600 MW機(jī)組高低旁路系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)性能研究

張良軍，李康良，王 旺

（國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315800）

火力發(fā)電機(jī)組的旁路系統(tǒng)是在機(jī)組冷態(tài)啟動或汽輪機(jī)快速甩負(fù)荷時用以提高機(jī)組效益的一套設(shè)備。根據(jù)其控制對象的不同可以分為高壓旁路（簡稱高旁）控制系統(tǒng)和低壓旁路（簡稱低旁）控制系統(tǒng)。高旁是在鍋爐啟動和甩負(fù)荷時，把鍋爐過熱器來的蒸汽通過高旁管道經(jīng)過減溫減壓后引到再熱器。低旁是在鍋爐啟動或甩負(fù)荷時，把鍋爐再熱器來的蒸汽通過低旁管道經(jīng)過減溫減壓后引入冷凝器。

北侖發(fā)電廠3—5號機(jī)組自2000年前后投產(chǎn)以來，高、低壓旁路系統(tǒng)一直存在缺陷多、自動投入率低等問題，嚴(yán)重影響機(jī)組運行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

1 故障情況

北侖發(fā)電廠3—5號600 MW機(jī)組采用瑞士SULZER公司設(shè)計制造的高、低壓旁路系統(tǒng)，其容量均為50%鍋爐最大出力（BMCR）流量。使用SULZER AV6控制系統(tǒng)及配套的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)包含1個高旁壓力控制閥（BP），1個高旁溫度調(diào)節(jié)閥（BPE），1個高旁噴水隔離閥（BD），2個低旁壓力控制閥（LBP）和2個低旁溫度調(diào)節(jié)氣動閥（LBPE）等，如圖1所示。

據(jù)統(tǒng)計，2008年1月至2009年5月，3—5號機(jī)高低旁路系統(tǒng)缺陷中，由于高低旁噴水減溫調(diào)節(jié)品質(zhì)不佳導(dǎo)致高低旁溫度控制撤出自動的缺陷占總?cè)毕輸?shù)75%以上。高低旁溫度控制品質(zhì)不佳具體表現(xiàn)為：

（1）在開停機(jī)過程中，旁路系統(tǒng)投入自動時高旁噴水調(diào)節(jié)閥大幅晃動。

（2）在低旁開啟時，常常由于低旁噴水調(diào)節(jié)閥開啟速度遲緩而造成低旁閥后溫度高高保護(hù)動作引起低旁快關(guān)。

上述故障不僅延誤開停機(jī)，而且高低旁溫度控制只能切至手動，在開停機(jī)過程中需派專人手動控制旁路溫度，手動控制往往造成噴水過量或欠量等問題。在運行人員配置精簡的情況下浪費了人力，從而也減弱了對其他重要設(shè)備的有效監(jiān)控，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運行。

2 故障原因分析

2.1 高旁溫度控制原理

高旁溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個帶有旁路流量前饋信號的單回路反饋系統(tǒng)，如圖2所示。高旁溫度控制器（SCO-BPE）的作用是保證高旁閥后蒸汽溫度穩(wěn)定且不超溫，以保護(hù)再熱器，再熱器冷端溫度一般控制在320℃左右（目前設(shè)定值為300℃）。高旁閥后溫度在調(diào)節(jié)器輸入端與設(shè)定值進(jìn)行比較，由調(diào)節(jié)器輸出信號控制BPE開度。在自動狀態(tài)下，溫度設(shè)定值由集控室后備盤手動設(shè)定，設(shè)定范圍一般在300～320℃范圍內(nèi)。手動狀態(tài)下，溫度設(shè)定值跟蹤高旁閥后溫度。當(dāng)高旁開度≥2%時（即高旁一開啟），溫度控制自動投入自動狀態(tài)。為改善溫度控制系統(tǒng)的性能，特別在旁路蒸汽流量大幅度變化時減少過調(diào)和低流量時提高系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性，在控制系統(tǒng)設(shè)計中采取了如下措施：

（1）為了補(bǔ)償溫度信號的測量延遲，在溫度測量回路上設(shè)置了PD環(huán)節(jié)，對高旁閥號溫度進(jìn)行了相位補(bǔ)償以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。

圖2 高旁噴水減溫控制原理

（2）考慮到不同旁路負(fù)荷下相同的溫度偏差應(yīng)具有不同的噴水強(qiáng)度，系統(tǒng)采取將調(diào)節(jié)器輸出乘以旁路蒸汽流量來修正控制強(qiáng)度。

2.2 低旁溫度控制原理

由于經(jīng)低旁流入凝汽器的是飽和蒸汽，因此不可能通過低旁閥后蒸汽溫度作為被調(diào)量來實現(xiàn)傳統(tǒng)的閉環(huán)溫度控制，低旁噴水流量目標(biāo)值Fw根據(jù)焓值計算。

式中：I為蒸汽的焓值，由再熱器的溫度T和壓力P計算所得，即I=f（T，P）；J為凝結(jié)水的焓值；Fs為蒸汽的流量，由蒸汽壓力P、溫度T和低旁的實際開度y計算所得，即Fs=f（T，P，y）。

