汽轮机减温减压旁路控制系统的应用

丁 宇

（天津天铁冶金集团动力厂，河北涉县056404）

0 引言

天铁集团动力厂为优化全厂能源结构，淘汰部分老旧、效率低下的混烧锅炉，新建一座50 MW级燃气-蒸汽联合循环节能发电站（简称CCPP）。该电站建立在天铁集团铁前新区，与老区锅炉汽机系统距离较远，所以采用单元机组形式布局，一台燃气轮机对应一台余热锅炉，对应一台汽轮机。燃气轮机开机速度很快，由0 r/min升至3 000 r/min，至并网只需要40 min，当燃机并网带上初始负荷后，余热锅炉可以产生5.5 MPa的蒸汽近40 t/h。生产的蒸汽用于暖管暖机的量非常小，大部分的蒸汽通过疏水系统放散掉，且汽轮机从冷态启动到并网需要3 h。大量的蒸汽由疏水放散会造成除盐水的大量浪费，同时经过疏水放散的蒸汽量不容易控制，机组暖机过程中蒸汽的压力会经常发生变化，给机组启动带来不便。这部分除盐水直接放散，没有回到锅炉除氧器，会导致锅炉的除盐水供应不足。在汽轮机停机时，锅炉由于热惯性产生的蒸汽必须放散，防止蒸汽管道超压。

这就需要一个减温减压旁路控制系统，将汽轮机开机过程中不能全部使用的高温高压蒸汽，经过旁路控制系统减温减压，由经凝汽器凝结送回锅炉除氧器，并控制蒸汽的压力，使汽轮机开机过程更加容易控制。在汽轮机停机时，旁路系统可以将大量的蒸汽进行减温减压，避免蒸汽管道超压。

1 系统简介

CCPP减温减压旁路控制系统采用和利时公司的HOLLiAS-MACS KM系统，一级旁路减压装置采用CCI公司生产的VLB-72BTC高压旁路蒸汽调节阀及气动执行机构，旁路减温装置采用CCI公司生产的840H高压旁路水调节阀及气动执行机构。二级减压旁路采用扩容减压形式，减温调节阀采用天津贝尔气动调节阀门。

减温减压旁路调节系统具有启动、溢流及安全功能。在机组启动过程中，配合锅炉升温升压，配合汽机暖机、冲转、升速、并网、带负荷，加快机组启动速度。在升压过程或正常运行阶段，起到安全溢流作用，当汽压变化过快时，打开旁路调节阀，快速恢复压力，避免安全门频繁动作。当汽机跳闸时，减温减压旁路调节阀快开，起到安全泄压作用。旁路减压调节阀以蒸汽压力作为被调量，旁路减温调节阀以减温后蒸汽温度作为被调节量，二级减压旁路使用减压扩容器，二级减温旁路使用减温水调节阀，使用二级减温减压器出口温度作为调节阀开度的目标值。

1.1 控制原理

减温减压旁路控制逻辑分为手动控制和自动控制（见图1）。手动控制，即减压、减温调节门均为手动操作，可以根据实际情况手动输入调节阀的开度，或者按工艺需要手动设置目标值，控制系统按照手动设置目标值进行PID调节。自动控制，即一键自动，减温减压调节阀门均实现全自动控制。自动控制包括机组启动暖机自动、停机自动及超压自动。

1.1.1 暖机自动

当汽轮机减温减压旁路投入暖机自动时，控制系统检测：

（1）锅炉备妥信号为燃机启动、给水泵运行；

（2）检测汽轮机备妥信号为：循环水压力≥设定值0.2 MPa、凝结水泵运行、凝汽器水位正常、真空>停机值、动力油、润滑油压力正常、转速≥盘车转速；

（3）当高压主汽电动阀前蒸汽温度达到250℃，母管压力达到2 MPa；

图1 减温减压旁路图

当以上条件同时满足时，一级减压旁路调压阀自动投入PID控制，设定值初始值为2 MPa；一级旁路减温水调节阀投入PID自动，设定温度160℃，二级减温水调节阀投入PID自动，设定值为60℃。在暖机过程中，可以通过机组需要手动设置暖机时蒸汽压力，减压阀自动跟踪设置压力调节蒸汽压力，直到汽轮机投入定压力控制运行方式后，手动退出自动控制。在暖机、升速过程中，减温减压旁路调节阀根据蒸汽的参数变化随时调节开度，保证进入汽轮机组的蒸汽参数稳定，防止汽轮机调速汽门频繁动作。

