汽輪機(jī)減溫減壓旁路控制系統(tǒng)的應(yīng)用

丁 宇

（天津天鐵冶金集團(tuán)動(dòng)力廠，河北涉縣056404）

0 引言

天鐵集團(tuán)動(dòng)力廠為優(yōu)化全廠能源結(jié)構(gòu)，淘汰部分老舊、效率低下的混燒鍋爐，新建一座50 MW級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)節(jié)能發(fā)電站（簡(jiǎn)稱CCPP）。該電站建立在天鐵集團(tuán)鐵前新區(qū)，與老區(qū)鍋爐汽機(jī)系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)，所以采用單元機(jī)組形式布局，一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)余熱鍋爐，對(duì)應(yīng)一臺(tái)汽輪機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)機(jī)速度很快，由0 r/min升至3 000 r/min，至并網(wǎng)只需要40 min，當(dāng)燃機(jī)并網(wǎng)帶上初始負(fù)荷后，余熱鍋爐可以產(chǎn)生5.5 MPa的蒸汽近40 t/h。生產(chǎn)的蒸汽用于暖管暖機(jī)的量非常小，大部分的蒸汽通過(guò)疏水系統(tǒng)放散掉，且汽輪機(jī)從冷態(tài)啟動(dòng)到并網(wǎng)需要3 h。大量的蒸汽由疏水放散會(huì)造成除鹽水的大量浪費(fèi)，同時(shí)經(jīng)過(guò)疏水放散的蒸汽量不容易控制，機(jī)組暖機(jī)過(guò)程中蒸汽的壓力會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，給機(jī)組啟動(dòng)帶來(lái)不便。這部分除鹽水直接放散，沒(méi)有回到鍋爐除氧器，會(huì)導(dǎo)致鍋爐的除鹽水供應(yīng)不足。在汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)，鍋爐由于熱慣性產(chǎn)生的蒸汽必須放散，防止蒸汽管道超壓。

這就需要一個(gè)減溫減壓旁路控制系統(tǒng)，將汽輪機(jī)開(kāi)機(jī)過(guò)程中不能全部使用的高溫高壓蒸汽，經(jīng)過(guò)旁路控制系統(tǒng)減溫減壓，由經(jīng)凝汽器凝結(jié)送回鍋爐除氧器，并控制蒸汽的壓力，使汽輪機(jī)開(kāi)機(jī)過(guò)程更加容易控制。在汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)，旁路系統(tǒng)可以將大量的蒸汽進(jìn)行減溫減壓，避免蒸汽管道超壓。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

CCPP減溫減壓旁路控制系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的HOLLiAS-MACS KM系統(tǒng)，一級(jí)旁路減壓裝置采用CCI公司生產(chǎn)的VLB-72BTC高壓旁路蒸汽調(diào)節(jié)閥及氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，旁路減溫裝置采用CCI公司生產(chǎn)的840H高壓旁路水調(diào)節(jié)閥及氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。二級(jí)減壓旁路采用擴(kuò)容減壓形式，減溫調(diào)節(jié)閥采用天津貝爾氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)。

減溫減壓旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有啟動(dòng)、溢流及安全功能。在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，配合鍋爐升溫升壓，配合汽機(jī)暖機(jī)、沖轉(zhuǎn)、升速、并網(wǎng)、帶負(fù)荷，加快機(jī)組啟動(dòng)速度。在升壓過(guò)程或正常運(yùn)行階段，起到安全溢流作用，當(dāng)汽壓變化過(guò)快時(shí)，打開(kāi)旁路調(diào)節(jié)閥，快速恢復(fù)壓力，避免安全門(mén)頻繁動(dòng)作。當(dāng)汽機(jī)跳閘時(shí)，減溫減壓旁路調(diào)節(jié)閥快開(kāi)，起到安全泄壓作用。旁路減壓調(diào)節(jié)閥以蒸汽壓力作為被調(diào)量，旁路減溫調(diào)節(jié)閥以減溫后蒸汽溫度作為被調(diào)節(jié)量，二級(jí)減壓旁路使用減壓擴(kuò)容器，二級(jí)減溫旁路使用減溫水調(diào)節(jié)閥，使用二級(jí)減溫減壓器出口溫度作為調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的目標(biāo)值。

