M701F機(jī)組高壓旁路調(diào)門不能關(guān)閉的原因分析

白斌杰

(深圳前灣燃?xì)廨啓C(jī)電廠，廣東 深圳 518054)

0 引言

深圳前灣燃?xì)廨啓C(jī)電廠為燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電廠，一期總裝機(jī)容量為3×390 MW。燃?xì)廨啓C(jī)為三菱重工公司生產(chǎn)的M701F型燃?xì)廨啓C(jī)，鍋爐為杭州鍋爐廠生產(chǎn)的臥式、無補(bǔ)燃、自然循環(huán)型余熱鍋爐，汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的單軸、三壓、一次中間再熱凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組兩班制運(yùn)行，幾乎每日要啟、停機(jī)操作。機(jī)組在溫態(tài)啟動時(shí)，汽輪機(jī)高壓旁路多次出現(xiàn)異常未關(guān)閉現(xiàn)象，本文對此現(xiàn)象進(jìn)行了分析。

1 正常情況下高壓旁路動作情況

在一般情況下，機(jī)組啟機(jī)汽輪機(jī)進(jìn)汽完成，在達(dá)到200.00 MW負(fù)荷后，在隨后的升負(fù)荷過程中，高壓旁路調(diào)門就會全關(guān)，然后進(jìn)入后備壓力控制模式，表1是某臺機(jī)組正常啟機(jī)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)(注:高壓調(diào)門全開代表著汽輪機(jī)啟動過程完成)。

從表1中可以看到，汽輪機(jī)進(jìn)汽完成、高壓調(diào)門全開后，高壓旁路閥仍然有8%的最小開度，在隨后的升負(fù)荷過程中，高壓旁路調(diào)門全關(guān)并進(jìn)入后備壓力控制模式。其中，最小開度是為了保護(hù)旁路調(diào)門，避免調(diào)門在小開度時(shí)被過度沖刷導(dǎo)致調(diào)門關(guān)不嚴(yán)密。燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火后，高壓旁路閥開始打開，最小開度保護(hù)開始起作用。直到高壓旁路前壓力與高旁壓力設(shè)定值之差(DSP)小于－0.300 MPa，最小開度保護(hù)才解除，此時(shí)高壓旁路才會全關(guān)。

(1)在汽輪機(jī)高、中壓缸進(jìn)汽以后，高壓旁路調(diào)門的控制模式為最小壓力控制模式，其壓力設(shè)定值為燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的f(x)函數(shù)值。此f(x)函數(shù)的曲線如圖1所示。

圖1 f(x)函數(shù)曲線

表1 機(jī)組正常啟機(jī)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)(2011－06－15)

在一般情況下，機(jī)組啟動過程中汽輪機(jī)進(jìn)汽完成后，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷為120.00 MW左右，汽輪機(jī)負(fù)荷為80.00 MW左右。此時(shí)120.00 MW的燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷對應(yīng)的高壓旁路調(diào)門設(shè)定的目標(biāo)值為6.147 MPa，高壓旁路前主汽壓力一般為6.100 MPa左右，DSP不滿足小于－0.300 MPa的條件，故高壓旁路開度調(diào)門此時(shí)仍有8%的最小開度。

(2)在隨后的升負(fù)荷過程中，由于燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷增加使對應(yīng)的高壓旁路調(diào)門壓力設(shè)定值增加及余熱鍋爐負(fù)荷增加的滯后性，使高壓旁路閥的設(shè)定值增大速率大于高壓旁路前壓力的增大速率，從而使DSP不斷減小，當(dāng)DSP小于－0.300 MPa后，高壓旁路閥的最小開度保護(hù)解除，高壓旁路開度開始從8%關(guān)至全關(guān)－5%。

2 異常情況下高壓旁路的動作情況

某次啟機(jī)過程中高壓旁路異常未關(guān)閉的相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

從表2中可以看出，在溫態(tài)異常啟機(jī)過程中，汽輪機(jī)進(jìn)完汽、高壓調(diào)門全開時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷較高(達(dá)128.86 MW)，對應(yīng)的高壓旁路調(diào)門的設(shè)定值也較高。在此后的升負(fù)荷過程中，高壓旁路前主汽壓力與高壓旁路壓力設(shè)定值之差達(dá)到最小值－0.290 MPa，但仍大于 －0.300 MPa，因而高壓旁路調(diào)門最小開度保護(hù)未能解除，高壓旁路調(diào)門未能全關(guān)。再往后的升負(fù)荷過程中，高壓旁路前主汽壓力的升速率比高壓旁路調(diào)門設(shè)定值的升速率大，以致DSP不斷增大并遠(yuǎn)離 －0.300 MPa。2011－07－20 T 07:07:30，DSP 升至 0.020 MPa，此時(shí)處于最小壓力控制模式高壓旁路調(diào)門PIQ控制模塊輸出開始由0開始增大，但輸出仍小于8%，由于受最小開度保護(hù)限制，因而高壓旁路調(diào)門的開度仍然為8%。至07:08:24時(shí)，高壓旁路調(diào)門PIQ控制模塊輸出開始大于8%，此后高壓旁路調(diào)門的開度由PIQ控制模塊計(jì)算值控制，之后根據(jù)高壓旁路前主汽壓力值與高壓旁路調(diào)門設(shè)定值比較值一直不斷開大。最后在負(fù)荷設(shè)定為350.00 MW時(shí)，機(jī)組負(fù)荷只能穩(wěn)定運(yùn)行在324.50 MW，原因就是高壓旁路調(diào)門打開了27.67%的開度，使汽輪機(jī)負(fù)荷有所損失。

