660 MW超臨界機組旁路控制系統應用

田 澤 劉文軍 馬生翼 張永旺

（山西漳電同華發電有限公司，山西忻州034114）

0 引言

機組的啟動方式主要分為不帶旁路和帶旁路兩種，不帶旁路的啟動適用于高壓缸啟動方式，帶旁路啟動方式有高壓缸啟動、中壓缸啟動和高中壓缸聯合啟動。現在國內大容量機組基本都采用帶旁路啟動方式。旁路系統在結構上有一級大旁路系統、兩級串聯旁路系統和三級旁路系統三種典型方式。

旁路容量的選擇主要取決于旁路功能：具有再熱器保護的啟動旁路可選擇設計容量為15%～30%MCR；具有大范圍負荷波動、電氣故障、汽機帶廠用電的功能可選擇設計容量為30%～50%MCR；具有汽輪機跳閘不停爐的功能可選擇設計容量為30%～50%MCR；要求具有安全閥功能的可選擇設計容量為小于等于100%MCR。

旁路系統的主要功能：（1）加快鍋爐蒸汽參數的提升，縮短機組啟動時間；（2）回收工質，減少PCV閥和安全閥的動作，減少向空排放，改善對環境的噪聲污染；（3）使鍋爐再熱器得到足夠的冷卻蒸汽，避免再熱器超溫；（4）控制鍋爐蒸汽參數，使其和汽機汽缸和轉子允許金屬溫度相匹配，減少熱應力，縮短機組啟動時間，降低汽輪機壽命損耗。

1 高壓旁路的壓力控制策略

某發電廠高旁的壓力控制主要分為最小壓力控制模式、壓力上升模式、固定壓力模式和壓力跟蹤模式。

（1）最小壓力控制模式。冷態點火初期是最小開度控制，控制旁路的最小開度以保證啟動蒸汽迅速進入過熱器和再熱器，維持最小開度直到主蒸汽壓力達到最小壓力值；隨鍋爐燃燒的加強，當主蒸汽壓力上升到最小壓力時，高壓旁路控制系統根據壓力偏差開啟高旁閥，增大高旁的進汽量，直達高旁閥位大于30%。

（2）壓力上升模式。切換到此模式時主汽壓設定值會以一定速率向沖轉壓力逼近，直到主蒸汽壓力上升到汽機沖轉壓力。

（3）固定壓力模式。當鍋爐主汽壓力達汽機沖轉壓力時，旁路系統進入固定壓力模式。此時，壓力設定值保持不變，以保證汽機啟動時的主蒸汽壓力，從而實現定壓啟動。

（4）壓力跟蹤模式。進入壓力跟蹤模式后，主蒸汽壓力設定值自動跟蹤主蒸汽壓力實際值PT，并且只要新蒸汽壓力的變化率小于所設定的升壓率，則壓力定值總是稍大于壓力實際值，從而保證高旁閥保持在關閉狀態。

壓力設定值形成回路是高旁壓力控制回路的核心部分。冷態點火初期壓力設定值為0.5 MPa，而此時實際壓力為0，無法打開旁路閥，為此需要強制旁路閥最小開度，從PID塊輸出下限來實現；當實際主汽壓力升到0.45 MPa，高旁閥位在30%以上時，進入壓力上升模式后主汽壓力設定值由0.5 MPa以一定速率向目標值8.92 MPa增加；當實際主汽壓力達到8.92 MPa后，高旁設定值維持8.92 MPa，以便隨時沖轉；并網后進入壓力跟蹤模式，為保證高旁關閉，從圖1可知其設定值為大于實際主汽壓力1.0 MPa。

圖1 高旁壓力控制原理圖

2 低壓旁路的壓力控制策略

對于高、低旁路串聯方式構成的旁路系統，在機組啟動過程中，高、低旁路必須協調動作，才能完成旁路系統的功能。在汽機未沖轉之前，鍋爐產生的新蒸汽經高壓旁路進入再熱器，再熱器送出的蒸汽將由低壓旁路通流至凝汽器。某發電廠低旁的壓力控制主要分為最小壓力控制模式、壓力上升模式、固定壓力模式、壓力跟蹤模式。

當鍋爐有火后進入最小壓力模式，壓力目標值0.8 MPa，上升速率手動設定，壓力設定值按照設定速率上升，實際再熱汽壓升到0.2 MPa，切到壓力上升模式，實際再熱汽壓升到0.8 MPa，切到固定壓力模式，設定速率自動切到0，將壓力穩定在0.8 MPa，當并網之后負荷帶到100 MW且低旁閥關閉，切到壓力跟蹤模式。其控制原理圖如圖2所示。

圖2 低旁壓力控制原理圖

3 高低旁路的溫度控制策略

高旁減溫水的主要作用是保證高旁閥后溫度穩定且不超溫，以保護鍋爐再熱器。當高旁蒸汽閥投自動時應聯動高旁減溫水投自動，某發電廠高旁溫度調節系統是帶有高旁閥位前饋信號的單回路調節系統，由于流經低旁進入凝汽器的飽和蒸汽采用傳統的閉環溫度控制容易出現濕度過大或者過小的現象，很容易對凝汽器冷卻管造成沖刷，該廠低壓旁路溫度控制策略基于能量平衡原理來控制低旁閥后蒸汽焓值，由低旁壓力閥開度和再熱蒸汽壓力估算出低旁蒸汽流量，根據再熱器壓力、溫度和低旁后焓值計算出蒸汽的焓降，該焓降與低旁蒸汽流量乘積除以低旁閥后蒸汽焓值與精處理出口壓力和溫度計算出減溫水的焓值之差，從而計算出理論減水量，再通過低旁減溫水調節閥的通流特性函數反算出閥位指令。為了防止出現低旁出口溫度高聯關旁路情況，適當加大低旁減溫水調節閥最小開度（當低旁開度大于2%時，減溫水調節閥開度馬上開到20%）。

4 結語

該旁路控制采用五個模式對高低旁路壓力進行控制，控制思路清晰直觀，投入效果較好；在低旁減溫水控制方面拋棄傳統的溫度單回路調節方案采用了基于能量平衡控制策略，解決了許多電廠因為低壓旁路出口溫度高聯關旁路的問題。目前，上述控制方案已經在某發電廠2×660 MW機組得到了很好的實踐，減輕了運行人員的勞動強度，并獲得運行人員好評，也為同類型機組旁路控制策略的制定提供了一些新的思路。