1000 MW超超临界二次再热机组中低压旁路压力控制逻辑设计

顾徐鹏（华东电力设计院有限公司，上海 200063）



1000 MW超超临界二次再热机组中低压旁路压力控制逻辑设计

顾徐鹏
（华东电力设计院有限公司，上海 200063）

摘要：泰州电厂二期是国内首台二次再热燃煤机组，其旁路系统采用了100%BMCR高压旁路加中低压启动旁路的三级串联旁路系统。根据旁路系统配置方案，设计了一套中低压旁路压力的控制逻辑，该逻辑完全可以适应机组在启动、停机和事故工况下对中低压旁路系统的控制要求。

关键词：二次再热；旁路压力控制；中压旁路；低压旁路。

泰州电厂二期是国内首个1000 MW超超临界二次再热燃煤电厂项目，建成后将成为世界上最大容量的二次再热机组。主机参数为31 MPa/600/610/610℃，锅炉采用上海锅炉厂生产的超超临界变压直流炉，单炉膛、二次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、塔式锅炉。汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的超超临界、二次中间再热、单轴、五缸四排汽、凝汽式汽轮机。泰州电厂二期设计THA工况下机组热耗率仅7094 kJ/kWh，而传统1000 MW一次再热机组的热耗率一般约为7300 kJ/kWh，可见热耗率大大降低，机组投产后将节约更多的燃煤，对节能减排有重要的意义。

二次再热机组的系统结构与一次再热机组有许多不同，且更为复杂。因此，如何控制这样复杂的系统，使其安全、高效地运行，也是该项目进行过程中大家重点研究和需要突破的一项课题。本文将对泰州电厂二期旁路系统的设置进行介绍，并详细分析中低压旁路选型、及压力控制逻辑的设计方案。

1 泰州二期旁路系统简介

泰州电厂二期设置了高、中、低压三级串联旁路，系统示意图见图1。

图1 泰州电厂二期旁路系统示意图

第一级高压旁路是从锅炉过热器出口到一次再热冷段，高旁按100%BMCR容量设计，由4路阀门组成。高旁为“三用阀”系统，既可以替代过热器安全阀，在过热器超压时快开溢流，又可以作为主汽压力调节阀，在机组启动过程、或甩负荷过程中控制主蒸汽压力，并在机组正常运行时跟踪运行压力，压力超过设定值时立即进行调节。

第二级中压旁路是从一次再热蒸汽热段至二次再热冷段，按启动工况最大主蒸汽流量加高旁减温水量选型，由2个半容量旁路调节阀组成。

第三级低压旁路是从二次再热蒸汽热段至凝汽器，按启动工况最大蒸汽流量加中旁减温水量选型，由2个半容量旁路调节阀组成。

该旁路系统可以满足汽轮机超高、高、中压缸联合启动的要求，在各启动工况下使蒸汽温度和汽轮机金属温度匹配，缩短启动时间，回收工质，并在启动和事故过程中，保证再热器流量，防止再热器干烧。由于中、低旁均按启动工况选型，机组将不考虑实现快速减负荷（Fast Cut Back， FCB）功能。

表1 泰州电厂二期中、低压旁路阀主要选型参数

2 中低压旁路选型

泰州二期中、低压旁路都是按启动工况加减温水流量来进行选型的，中、低旁调节阀在各种启动工况下的主要选型参数见表1。若中、低压旁路均采用100%BMCR容量，虽然可以实现FCB，使机组运行有更大的灵活性，但为了甩负荷时接受所有蒸汽，必须加大凝汽器换热面积，而且本期工程二次再热蒸汽压力相比于传统一次再热机组再热蒸汽压力要低，进入低旁的蒸汽比容更大，选用100%BMCR容量低压旁路会导致低旁蒸汽管道过粗、调节阀口径过大，对设备布置带来很大困难，所以从设备安装位置和技术经济性等方面考虑，按启动工况选型更为合适。而高压旁路之所以按100%BMCR选型，是因为锅炉启动时要求的蒸汽流量较大，按照启动参数选型得到的高旁阀门折算到额定参数下的通流量已超过80%BMCR，且全容量高压旁路还可以替代过热器安全阀的功能，使得100%BMCR的高旁方案有更好的经济性。

另外，凝汽器厂家要求进入凝汽器的蒸汽参数不能高于0.24 MPa（a）、127℃，低压旁路调节阀按最大启动参数选型后，可以保证各启动工况下阀后压力满足不大于0.24 MPa（a）。但这样选型得到的旁路调节阀当二次再热蒸汽运行在额定工况时，阀门开启后的阀后压力根据其阀门特性，肯定会超过凝汽器限值，所以必须在混合物进入凝汽器前加装消能器。消能器可以减低低旁阀后汽水混合物的压力、减小速度、降低噪音、保护凝汽器冷却水管道，同时也起到了减小旁路阀、管道尺寸的作用（因为不加装消能器，为满足凝汽器入口参数要求就必须增大旁路阀门和进出口管道尺寸）。

3 中低压旁路压力控制

中、低压旁路控制器包含两个主要回路，压力控制和温度控制。压力控制器通过旁路阀位控制再热蒸汽压力，温度控制器通过喷水调节阀控制旁路出口温度或焓值。中、低压旁路的压力控制较为相似，下面就对其控制方案作详细介绍。

