统协调锅炉与汽机的参数差异，控制旁路阀使机组按给定的压力进行升压，在冷态启动、温态启动、热态启动和极热态启动工况下，使蒸汽温度和汽机金属温度相匹配，缩短启动时间，满足电网对各种负荷的特殊要求，实现机组FCB功能，满足机组的运行安全性和经济性要求。

3 超临界机组旁路系统容量选择

3.1 超临界机组旁路系统容量选择

由于锅炉运行方式基本上带基本负荷并参与调峰，对于调峰机组，要求经常热态启动，有时还要求停机不停炉、带厂用电运行，这都要求机组有较大容量的旁路系统。

在确定旁路容量时，主要考虑的因素是机组的启动工况、甩负荷工况及机组启动时间的要求。容量选择原则为高压旁路的容量能保证锅炉压力无明显变化情况下全部新蒸汽可以顺利通过;低压旁路的容量能保证冷凝器系统不受明显扰动情况下通过部分或全部再热蒸汽。

根据旁路系统不同的作用，旁路系统在各个电厂采用的方式及容量也不尽相同，也是超临界机组中差异较大的一个系统。

若旁路系统仅作满足机组正常启动时的要求，旁路容量一般选用40%BMCR左右;若旁路系统要满足只带厂用电(FCB工况)运行或机组甩负荷后维持3000r/min运行，则高压旁路容量至少选70%BMCR，低压旁路应选50%BMCR以上。

目前国产超临界机组保护系统大多采用大联锁设计，因此旁路系统容量选择一般仅满足机组正常启动时的要求就可以。

3.2 超临界机组旁路系统的运行方式

目前国内大部分的超临界机组采用高、低压两级串联旁路，由于再热器中有蒸汽冷却，使得高温再热器金属壁温低于高温再热器入口烟气温度，使得锅炉投入燃料量的限制得以放宽。

汽机高、低压两级串联旁路系统中主要阀门功能:高压旁路阀用于主蒸汽压力调节;低压旁路阀用于再热蒸汽压力调节。旁路系统的运行方式与汽机冲转方式和启动方式等有关。

机组冷态、温态和热态启动时，在锅炉点火前，高压旁路阀全关;点火后，视锅炉升温升压情况，打开高压旁路阀，此时高压旁路阀的开度随主蒸汽压力比例变化，建立压力;汽机冲转前，高压旁路阀控制蒸汽压力约为8MPa;汽机冲转后，高压旁路阀开度逐渐减小，维持主蒸汽压力约为8MPa;当负荷达到15%MCR后，高压旁路阀全关，锅炉主蒸汽压力控制转为水煤比控制。

机组极热态启动时，由于主蒸汽压力已经建立，将高压旁路阀的设定压力改为3MPa左右;锅炉点火经过约10min后，将高压旁路阀的设定压力改为约8MPa;当达到15%MCR时，高压旁路阀全关，锅炉主蒸汽压力控制转为水煤比控制。

4 高中压缸联合启动旁路

在高中压缸联合启动过程中，主汽压力与再热蒸汽压力都需要维持稳定，高低压旁路的控制有些需要特别注意的问题。

4.1 高压旁路控制方式

旁路系统的自动控制在各主要制造厂都有较为成熟的设计，一般分为并网前的“升压”、“定压”，并网后的“跟随”等几个模式，压力的设定值由逻辑中的设定值生成器自动设定。但在实际运行中，也有将旁路的压力自动控制简化，压力设定值在各个阶段都由操作员人工设定，称为简单自动控制。

对于高压旁路，主要是维持主汽压力稳定。机组启动至并网前，无论是自动生成压力设定值还是手动设定，都能满足运行要求。机组并网后，随着汽机升负荷，GV开大，主汽压力降低，高压旁路将自动关小维持汽压直到关闭。

如果是自动生成设定值，那么设定值将跟随主汽压力，并在设定值上加一个偏置dP，即使主汽压力随锅炉的燃料量增加而上升，也能保证高旁关闭。如果是简单自动控制，那么在高旁关闭后，压力设定值仍然是并网前的值，这时应退出高旁的压力自动状态，避免在主汽压力上升时高旁再次打开。

4.2 低压旁路控制方式

对于低压旁路，主要是维持再热蒸汽压力的稳定。机组启动至并网前，无论是自动生成压力设定值还是手动设定，都能满足运行要求。

但对联合启动来说会产生一个问题，并网后至高排通风阀关闭前，汽机调节级压力与再热压力并无必然联系，这将导致低旁可能会开启也可能会关闭，这样的调节对维持再热蒸汽压力的低旁来说是不正确的。即使高排通风阀已关闭，高压缸蒸汽进入再热器，此时调节级压力必然高于再热汽压，低旁会自动关闭，也会产生问题:如果此前低旁开度较大，当低旁较快地关闭后，再热蒸汽压力势必上升较多，而IV的开度是有压力修正的，再热蒸汽压力上升越多，IV关小得越多，最终导致再热蒸汽力压力恶性升高，因而高压缸排汽压力和温度也随之升高，可能会触发汽轮机保护，造成停机。

如果低旁是简单自动控制，当升负荷IV开大时，再热蒸汽压力降低，低旁会自动关小以维持再热蒸汽压力，但当IV全开后，随着汽机进汽量增加，再热蒸汽压力会随之升高，此时低旁反而会再次打开。因此，当发现再热蒸汽压力开始升高后，应将低旁切除自动，手动关闭。可见，由于高中压缸联合启动的特殊性，对采用厂家设计自动生成设定值的旁路系统，其控制方式必须根据实际的启动过程加以修改。尤其对低旁的控制，修改量更多，要避免并网后可能造成的非停。

对简单自动控制的旁路，压力设定值完全由操作员决定，可根据实际情况操作，但要注意的是，并网后如果要手动关闭低旁，决不可操之过急，否则低旁关闭过快的后果与上面提到的因自动生成设定值引起的低旁关闭一样，可能会造成机组非停。