M701F4型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)控制分析

宋小帆 趙光鋒

摘要：三菱M701F4型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的TC2F-35.4型高中壓合缸、雙排汽、單軸再熱凝汽式蒸汽輪機(jī)。汽輪機(jī)高壓級為8個(gè)沖動(dòng)級，汽輪機(jī)中壓級為8個(gè)沖動(dòng)級，汽輪機(jī)低壓級采用雙流反向布置，共6×2個(gè)反動(dòng)級組成，末葉片高度：899.4mm（35.4英寸）。此汽輪機(jī)除了高、中、低壓主汽進(jìn)汽管外還分別各配置了100%容量的旁路管并引入凝汽器，同時(shí)高、中壓旁路配備了噴水減溫器。在啟停及運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的配合動(dòng)作控制主蒸汽管路壓力變化，對汽輪機(jī)進(jìn)汽控制、管路升溫升壓控制、管路超壓保護(hù)及保溫保壓控制起著重要的作用。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán)；旁路；控制；邏輯；模式切換

1、汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的作用

a、在機(jī)組啟動(dòng)過程中，將鍋爐所產(chǎn)生的過量蒸汽旁路，以回收工質(zhì)和熱量，同時(shí)調(diào)整蒸汽參數(shù)，使與汽機(jī)的金屬溫度相匹配，縮短啟動(dòng)時(shí)間。

b、在啟動(dòng)工況，保證過熱器和再熱器有適當(dāng)?shù)恼羝髁?，使它們得到足夠的冷卻，從而使其得到保護(hù)。

c、在正常運(yùn)行期間，負(fù)荷變化較大或機(jī)組跳閘后，起主蒸汽壓力調(diào)節(jié)和超壓保護(hù)作用。

2、汽輪機(jī)旁路控制邏輯

M701F4型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)旁路由PCS（過程控制系統(tǒng)）控制。三個(gè)旁路均采用閉環(huán)控制，在不同的運(yùn)行階段取不同的設(shè)定值Sv，將旁路前主蒸汽壓力實(shí)際值Pv與設(shè)定值Sv的差值dsp作為PI控制器（比例積分控制器）的輸入，PI控制器的輸出驅(qū)動(dòng)閥體執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)旁路閥的開度。同時(shí)PI控制器的輸出也采取了高低區(qū)間限制，實(shí)現(xiàn)在各種工況下旁路閥開度的相應(yīng)配合。邏輯圖見圖1（以高壓為例）。

根據(jù)機(jī)組啟停過程中的起到的作用不同旁路閥控制分為三種工作模式：實(shí)際壓力跟蹤模式、最小壓力模式、后備壓力模式。

3、汽輪機(jī)旁路控制模式切換

3.1實(shí)際壓力跟蹤模式

機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，點(diǎn)火前HPBTV CONTROLTRANKING ON未投入，點(diǎn)火后，發(fā)一0.2s脈沖，HPBTV CONTROLTRANKING ON置1，導(dǎo)致sv直接取旁路前主汽壓力值，即sv=pv，此階段旁路閥的輸入dsp=0， 旁路閥不會(huì)開啟。脈沖結(jié)束后，因HP/IPTBV MIN. PRESS. SET 為0，且點(diǎn)火瞬間HPTBV ACTUAL PRESS. SET RATE PASS由0置1，故sv（msv）跳變?yōu)楣苈穳毫v，之后sv（msv）隨著管道內(nèi)的壓力（即初始壓力）的逐漸升高而升高，其變化率根據(jù)實(shí)際壓力msv和pv偏差來控制。偏差小于等于0.02，sv按照汽輪機(jī)冷、溫、熱態(tài)的既定速率變化至pv，若偏差大于0.02MPa，則暫緩sv的變化，以穩(wěn)定汽包水。由于sv（msv）恒小于pv，故旁路逐步打開。

故正常啟動(dòng)時(shí)，在爐側(cè)高低壓主汽壓力及熱再壓力未達(dá)至進(jìn)入旁路最小壓力模式的設(shè)定值，且旁路閥開度小于5% 前， 主蒸汽壓力控制模式一直是實(shí)際壓力跟蹤控制。