1.1 控制原理

減溫減壓旁路控制邏輯分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制（見(jiàn)圖1）。手動(dòng)控制，即減壓、減溫調(diào)節(jié)門(mén)均為手動(dòng)操作，可以根據(jù)實(shí)際情況手動(dòng)輸入調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，或者按工藝需要手動(dòng)設(shè)置目標(biāo)值，控制系統(tǒng)按照手動(dòng)設(shè)置目標(biāo)值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。自動(dòng)控制，即一鍵自動(dòng)，減溫減壓調(diào)節(jié)閥門(mén)均實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。自動(dòng)控制包括機(jī)組啟動(dòng)暖機(jī)自動(dòng)、停機(jī)自動(dòng)及超壓自動(dòng)。

1.1.1 暖機(jī)自動(dòng)

當(dāng)汽輪機(jī)減溫減壓旁路投入暖機(jī)自動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)檢測(cè)：

（1）鍋爐備妥信號(hào)為燃機(jī)啟動(dòng)、給水泵運(yùn)行；

（2）檢測(cè)汽輪機(jī)備妥信號(hào)為：循環(huán)水壓力≥設(shè)定值0.2 MPa、凝結(jié)水泵運(yùn)行、凝汽器水位正常、真空>停機(jī)值、動(dòng)力油、潤(rùn)滑油壓力正常、轉(zhuǎn)速≥盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速；

（3）當(dāng)高壓主汽電動(dòng)閥前蒸汽溫度達(dá)到250℃，母管壓力達(dá)到2 MPa；

圖1 減溫減壓旁路圖

當(dāng)以上條件同時(shí)滿足時(shí)，一級(jí)減壓旁路調(diào)壓閥自動(dòng)投入PID控制，設(shè)定值初始值為2 MPa；一級(jí)旁路減溫水調(diào)節(jié)閥投入PID自動(dòng)，設(shè)定溫度160℃，二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)閥投入PID自動(dòng)，設(shè)定值為60℃。在暖機(jī)過(guò)程中，可以通過(guò)機(jī)組需要手動(dòng)設(shè)置暖機(jī)時(shí)蒸汽壓力，減壓閥自動(dòng)跟蹤設(shè)置壓力調(diào)節(jié)蒸汽壓力，直到汽輪機(jī)投入定壓力控制運(yùn)行方式后，手動(dòng)退出自動(dòng)控制。在暖機(jī)、升速過(guò)程中，減溫減壓旁路調(diào)節(jié)閥根據(jù)蒸汽的參數(shù)變化隨時(shí)調(diào)節(jié)開(kāi)度，保證進(jìn)入汽輪機(jī)組的蒸汽參數(shù)穩(wěn)定，防止汽輪機(jī)調(diào)速汽門(mén)頻繁動(dòng)作。

1.1.2 停機(jī)自動(dòng)

停機(jī)自動(dòng)投入后，控制系統(tǒng)檢測(cè)汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）動(dòng)作信號(hào)，汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)動(dòng)作并發(fā)出信號(hào)，自動(dòng)主汽門(mén)關(guān)閉，旁路控制系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)作：一級(jí)旁路調(diào)壓閥快開(kāi)至100%，并投入PID自動(dòng)，目標(biāo)值5.8 MPa，閥門(mén)根據(jù)目標(biāo)值回調(diào)。一級(jí)旁路減溫水調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)控制，設(shè)定溫度160℃，根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)控制，目標(biāo)值為60℃。

1.1.3 超壓自動(dòng)

超壓自動(dòng)投入后控制系統(tǒng)檢測(cè)蒸汽管道壓力模擬量3取2，當(dāng)蒸汽管道內(nèi)壓力大于6 MPa時(shí)，延時(shí)5 s后一級(jí)旁路調(diào)壓閥快開(kāi)至70%，并投入PID自動(dòng)，目標(biāo)值5.8 MPa，減壓旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度根據(jù)目標(biāo)值自動(dòng)調(diào)整。一級(jí)減溫旁路調(diào)節(jié)閥PID自動(dòng)，設(shè)定溫度160℃。二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)控制，目標(biāo)值60℃。

1.1.4 其它控制

為了保護(hù)汽機(jī)凝汽器真空及機(jī)組運(yùn)行需要，當(dāng)凝汽器壓力＞-60 kPa時(shí)，防止大量蒸汽突然進(jìn)入凝汽造成凝汽器壓力進(jìn)一步升高，以上的自動(dòng)控制在凝汽器壓力＞-60 KPa時(shí)，減溫減壓旁路不會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。