1.1.2 停机自动

停机自动投入后，控制系统检测汽轮机危急跳闸系统（ETS）动作信号，汽轮机危急跳闸系统动作并发出信号，自动主汽门关闭，旁路控制系统自动动作：一级旁路调压阀快开至100%，并投入PID自动，目标值5.8 MPa，阀门根据目标值回调。一级旁路减温水调节阀投入自动控制，设定温度160℃，根据设定值进行PID调节。二级减温水调节阀投入自动控制，目标值为60℃。

1.1.3 超压自动

超压自动投入后控制系统检测蒸汽管道压力模拟量3取2，当蒸汽管道内压力大于6 MPa时，延时5 s后一级旁路调压阀快开至70%，并投入PID自动，目标值5.8 MPa，减压旁路调节阀开度根据目标值自动调整。一级减温旁路调节阀PID自动，设定温度160℃。二级减温水调节阀投入自动控制，目标值60℃。

1.1.4 其它控制

为了保护汽机凝汽器真空及机组运行需要，当凝汽器压力＞-60 kPa时，防止大量蒸汽突然进入凝汽造成凝汽器压力进一步升高，以上的自动控制在凝汽器压力＞-60 KPa时，减温减压旁路不会自动运行。

1.2 减温减压旁路调节阀

减温减压调节阀是旁路系统的执行器，一级减温减压调节阀组是本套系统的核心机构。减压阀蒸汽流量为74 t/h，入口蒸汽参数6.2 MPa(a)、（530±10）℃，出口蒸汽参数 0.6 MPa(a)、160 ℃，减温水温度104℃，减温水压力1.8 MPa。减压调节阀体可适应温度的快速变化，阀体厚度均匀。阀体内所有通道为环形结构，可以防止不均匀热应力发生。减压调节阀体上预留减温水投入孔，与减温调节阀组合使用，成为减温减压阀组。

2 减温减压旁路应用中出现的问题及解决方法

2.1 超压保护控制逻辑设置

原超压保护控制逻辑是当蒸汽管道内压力高于6 MPa时，减温减压旁路自动投入运行，减压调节阀自动打开，开度为100%，并投入PID自动，目标值5.8 MPa；一级减温水调节阀投入自动控制，目标值为160℃；二级减温水调节阀投入自动控制，目标值为60℃。在使用过程中发现，当汽轮机组负荷变化，或者锅炉负荷发生变化时，蒸汽管道压力会超过6 MPa。这样就触发了超压保护逻辑，减温减压旁路自动投入运行，但是这种超压是汽轮机、锅炉负荷发生突然变化的短暂超压情况，蒸汽管道内压力并不会继续上升，减温减压旁路的动作还会造成汽轮机进汽量突变，汽轮机负荷产生更大波动。

经过一段时间运行观察，发现出现超压问题的时间在3 s左右，时间小于3 s的情况均为设备负荷波动瞬时超压，并不会继续升高。所以在超压保护控制逻辑中，当压力超过6 MPa延时5 s钟触发超压保护动作。同时将原超压保护逻辑中保护动作后减压旁路调节阀快开至100%的逻辑改为70%。减温调节阀在70%开度的时，通过蒸汽量为60 t/h左右，在保护动作后不会出现减压调节阀回关慢，造成汽轮机负荷下降过快的情况。

2.2 减温旁路调节阀后温度值不准

减温旁路调节阀后温度是调节阀投入自动控制时的控制值，它的测量准确与否直接关系到减温旁路调节阀的开度是否正确。

在减温减压旁路运行时发现该测点温度一直在230℃左右，这样的温度情况下减温旁路调节阀的开度一直为100%，即使减压旁路调节阀只通过一点蒸汽的情况，该测点温度也基本维持在230℃左右。在减温减压旁路运行和停止的情况下多次检查该温度测点，均未发现问题。判断减温旁路调节阀的喷水孔有堵塞情况，将喷水孔拆卸清洗后恢复正常。

3 结束语

50 MW燃气蒸汽联合循环发电汽轮机减温减压旁路控制系统应用以来，有力地保障了汽轮机组安全、稳定运行；使机组开、停机的操作更加灵活方便，降低了运行人员在开、停机时的劳动强度。超压保护功能还可以降低蒸汽管道安全阀起跳频率，减少设备磨损，保护机组安全运行。同时，减温减压旁路有效地减少了开停机过程中蒸汽的放散量，同时减少除盐水消耗，为电站降本增效做出了巨大贡献。