3.2最小壓力模式

旁路控制“最小壓力模式切換條件”置1是高、中、低壓旁路控制系統(tǒng)進(jìn)入最小壓力模式的邏輯判斷點(diǎn)。在最小壓力模式下，旁路閥的設(shè)定值sv是根據(jù)燃機(jī)負(fù)荷變化的一個(gè)漸變值。

當(dāng)滿足下列判斷條件之一時(shí)，最小壓力模式控制投入：

高壓旁路控制投入的判斷條件：

a、點(diǎn)火成功后高壓過熱器出口壓力大于4.8MPa（主要用于熱態(tài)開機(jī)）；

b、點(diǎn)火成功后高壓過熱器出口壓力大于0.5MPa 且比初始值高0.3MPa（主要用于冷態(tài)開機(jī)）；

c、高旁指令大于5%

中壓旁路控制投入的判斷條件：

a、點(diǎn)火成功后中壓過熱器出口壓力大于1.5MPa（主要用于熱態(tài)開機(jī)）；

b、點(diǎn)火成功后中壓過熱器出口壓力大于0.3MPa 且比初始值高0.1MPa（主要用于冷態(tài)開機(jī)）；

c、中旁指令大于5%

低壓旁路控制投入的判斷條件：

a、點(diǎn)火成功后低壓過熱器出口壓力大于0.15MPa（主要用于熱態(tài)開機(jī)）；

b、點(diǎn)火成功后低壓過熱器出口壓力大于0.1MPa 且比初始值高0.03MPa（主要用于冷態(tài)開機(jī)）；

c、低旁指令大于5%

在機(jī)組暖機(jī)階段直到汽輪機(jī)進(jìn)汽完成前，旁路控制一直處于最小壓力模式下。

3.3后備壓力模式

當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)汽完成后，“后備壓力模式”置“1”，旁路控制模式由最小壓力模式切換至后備壓力模式。后備壓力模式中，旁路閥壓力設(shè)定值sv根據(jù)“后備模式控制函數(shù)”變化（見圖2），略高于主蒸汽壓力實(shí)際值Pv，保證旁路不會(huì)開啟，同時(shí)此函數(shù)設(shè)有最大值，當(dāng)主蒸汽壓力超過后備壓力最大值后，旁路開啟，起到保護(hù)泄壓的作用。

停機(jī)過程中，機(jī)組發(fā)停機(jī)令后旁路控制模式退出“后備壓力模式”，高、中壓主汽調(diào)門開始程控關(guān)閉導(dǎo)致控制邏輯中“最小壓力模式切換條件”置“0”，設(shè)定值sv取高壓主汽調(diào)門關(guān)閉時(shí)刻的旁路前主汽壓力值并保持不變直至下次開機(jī)點(diǎn)火。由于設(shè)定值sv保持不變，隨著主汽調(diào)門的關(guān)閉，旁路前的主汽壓力值pv開始憋高輸入dsp=pv-sv>0，旁路閥開啟；若旁路閥開啟過快，導(dǎo)致pv降低且小于sv，則輸入dsp=pv-sv<0，旁路閥適當(dāng)關(guān)閉。

此外，透平跳閘（TRIP）、超速保護(hù)（OPC）動(dòng)作（孤島運(yùn)行）或者機(jī)組熄火，三個(gè)旁路閥也會(huì)自動(dòng)切入此模式。不同的是，OPC及孤島運(yùn)行發(fā)生經(jīng)延時(shí)后，旁路會(huì)由此模式進(jìn)入最小壓力控制模式。

4、結(jié)束語

汽輪機(jī)旁路控制系統(tǒng)在M701F4型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟停及正常運(yùn)行過程中非常重要，通過研究旁路控制邏輯及合理優(yōu)化旁路動(dòng)作速率都會(huì)機(jī)組的運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，尤其對控制機(jī)組啟停過程中鍋爐汽包的壓力進(jìn)而調(diào)節(jié)汽包水位有著很大的幫助，對機(jī)組的安全性及經(jīng)濟(jì)性都會(huì)產(chǎn)生積極的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔雷堅(jiān).燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的環(huán)保效益探討[J].綠色科技，2018（12）.

（作者單位：浙江浙能金華燃機(jī)發(fā)電有限責(zé)任公司）