高旁邏輯優化研究與應用

于棟蒼

（神華國華寧東發電有限責任公司，寧夏銀川750408）

1 高低壓旁路系統概述

神華國華寧東發電廠2×660 MW擴建工程配套的高低壓旁路系統，采用西門子液壓控制設備，高旁按100%B-MCR容量設計，低旁按65%B-MCR容量設計，機組實現了APS啟動功能，旁路系統實現了全程自動功能。

高低壓旁路系統的用途：改善機組的啟動性能，機組在冷態、溫態、熱態和極熱態用高中壓缸啟動時，投入旁路系統，控制鍋爐快速提高蒸汽溫度，使之與汽機汽缸金屬溫度較快地相匹配，從而縮短機組啟動時間，減少蒸汽向空排放，降低汽機循環壽命損耗，實現機組的最佳啟動；使機組適應定壓運行和滑壓運行復合方式；當汽機負荷低于鍋爐最低穩燃負荷時，通過旁路裝置調節，使機組允許穩定在低負荷狀態下運行；在啟動和減負荷時，可保護布置在煙溫較高區的再熱器，以防燒壞；啟動時，使蒸汽中的固體小顆粒通過旁路進入凝汽器，從而防止汽輪機調速汽門、進汽口及葉片的硬粒侵蝕；旁路裝置能實現自動和手動（快速/正常）遙控功能，旁路具有快開/快關功能；機組正常運行時，高壓旁路裝置具有超壓安全保護功能，鍋爐超壓時高壓旁路開啟，代替鍋爐安全閥功能，高壓旁路閥用作鍋爐的高壓部分安全閥，當壓力超過安全壓力上限時，旁路閥開啟。

2 高旁閥原邏輯控制策略

2.1 最小開度控制模式

鍋爐點火時，開始產生蒸汽，高壓旁路閥置于最小開度的位置。隨著燃料量的增加，蒸汽壓力逐漸上升到最小壓力。

最小開度控制方式下，高旁閥在自動時，當鍋爐有火時，產生最小開度控制信號。設定值設定為跟蹤模式，閥門根據高旁壓力逐漸開啟至最小開度15%（壓力—最小開度曲線關系如表1所示），在啟動階段，產生蒸汽的過程中，閥門開啟不得低于最小開度。當壓力超過1.2 MPa時，控制模式就轉變為最小壓力控制模式。

表1 壓力—最小開度曲線關系

2.2 最小壓力控制模式

隨著燃燒的加強，蒸汽流量增加，為了維持住蒸汽最小壓力不變，高旁閥門連續開啟，直至達到預定開度15%+10%。

最小壓力控制方式下，高旁壓力調閥在自動時，遙控模式下的設定值變化率為零，高旁閥門將連續開啟，以維持住蒸汽壓力的穩定。當閥門開度達到15%+10%時，控制模式將轉變至升壓控制模式。

2.3 升壓控制模式

當閥門開度達到15%+10%時，隨著燃燒的增強，主汽壓力根據冷態啟動曲線、溫態啟動曲線、熱態啟動曲線定義的速率不斷增加，直至達到最終啟動壓力。

升壓控制模式下，高旁壓力調閥在自動時，壓力設定值按照冷態、溫態、熱態升速率啟動曲線增加（冷態升速率啟動曲線如表2所示，溫態、熱態升速率啟動曲線如表3所示），直至達到溫態8.5 MPa，冷態6.5 MPa（視汽輪機沖轉壓力而定）。熱態和極熱態情況下沖轉壓力和當前壓力比較，取大，加限幅。

表2 冷態升壓率

表3 溫態、熱態升壓率

如果燃燒減弱，控制器的輸出將減少，高旁閥門的開度也將減小。當控制器的輸出值達到了15%，升壓率將為0。這意味著壓力不再增加，且閥門的開度不能小于5%，以確保通過受熱面的流量及均勻受熱。當控制器的輸出值高于15%+10%，壓力將繼續增加直至最終目標值。當蒸汽壓力達到最終目標值，控制模式將轉變為定壓控制。

2.4 定壓控制模式

蒸汽壓力在旁路閥門控制下保持穩定的啟動壓力6.5 MPa，汽機可以掛閘、同步轉速、帶負荷。隨著汽輪機組進汽，旁路閥門將相應關小。

定壓控制模式，高旁壓力調閥在自動，遙控模式下設定值的變化率為零，閥門處于壓力設定值6.5 MPa的控制之下。當汽輪機組進汽時，旁路將相應關小。當“汽輪機同步轉速”信號發出時，旁路閥門達到最小開度位置，此時最小開度允許全關。當旁路閥門全關，“汽輪機同步轉速”信號出現的時候，操作模式轉為滑壓控制模式。

2.5 滑壓控制模式

滑壓控制模式，高旁壓力調閥在自動。壓力設定值為實際主汽壓力加上偏置ΔP 0.06倍的滑壓壓力，因此旁路閥門位于關閉位置。如果壓力波動超過設定值，或者當壓力變化率大于設計速率時旁路閥門開啟，設定值的速率變為零。由于閥門打開，壓力下降而定值不變，所以瀉壓后閥門按照滑壓斜率曲線（表4）應逐漸關小直到關閉為止。

