1000MW超超臨界二次再熱汽輪機排汽溫度控制簡述

曹冬敏 張宇 陳臻 陳國民 崔凱峰

摘要：詳細介紹了國家能源集團泰州發電有限公司1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機超高壓缸、高壓缸的排汽溫度控制方式及策略，針對控制策略中存在的問題，提出了相應的建議和改進措施，對同類型汽輪機的排汽溫度控制提供了參考。

關鍵詞：排汽;溫度控制;超高壓缸;高壓缸

0 引言

國家能源集團泰州發電有限公司二期工程2×1 000 MW超超臨界二次再熱機組采用由上海汽輪機有限公司和德國SIEMENS公司聯合設計制造的組合積木塊式HMN機型，為超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回熱抽汽、反動凝汽式汽輪機。該汽輪機機型采用無調節級全周進汽+滑壓運行方式。

1 二次再熱汽輪機排汽溫度控制難點

一次再熱機組采用高中壓聯合啟動方式，先開高壓調門，再開中壓調門。如果高排溫度高，則調整高中壓缸的流量。二次再熱機組采用超高壓、高壓、中壓缸聯合啟動方式，超高壓、高壓、中壓調門同時開啟，如果超高排、高排溫度高，則調整三缸間的流量，控制級數增多，難度加大。

2 我廠現階段采用的汽輪機排汽溫度控制方式及策略

2.1? ? 機組啟動參數方面

如果汽輪機啟動參數過高，會使得進入汽輪機中的蒸汽單位焓值增大，做功增大，汽輪機進汽量進一步減小，排汽溫度增高的風險進一步增大;而啟動參數過低，容易使汽輪機在啟動中發生水沖擊等事故。結合上述情況，我廠汽輪機啟動參數控制如表1所示。

2.2? ? 汽輪機發電機組初負荷控制方面

該汽輪機對發電機組并網后的初負荷做了一定優化，將并網后初負荷設為150 MW。較高的初負荷使進入汽輪機的蒸汽量進一步增大，降低了排汽溫度增大的風險;較大的排汽量也能提高汽輪機低負荷初期的暖機速率，從而進一步提高機組后期的升負荷速率。

2.3? ? 汽輪機控制策略

該汽輪機為了防止流量過低引起超高壓、高壓缸末級葉片鼓風發熱，根據超高壓、高壓缸排汽溫度自動調整超高、高壓、中壓缸的進汽流量分配。

2.3.1? ? 超高壓缸排汽溫度高的控制策略

在超高壓缸排汽溫度上升過程中，該汽輪機會通過4個階段對其排汽溫度進行控制。第一階段：報警。超高缸排汽溫度高的報警等級分為2個，即Warning和Alarm，前者報警等級較后者低一級，具體表現為當超高壓缸溫度達到460 ℃時，發出Warning報警信號至DCS，當溫度達到495 ℃時，發出Alarm報警信號至DCS，通過2個不同等級的報警提醒運行控制人員合理調整參數，控制排汽溫度。第二階段：調整進汽量。超高壓缸排汽溫度進一步升高后，汽輪機DEH排汽溫度控制器會自動調整各汽缸進汽流量，當超高壓缸排汽溫度達到限制值（Y）時（限制值為超高壓缸轉子溫度），其函數值如表2所示，超高壓缸排汽溫度高，控制器動作，由函數關系

+中調開度得出中壓調閥的開度指令（負荷大于100 MW，此控制器退出不參與調節），降低進入中壓分汽缸的流量，增大進入超高壓分汽缸的蒸汽流量。第三階段：切缸。此時超高壓缸排汽溫度進一步升高，當超高壓缸排汽溫度達到限制值時（限制值為超高壓缸轉子溫度對應的函數值減35 ℃），如表3所示，切除超高壓缸，開啟超高排通風閥，切斷超高壓缸進汽。第四階段：跳機。超高壓缸排汽溫度仍然升高，當超高壓缸排汽溫度當到限制值時（限制值為超高壓缸轉子溫度對應的函數值），如表3所示，為保護超高壓缸末級葉片不被燒損，汽輪機跳閘。

