高旁邏輯優(yōu)化研究與應(yīng)用

于棟蒼

（神華國(guó)華寧東發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏銀川750408）

1 高低壓旁路系統(tǒng)概述

神華國(guó)華寧東發(fā)電廠2×660 MW擴(kuò)建工程配套的高低壓旁路系統(tǒng)，采用西門(mén)子液壓控制設(shè)備，高旁按100%B-MCR容量設(shè)計(jì)，低旁按65%B-MCR容量設(shè)計(jì)，機(jī)組實(shí)現(xiàn)了APS啟動(dòng)功能，旁路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全程自動(dòng)功能。

高低壓旁路系統(tǒng)的用途：改善機(jī)組的啟動(dòng)性能，機(jī)組在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)用高中壓缸啟動(dòng)時(shí)，投入旁路系統(tǒng)，控制鍋爐快速提高蒸汽溫度，使之與汽機(jī)汽缸金屬溫度較快地相匹配，從而縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，減少蒸汽向空排放，降低汽機(jī)循環(huán)壽命損耗，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的最佳啟動(dòng)；使機(jī)組適應(yīng)定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行復(fù)合方式；當(dāng)汽機(jī)負(fù)荷低于鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷時(shí)，通過(guò)旁路裝置調(diào)節(jié)，使機(jī)組允許穩(wěn)定在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行；在啟動(dòng)和減負(fù)荷時(shí)，可保護(hù)布置在煙溫較高區(qū)的再熱器，以防燒壞；啟動(dòng)時(shí)，使蒸汽中的固體小顆粒通過(guò)旁路進(jìn)入凝汽器，從而防止汽輪機(jī)調(diào)速汽門(mén)、進(jìn)汽口及葉片的硬粒侵蝕；旁路裝置能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)（快速/正常）遙控功能，旁路具有快開(kāi)/快關(guān)功能；機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，高壓旁路裝置具有超壓安全保護(hù)功能，鍋爐超壓時(shí)高壓旁路開(kāi)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(dāng)壓力超過(guò)安全壓力上限時(shí)，旁路閥開(kāi)啟。

2 高旁閥原邏輯控制策略

2.1 最小開(kāi)度控制模式

鍋爐點(diǎn)火時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生蒸汽，高壓旁路閥置于最小開(kāi)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(kāi)度控制方式下，高旁閥在自動(dòng)時(shí)，當(dāng)鍋爐有火時(shí)，產(chǎn)生最小開(kāi)度控制信號(hào)。設(shè)定值設(shè)定為跟蹤模式，閥門(mén)根據(jù)高旁壓力逐漸開(kāi)啟至最小開(kāi)度15%（壓力—最小開(kāi)度曲線關(guān)系如表1所示），在啟動(dòng)階段，產(chǎn)生蒸汽的過(guò)程中，閥門(mén)開(kāi)啟不得低于最小開(kāi)度。當(dāng)壓力超過(guò)1.2 MPa時(shí)，控制模式就轉(zhuǎn)變?yōu)樽钚毫刂颇Ｊ健?/p>

表1 壓力—最小開(kāi)度曲線關(guān)系

2.2 最小壓力控制模式

隨著燃燒的加強(qiáng)，蒸汽流量增加，為了維持住蒸汽最小壓力不變，高旁閥門(mén)連續(xù)開(kāi)啟，直至達(dá)到預(yù)定開(kāi)度15%+10%。

最小壓力控制方式下，高旁壓力調(diào)閥在自動(dòng)時(shí)，遙控模式下的設(shè)定值變化率為零，高旁閥門(mén)將連續(xù)開(kāi)啟，以維持住蒸汽壓力的穩(wěn)定。當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度達(dá)到15%+10%時(shí)，控制模式將轉(zhuǎn)變至升壓控制模式。

2.3 升壓控制模式

當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度達(dá)到15%+10%時(shí)，隨著燃燒的增強(qiáng)，主汽壓力根據(jù)冷態(tài)啟動(dòng)曲線、溫態(tài)啟動(dòng)曲線、熱態(tài)啟動(dòng)曲線定義的速率不斷增加，直至達(dá)到最終啟動(dòng)壓力。

升壓控制模式下，高旁壓力調(diào)閥在自動(dòng)時(shí)，壓力設(shè)定值按照冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升速率啟動(dòng)曲線增加（冷態(tài)升速率啟動(dòng)曲線如表2所示，溫態(tài)、熱態(tài)升速率啟動(dòng)曲線如表3所示），直至達(dá)到溫態(tài)8.5 MPa，冷態(tài)6.5 MPa（視汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力而定）。熱態(tài)和極熱態(tài)情況下沖轉(zhuǎn)壓力和當(dāng)前壓力比較，取大，加限幅。

表2 冷態(tài)升壓率

表3 溫態(tài)、熱態(tài)升壓率

如果燃燒減弱，控制器的輸出將減少，高旁閥門(mén)的開(kāi)度也將減小。當(dāng)控制器的輸出值達(dá)到了15%，升壓率將為0。這意味著壓力不再增加，且閥門(mén)的開(kāi)度不能小于5%，以確保通過(guò)受熱面的流量及均勻受熱。當(dāng)控制器的輸出值高于15%+10%，壓力將繼續(xù)增加直至最終目標(biāo)值。當(dāng)蒸汽壓力達(dá)到最終目標(biāo)值，控制模式將轉(zhuǎn)變?yōu)槎▔嚎刂啤?/p>