由高壓旁路調(diào)門設(shè)定值與燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的f(x)函數(shù)關(guān)系圖可知，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷大于 134.00 MW后，高壓旁路調(diào)門設(shè)定值(SV)上升速率變緩慢。此次啟機(jī)過程中汽輪機(jī)進(jìn)完汽、高壓調(diào)門全開時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷已達(dá)128.86 MW，致使其在之后的升負(fù)荷過程中很快大于134.00 MW，從而使高壓旁路調(diào)門設(shè)定值的目標(biāo)值上升速率變緩并最終使此上升速率小于高壓旁路調(diào)門前主汽壓力的上升速率。其結(jié)果就是使DSP未能小于－0.300MPa、高壓旁路調(diào)門未能實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。

3 熱態(tài)、溫態(tài)、冷態(tài)3種啟機(jī)過程比較

對三菱重工公司生產(chǎn)的M701F機(jī)組在熱態(tài)、溫態(tài)、冷態(tài)3種啟機(jī)過程相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表3。

從表3中可以看出，在熱態(tài)和冷態(tài)啟機(jī)過程中高壓調(diào)門全開時(shí)，其燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷一般在120.00 MW左右，對應(yīng)的高壓旁路壓力設(shè)定值為6.150 MPa左右。在溫態(tài)啟機(jī)過程中高壓調(diào)門全開時(shí)，其燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷一般在128.00 MW左右，對應(yīng)的高壓旁路壓力設(shè)定值為6.360 MPa左右。在熱態(tài)啟機(jī)時(shí)，高壓調(diào)門開始開至其全開過程燃料量一直維持在56%左右，用時(shí)20 min;溫態(tài)和冷態(tài)在高壓調(diào)門開始開啟，其燃料量都是緩慢逐漸上升的，不同的是溫態(tài)從49%升至58%，用時(shí)51 min，冷態(tài)從44%升至56%，用時(shí)96 min。

由于啟機(jī)完成時(shí)的設(shè)定負(fù)荷為202.00 MW是不變的，當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷偏小時(shí)，只有加大燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷來滿足總負(fù)荷達(dá)到設(shè)定值。在溫態(tài)啟機(jī)時(shí)，高壓調(diào)門全開時(shí)汽輪機(jī)負(fù)荷為72.00 MW左右(偏小)，故燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷為128.00 MW左右(偏大)。溫態(tài)啟機(jī)進(jìn)完汽后汽輪機(jī)負(fù)荷偏小與其進(jìn)汽過程中燃料量較小及汽輪機(jī)進(jìn)汽用時(shí)不夠長有關(guān)(余熱鍋爐負(fù)荷有滯后性)。

表2 高壓旁路異常未關(guān)閉的相關(guān)數(shù)據(jù)(2011－07－20)

表3 3種啟機(jī)過程相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

4 解決措施

根據(jù)以上分析，對于溫態(tài)啟機(jī)過程，三菱公司設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供的裕度不夠(多次異常啟機(jī)過程中DSP都達(dá)到 －0.290 MPa附近，雖然非常接近 －0.300 MPa，但仍未能小于 － 0.300 MPa)，高壓旁路控制很可能超出經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍而達(dá)不到預(yù)設(shè)目的。

對此，筆者提出了以下幾種解決措施:

(1)修改壓力設(shè)定值與燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的f(x)函數(shù)。增加燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷134.00～228.00 MW段對應(yīng)的高壓旁路壓力設(shè)定值的目標(biāo)值斜率，在溫態(tài)啟機(jī)時(shí)，使高壓旁路壓力設(shè)定值的目標(biāo)值升速率可以匹配高壓旁路前實(shí)際壓力升速率，確保兩者DSP之差能夠小于－0.300 MPa，從而達(dá)到高壓旁路能夠順利關(guān)閉的目的。

(2)修改高壓旁路最小開度復(fù)位差壓DSP。減小DSP的絕對值，使高壓旁路前實(shí)際壓力與高壓旁路壓力設(shè)定值之差DSP可以較容易達(dá)到，如將DSP改為 －0.250 MPa。

(3)優(yōu)化高壓調(diào)門溫態(tài)啟動時(shí)的開度曲線及負(fù)荷升速率，盡量提高機(jī)組啟動完成時(shí)的汽輪機(jī)負(fù)荷，從而減小此時(shí)的燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷，以利于高壓旁路的順利關(guān)閉。

實(shí)踐證明，通過采用第2種方法，機(jī)組成功避免了溫態(tài)啟動時(shí)出現(xiàn)的異常工況。

5 結(jié)論

綜上所述，M701機(jī)組啟機(jī)過程中高壓旁路調(diào)門實(shí)現(xiàn)全關(guān)的邏輯是三菱公司依據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用開環(huán)控制的方法實(shí)現(xiàn)的(中壓、低壓旁路調(diào)門也是如此)，在異常狀況下，并不能保證高壓旁路調(diào)門一定能實(shí)現(xiàn)全關(guān)，這是開環(huán)控制的弊端。因此，在機(jī)組運(yùn)行過程中，有必要對控制邏輯進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化，從而最大限度避免異常工況的產(chǎn)生。

［1］羅萬金.電廠熱工過程自動調(diào)節(jié)［M］.北京:中國電力出版社，2004.

［2］陳忠海.熱工基礎(chǔ)［M］.北京:中國電力出版社，2004.