低旁噴水的實際流量由低旁噴水閥的開度和低旁噴水閥前后壓差（經(jīng)驗值）計算，作為系統(tǒng)的反饋值。當(dāng)?shù)团詨毫φ{(diào)節(jié)閥關(guān)閉，低旁噴水閥馬上關(guān)閉；當(dāng)?shù)团蚤_度≥2%時（即低旁一開啟），低旁噴水閥馬上開至最小開度20%（默認(rèn)設(shè)置）。低旁噴水減溫的控制原理見圖3。

圖1 主蒸汽及旁路系統(tǒng)流程

2.3 噴水響應(yīng)速度和噴水量的討論

高低旁路溫度控制的目標(biāo)就是噴水響應(yīng)速度和噴水量，以此保證旁路開啟時旁路閥后既不會超溫又不會出現(xiàn)過量噴水。

（1）噴水響應(yīng)速度。以高旁為例，高旁實際快開速度雖只有2～3 s，但高旁噴水閥的響應(yīng)速度卻為8～10 s，即噴水并無快開功能，這會不會造成高旁閥后溫度過高呢？試驗和運行經(jīng)驗均表明這種擔(dān)心是多余的。由圖4可見，高旁閥后汽溫雖在1.5 s內(nèi)由320℃升到最高值430℃，但隨著噴水投入其閥后汽溫逐漸下降。閥壁溫在5 s時才達(dá)最高溫（僅350℃），遠(yuǎn)低于普通碳鋼管430℃的耐溫條件，此時噴水閥開度已相當(dāng)大，閥壁溫將迅速下降，因此高旁噴水閥的開啟速度完全能滿足高旁溫度控制的要求；另一方面，噴水并非開得越快越好，因為BPE閥的行程比BP閥小得多，假如BPE閥比BP閥開啟快得多，這不僅紿旁路閥帶來較大熱沖擊，而且過量噴水還可能進(jìn)入再熱器或汽機(jī)而造成水擊。

（2）噴水量。在旁路快開時，除要有一定的噴水響應(yīng)速度，其噴水量也要適當(dāng)。因為過量噴水會造成熱沖擊和水擊，過少又會使閥后溫度過高。因此，高旁通常采用超前加溫度反饋的控制方式，即在高旁快開的一瞬間，根據(jù)其進(jìn)口壓力和開度，立即計算蒸汽流量，根據(jù)蒸汽溫度、流量計算所需的減溫水量，將減溫閥迅速開啟到所需的相應(yīng)開度，再按噴水后的實測汽溫進(jìn)一步調(diào)整減溫閥的初始開度，以準(zhǔn)確控制閥后汽溫。對低旁而言，其減溫閥的初始開度雖也是用計算方法超前控制的，但并不按閥后實測汽溫進(jìn)行反饋控制。因為低旁閥后的蒸汽接近于飽和狀態(tài)，汽溫測不準(zhǔn)，因此閥后實測汽溫只作監(jiān)視而不作控制用。

圖4 高旁噴水試驗時有關(guān)參數(shù)的變化趨勢

低旁噴水溫度控制系統(tǒng)對精度要求不是很高，況且也允許有適度的過量噴水（＜10%）。安全性方面要求不能超溫而損壞凝汽器。高旁減溫噴水調(diào)節(jié)不過分追求快速性，在控制精度（噴水量方面）上有要求；而低旁減溫噴水調(diào)節(jié)不過分追求精度（適度的過量噴水），安全性上要求較高。

3 運行中的調(diào)整及效果

圖3 低旁A/B噴水減溫控制原理

根據(jù)高旁減溫噴水調(diào)節(jié)閥頻繁快速開關(guān)（晃動）且高旁閥后溫度未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象可知，高旁噴水減溫調(diào)節(jié)響應(yīng)已過分靈敏，因此可將調(diào)節(jié)閥響應(yīng)速度適當(dāng)下調(diào)一點。由低旁減溫調(diào)節(jié)常常引起低旁閥后溫度高從而造成低旁快關(guān)現(xiàn)象可知，低旁噴水明顯存在噴水量不足問題，可適當(dāng)增大低旁減溫噴水調(diào)節(jié)閥最小閥位（缺省值為20%，即低旁開度2%，溫度調(diào)節(jié)閥馬上打開的開度）。

將3，4，5號機(jī)低旁減溫噴水調(diào)節(jié)閥最小開度由20%調(diào)整至35%以增加初始噴水量，將高旁溫度控制響應(yīng)速度的控制參數(shù)G由4調(diào)整至3（G=1為低控制質(zhì)量，2～4為中級控制質(zhì)量，5為高控制質(zhì)量），通過對近幾次3，4，5機(jī)開停機(jī)過程觀察，低旁減溫噴水調(diào)節(jié)性能已大大改善，控制已投入自動方式，基本滿足控制要求。

4 結(jié)語

高低旁溫度調(diào)節(jié)過程只發(fā)生在機(jī)組開、停機(jī)極短暫時段內(nèi)，這給調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障的解決帶來較大的困難。問題的最終解決得益于對調(diào)節(jié)系統(tǒng)缺陷長期不懈的跟蹤及對調(diào)節(jié)對象特性深入的研究。

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