3.1 中旁压力控制

中压旁路调节阀主要根据一次再热蒸汽压力来控制的，目标是使一次再热热段蒸汽参数满足汽轮机超高、高、中压缸联合冲转的需要。压力控制最主要的部分是压力设定值的生成，它需要在机组启动、调负荷、甩负荷、正常停机等过程中准确生成压力控制目标，其核心是速率控制器，它在所有的运行状态合理地限制压力的变化率，保证阀体、管道不会因为温度、压力的瞬间变化而出现损坏。

图2为中旁压力控制框图。在机组启动过程中，当高旁最大开度大于3%时，中旁压力控制器记录当前一次再热蒸汽压力作为初始设定值。随着锅炉继续升负荷，一次再热蒸汽压力升高，使中旁调节阀逐渐打开，这样可保证在启动过程中有足够的流量来冷却一次再热器，防止再热器干烧。当一次再热蒸汽压力大于冲转压力目标值，或者中旁开度已大于70%时，中旁压力控制器将切换到定压控制方式，控制器保持一次再热蒸汽在一个较低的压力，即按启动曲线确定的高压缸冲转压力，目的是为了保证低负荷运行期间超高压缸有一个合理的压比，保证超高压缸的通流，避免超高压缸出现小流量、高背压，导致鼓风摩擦过大，末级叶片过热，排汽温度升高而引发的汽轮机跳闸。

当汽机冲转完成后，汽轮机将接受所有一次再热蒸汽，中旁调节阀也在冲转过程中逐渐关小至全关，中旁压力控制器切换到压力跟踪方式（B方式），使用根据滑压曲线确定的一次再热蒸汽压力加上一定阈量作为其压力设定值，在保证中旁关闭的同时，时刻监视中旁前压力，超压时打开中旁溢流。

当机组运行中出现发电机解列或汽轮机跳闸等异常工况（高旁切换成C模式）时，旁路将切换回滑压曲线确定的压力目标值来控制中旁，直到机组运行回到正常状态。当锅炉停机时，中压旁路压力设定值是主蒸汽实际压力的0.5倍与11 MPa取小，从而确保中旁关闭，维持一次再热器压力。

3.2 低旁压力控制

低旁压力控制策略与中旁基本一致，同样在高旁开度大于3%时低旁投入压力控制，控制二次再热蒸汽压力满足中压缸的冲转要求，并使一再、二再有合理的压比，保证高压缸的通流。冲转完成进入正常运行后，设定值切换到滑压曲线加0.5 MPa的裕量，使低旁压力控制器跟踪运行压力，超压时开启低旁进行调节。

由于低压旁路最终将蒸汽排放至凝汽器，为保护凝汽器，还设置了如下的低旁快关条件：

（1）凝汽器热井水位高。

（2）凝汽器的真空低。

（3）低压缸的排汽温度高。

（4）低旁减温水压力低。

图2 中旁压力控制框图

4 结论

泰州二期电厂作为国内首台二次再热机组，其主机设计方案经过了不断的论证和修改。热控工程师也在设计过程中不断与工艺系统设计人员进行沟通，了解设计思路、选型方案，最终形成了控制逻辑。本文介绍了泰州电厂二期百万千瓦级二次再热机组的旁路系统配置，详细分析了中、低旁的选型方案，并结合以往工程经验设计了一套中低压旁路压力控制逻辑方案，该方案能满足机组各种工况下的控制要求。

参考文献：

［1］ 冯伟忠.1000 MW超超临界机组FCB试验［J］.中国电力，2008，41（10）.

［2］ 冯伟忠.1000 MW级火电机组旁路系统作用及配置［J］.中国电力，2005，38（8）.

［3］ 徐雪元，姚丹花.百万等级超超临界机组不同容量汽机旁路分析研究［C］.中国超超临界火电机组技术协作网第二届年会，2006.

［4］ Ulrich Kägi.Bypass Systems Designed to Enhance the Flexibility of Plant Operations［C］.12th CEPSI Thailand，1998.

［5］ 朱介南，等.一种新的机组旁路系统控制策略的设计与应用［J］.热力发电，2010，（9）.

中图分类号：TM621

文献标志码：A

文章编号：1671-9913（2016）02-0018-04

* 收稿日期：2016-02-17

作者简介：顾徐鹏（1985- ），男，江苏启东人，助理工程师，从事电厂热工控制系统设计工作。

Design of Bypass Pressure Control Logic in 1000 MW Ultra-supercritical Second Reheat Units

GU Xyu-peng
（East China Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200063， China）

Abstract:Taizhou Power Plant Phase II is the first double reheat coal fired power plant in China. It has a 3 stage cascade bypass system which contains a 100% BMCR HP bypass， an IP bypass for startup and a LP bypass for startup also. Based on the configuration of the bypass system， a control logic plan of IP and LP bypass pressure will be proposed. These logics are suitable for the control requirements in different operation conditions such as startup，shutdown and system failure.

Key words:double reheat； bypass pressure control； IP bypass； LP bypass.