表4 滑壓斜率

2.6 停機控制

當鍋爐熄火后，旁路關閉，以維持鍋爐蒸汽壓力。旁路閥門關閉，高旁壓力調閥在自動，操作模式切換至定壓控制模式。

3 原邏輯存在的問題

（1）原邏輯不能滿足機組APS啟動功能要求；

（2）原邏輯自動控制由壓力對應開度折線函數控制壓力，對鍋爐升壓速率適應性差；

（3）原邏輯自動控制策略需運行人員干預，自動化程度低。

4 優化后邏輯控制策略

采用[A1]、[A2]、[A3]、[B]、[C]五種控制方式對旁路系統進行自動控制，實現了APS功能下高旁自動控制。

4.1 [A1]方式——旁路全關方式

當收到鍋爐燃燒記憶及APS來旁路投入或DCS畫面運行人員手動點擊投入，高旁即進入[A1]方式。運行人員手動投高旁閥，高旁減溫水調閥投入自動狀態，高旁壓力設定模塊自動投自動。

[A1]方式下，高旁閥門全關，高旁壓力設定模塊設定值跟蹤實際機側主蒸汽母管主汽壓力。高旁壓力目標值：冷態6.5MPa，其他狀態8.5 MPa。

4.2 [A2]方式——旁路閥位開度控制方式

當鍋爐點火5 min后或點火時機側主蒸汽母管主汽壓力已大于最大允許沖轉壓力11.8 MPa（主機說明書沒有最大沖轉壓力）點火后鍋爐開始升壓后，進入[A2]方式。

[A2]方式下，高旁壓力目標值：冷態6.5 MPa，其他狀態8.5 MPa。壓力設定模塊設定值跟蹤實際機側主蒸汽母管主汽壓力。高旁閥1～3 min開至5%，速率：0.016 7/s；3～5 min開至15%，速率：0.016 7/s。

4.3 [A3]方式——升壓階段，汽機沖轉至汽機控制壓力旁路全關

當[A2]方式持續1～10 min后（具體時間根據點火時主汽壓力的函數關系而確定）或主汽壓力已達到最大允許沖轉壓力11.8 MPa，進入[A3]方式。

[A3]方式下，高旁壓力目標上限選擇機側主蒸汽母管壓力+0.2 MPa；高旁壓力目標值下限選擇機側主蒸汽母管壓力-0.2 MPa與計算高旁壓力目標值（冷態6.5 MPa，其他狀態8.5 MPa）取小；高旁壓力設定模塊發自動投自動信號，閥門開度受到低限的限制在8%～20%之間，低限是主蒸汽溫度的函數，但實際上，在[A3]方式下閥門開度低限在15%～20%之間；開度高限由主汽壓力確定，在50%～100%之間。

[A3]方式下，根據鍋爐分離器的應力情況而確定升壓速率。高旁按照升壓速率進行升壓（冷態、溫態升壓率如表5所示，熱態、極熱態升壓率如表6所示）；當發電機并網且機組功率大于150 MW或MFT動作，高旁閥最小閥位取消，開始收旁路至全關，即開度＜5%。

表5 冷態、溫態升壓率

進入[A3]后，旁路閥接收升壓指令調壓力。進入[A3]瞬間的機側主蒸汽母管主汽壓力保持與汽機要求的沖轉壓力比較，取大值作為啟動方式下的高旁壓力目標值，即汽機沖轉壓力。之后高旁壓力設定值以一定的升壓率變化，直至達到沖轉壓力。汽機沖轉并網運行：隨著汽機沖轉，并網帶負荷，高旁閥逐漸關閉，直至高旁閥全關，此時由DEH決定是否從[A3]方式轉入汽機運行[B]方式或[C]方式。

表6 熱態、極熱態升壓率

4.4 [B]方式——汽機運行模式，旁路在滑壓跟蹤方式

進入[B]方式后，高旁的壓力實際值疊加一定的量（1.6MPa），最高不超過29.4 MPa，使高旁完全關閉。此時，高旁進入滑壓跟蹤方式，高旁提供保護，只有當實際主汽壓力偏高于29.4 MPa后，高旁才會溢流開出。

當高旁快開條件發生時，高旁快開至100%。

4.5 [C]方式——汽機故障或停機時，旁路進入壓力控制方式

當汽機因為某些故障，無法進入全部蒸汽，旁路控制由[B]方式進入[C]方式。

進入[C]方式后，高旁的壓力設定值就是機組的滑壓曲線（剔除[B]方式下疊加的量），旁路控制主汽壓力。

降壓過程中，高旁閥門開度受到低限的限制，低限是主蒸汽溫度的函數，在8%～25%之間，直到鍋爐滅火進入[D]或[E]方式，閥門低限取消。

5 結語

邏輯優化后，高旁邏輯實現了鍋爐點火后旁路系統全程自動控制，適應了APS啟動過程對旁路自動控制的要求。機組的啟動性能得到了改善，機組在冷態、溫態、熱態和極熱態用高中壓缸啟動時，投入旁路系統，可控制鍋爐快速提高蒸汽溫度，使之與汽機汽缸金屬溫度較快地相匹配，從而縮短了機組啟動時間，減少了蒸汽向空排放，降低了汽機循環壽命損耗，實現了機組的最佳啟動。