1.2 減溫減壓旁路調(diào)節(jié)閥

減溫減壓調(diào)節(jié)閥是旁路系統(tǒng)的執(zhí)行器，一級(jí)減溫減壓調(diào)節(jié)閥組是本套系統(tǒng)的核心機(jī)構(gòu)。減壓閥蒸汽流量為74 t/h，入口蒸汽參數(shù)6.2 MPa(a)、（530±10）℃，出口蒸汽參數(shù) 0.6 MPa(a)、160 ℃，減溫水溫度104℃，減溫水壓力1.8 MPa。減壓調(diào)節(jié)閥體可適應(yīng)溫度的快速變化，閥體厚度均勻。閥體內(nèi)所有通道為環(huán)形結(jié)構(gòu)，可以防止不均勻熱應(yīng)力發(fā)生。減壓調(diào)節(jié)閥體上預(yù)留減溫水投入孔，與減溫調(diào)節(jié)閥組合使用，成為減溫減壓閥組。

2 減溫減壓旁路應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

2.1 超壓保護(hù)控制邏輯設(shè)置

原超壓保護(hù)控制邏輯是當(dāng)蒸汽管道內(nèi)壓力高于6 MPa時(shí)，減溫減壓旁路自動(dòng)投入運(yùn)行，減壓調(diào)節(jié)閥自動(dòng)打開(kāi)，開(kāi)度為100%，并投入PID自動(dòng)，目標(biāo)值5.8 MPa；一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)控制，目標(biāo)值為160℃；二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)控制，目標(biāo)值為60℃。在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽輪機(jī)組負(fù)荷變化，或者鍋爐負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，蒸汽管道壓力會(huì)超過(guò)6 MPa。這樣就觸發(fā)了超壓保護(hù)邏輯，減溫減壓旁路自動(dòng)投入運(yùn)行，但是這種超壓是汽輪機(jī)、鍋爐負(fù)荷發(fā)生突然變化的短暫超壓情況，蒸汽管道內(nèi)壓力并不會(huì)繼續(xù)上升，減溫減壓旁路的動(dòng)作還會(huì)造成汽輪機(jī)進(jìn)汽量突變，汽輪機(jī)負(fù)荷產(chǎn)生更大波動(dòng)。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行觀察，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)超壓?jiǎn)栴}的時(shí)間在3 s左右，時(shí)間小于3 s的情況均為設(shè)備負(fù)荷波動(dòng)瞬時(shí)超壓，并不會(huì)繼續(xù)升高。所以在超壓保護(hù)控制邏輯中，當(dāng)壓力超過(guò)6 MPa延時(shí)5 s鐘觸發(fā)超壓保護(hù)動(dòng)作。同時(shí)將原超壓保護(hù)邏輯中保護(hù)動(dòng)作后減壓旁路調(diào)節(jié)閥快開(kāi)至100%的邏輯改為70%。減溫調(diào)節(jié)閥在70%開(kāi)度的時(shí)，通過(guò)蒸汽量為60 t/h左右，在保護(hù)動(dòng)作后不會(huì)出現(xiàn)減壓調(diào)節(jié)閥回關(guān)慢，造成汽輪機(jī)負(fù)荷下降過(guò)快的情況。

2.2 減溫旁路調(diào)節(jié)閥后溫度值不準(zhǔn)

減溫旁路調(diào)節(jié)閥后溫度是調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)控制時(shí)的控制值，它的測(cè)量準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到減溫旁路調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度是否正確。

在減溫減壓旁路運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)該測(cè)點(diǎn)溫度一直在230℃左右，這樣的溫度情況下減溫旁路調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度一直為100%，即使減壓旁路調(diào)節(jié)閥只通過(guò)一點(diǎn)蒸汽的情況，該測(cè)點(diǎn)溫度也基本維持在230℃左右。在減溫減壓旁路運(yùn)行和停止的情況下多次檢查該溫度測(cè)點(diǎn)，均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。判斷減溫旁路調(diào)節(jié)閥的噴水孔有堵塞情況，將噴水孔拆卸清洗后恢復(fù)正常。

3 結(jié)束語(yǔ)

50 MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電汽輪機(jī)減溫減壓旁路控制系統(tǒng)應(yīng)用以來(lái)，有力地保障了汽輪機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行；使機(jī)組開(kāi)、停機(jī)的操作更加靈活方便，降低了運(yùn)行人員在開(kāi)、停機(jī)時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度。超壓保護(hù)功能還可以降低蒸汽管道安全閥起跳頻率，減少設(shè)備磨損，保護(hù)機(jī)組安全運(yùn)行。同時(shí)，減溫減壓旁路有效地減少了開(kāi)停機(jī)過(guò)程中蒸汽的放散量，同時(shí)減少除鹽水消耗，為電站降本增效做出了巨大貢獻(xiàn)。