2.3.2? ? 高壓缸排汽溫度高的控制策略

在高壓缸排汽溫度上升過程中，該汽輪機通過5個階段對其排汽溫度進行控制。第一階段：報警。高缸排汽溫度高的報警等級分為2個，即Warning和Alarm，具體為當超高壓缸溫度達到450 ℃時，發出Warning報警信號至DCS，當溫度達到480 ℃時，發出Alarm報警信號至DCS，和超高壓缸相同，通過2個不同等級的報警提醒運行控制人員合理調整參數，以控制排汽溫度。第二階段：調整進汽流量。高壓缸排汽溫度進一步升高，汽輪機DEH高壓缸排汽溫度高，控制器動作，自動調整進汽流量，具體為當高壓缸排汽溫度達到限制值（Y）時（限制值為高壓缸轉子溫度對應的函數值），如表2所示，高壓缸排汽溫度高，控制器動作，根據函數關系

+中調開度得出中壓調閥的開度指令，從而限制進入中壓分汽缸的流量，增加進入超高、高中壓分汽缸的流量。第三階段：切除超高壓分汽缸。若通過調整進汽量仍無效，高壓缸排汽溫度進一步升高，當達到限制值時（限制值為高缸轉子溫度函數值），如表4所示，汽輪機自動切除超高壓缸，以提高進入高壓缸的流量。第四階段：切除高壓缸。在解除超高壓缸后，若汽輪機高壓缸排汽溫度仍進一步上升，當排汽溫度達到一定值（此值為高缸轉子溫度對應的函數值減35 ℃），如表3所示，汽輪機自動切除高壓缸，開啟高排通風閥，切斷高壓缸進汽。第五階段：跳閘。在通過以上控制措施無效后，高壓缸排汽溫度仍然升高，當高壓缸排汽溫度升高達到限制值時（限制值為高壓缸轉子溫度對應的函數值），如表3所示，為保護汽輪機高壓缸末級葉片，汽輪機跳閘。

3 實際運行過程中存在問題及改進建議

（1）排汽溫度報警值設定不合理。由以上分析可知，實際超高排汽溫度已達調整進汽量限值才會觸發報警，因此把報警值設為表2中對應超高壓轉子溫度的函數減15 ℃則為Warning報警值，超高壓轉子溫度的函數減5 ℃則為Alarm報警值。高壓缸排汽溫度報警同理。

（2）汽輪機經過長期實踐運行發現，如果機組已帶負荷運行后將高壓缸或超高缸切除，再重新將超高壓缸或高壓缸并入，往往蒸汽溫度和超（高）壓缸金屬溫度很難匹配，并缸操作難以實現。造成排汽溫度高的原因主要為蒸汽流量低，而往往蒸汽流量低都發生在并網前，因此，建議機組并網后將切缸邏輯退出，不參與調節。

（3）若機組已帶負荷運行，而超（高）壓缸排汽溫度仍然較高，此時應該懷疑是汽輪機內部出現問題而非進汽流量造成，若再調整各缸進汽量，往往會造成機組出力波動大且機組參數難以控制的情況。因此，建議機組負荷大于150 MW時，將“排汽溫度高調整進汽量”邏輯退出，不參與調節，以免機組負荷及參數大幅波動，對設備造成一定的損壞。

4 結語

二次再熱機組在國內火電機組中的運行經驗相對比較欠缺。本文總結了某1 000 MW超超臨界二次再熱機組排汽控制方面的運行經驗及控制策略，對同類型機組的排汽溫度控制具有一定的借鑒意義。

[參考文獻]

[1] 夏冰.大型超超臨界汽輪機建模及安全分析[D].上海：上海交通大學，2015.