2.4 定壓控制模式

蒸汽壓力在旁路閥門(mén)控制下保持穩(wěn)定的啟動(dòng)壓力6.5 MPa，汽機(jī)可以掛閘、同步轉(zhuǎn)速、帶負(fù)荷。隨著汽輪機(jī)組進(jìn)汽，旁路閥門(mén)將相應(yīng)關(guān)小。

定壓控制模式，高旁壓力調(diào)閥在自動(dòng)，遙控模式下設(shè)定值的變化率為零，閥門(mén)處于壓力設(shè)定值6.5 MPa的控制之下。當(dāng)汽輪機(jī)組進(jìn)汽時(shí)，旁路將相應(yīng)關(guān)小。當(dāng)“汽輪機(jī)同步轉(zhuǎn)速”信號(hào)發(fā)出時(shí)，旁路閥門(mén)達(dá)到最小開(kāi)度位置，此時(shí)最小開(kāi)度允許全關(guān)。當(dāng)旁路閥門(mén)全關(guān)，“汽輪機(jī)同步轉(zhuǎn)速”信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)候，操作模式轉(zhuǎn)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(diào)閥在自動(dòng)。壓力設(shè)定值為實(shí)際主汽壓力加上偏置ΔP 0.06倍的滑壓壓力，因此旁路閥門(mén)位于關(guān)閉位置。如果壓力波動(dòng)超過(guò)設(shè)定值，或者當(dāng)壓力變化率大于設(shè)計(jì)速率時(shí)旁路閥門(mén)開(kāi)啟，設(shè)定值的速率變?yōu)榱?。由于閥門(mén)打開(kāi)，壓力下降而定值不變，所以瀉壓后閥門(mén)按照滑壓斜率曲線（表4）應(yīng)逐漸關(guān)小直到關(guān)閉為止。

表4 滑壓斜率

2.6 停機(jī)控制

當(dāng)鍋爐熄火后，旁路關(guān)閉，以維持鍋爐蒸汽壓力。旁路閥門(mén)關(guān)閉，高旁壓力調(diào)閥在自動(dòng)，操作模式切換至定壓控制模式。

3 原邏輯存在的問(wèn)題

（1）原邏輯不能滿足機(jī)組APS啟動(dòng)功能要求；

（2）原邏輯自動(dòng)控制由壓力對(duì)應(yīng)開(kāi)度折線函數(shù)控制壓力，對(duì)鍋爐升壓速率適應(yīng)性差；

（3）原邏輯自動(dòng)控制策略需運(yùn)行人員干預(yù)，自動(dòng)化程度低。

4 優(yōu)化后邏輯控制策略

采用[A1]、[A2]、[A3]、[B]、[C]五種控制方式對(duì)旁路系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了APS功能下高旁自動(dòng)控制。

4.1 [A1]方式——旁路全關(guān)方式

當(dāng)收到鍋爐燃燒記憶及APS來(lái)旁路投入或DCS畫(huà)面運(yùn)行人員手動(dòng)點(diǎn)擊投入，高旁即進(jìn)入[A1]方式。運(yùn)行人員手動(dòng)投高旁閥，高旁減溫水調(diào)閥投入自動(dòng)狀態(tài)，高旁壓力設(shè)定模塊自動(dòng)投自動(dòng)。

[A1]方式下，高旁閥門(mén)全關(guān)，高旁壓力設(shè)定模塊設(shè)定值跟蹤實(shí)際機(jī)側(cè)主蒸汽母管主汽壓力。高旁壓力目標(biāo)值：冷態(tài)6.5MPa，其他狀態(tài)8.5 MPa。

4.2 [A2]方式——旁路閥位開(kāi)度控制方式

當(dāng)鍋爐點(diǎn)火5 min后或點(diǎn)火時(shí)機(jī)側(cè)主蒸汽母管主汽壓力已大于最大允許沖轉(zhuǎn)壓力11.8 MPa（主機(jī)說(shuō)明書(shū)沒(méi)有最大沖轉(zhuǎn)壓力）點(diǎn)火后鍋爐開(kāi)始升壓后，進(jìn)入[A2]方式。

[A2]方式下，高旁壓力目標(biāo)值：冷態(tài)6.5 MPa，其他狀態(tài)8.5 MPa。壓力設(shè)定模塊設(shè)定值跟蹤實(shí)際機(jī)側(cè)主蒸汽母管主汽壓力。高旁閥1～3 min開(kāi)至5%，速率：0.016 7/s；3～5 min開(kāi)至15%，速率：0.016 7/s。

4.3 [A3]方式——升壓階段，汽機(jī)沖轉(zhuǎn)至汽機(jī)控制壓力旁路全關(guān)

當(dāng)[A2]方式持續(xù)1～10 min后（具體時(shí)間根據(jù)點(diǎn)火時(shí)主汽壓力的函數(shù)關(guān)系而確定）或主汽壓力已達(dá)到最大允許沖轉(zhuǎn)壓力11.8 MPa，進(jìn)入[A3]方式。

[A3]方式下，高旁壓力目標(biāo)上限選擇機(jī)側(cè)主蒸汽母管壓力+0.2 MPa；高旁壓力目標(biāo)值下限選擇機(jī)側(cè)主蒸汽母管壓力-0.2 MPa與計(jì)算高旁壓力目標(biāo)值（冷態(tài)6.5 MPa，其他狀態(tài)8.5 MPa）取小；高旁壓力設(shè)定模塊發(fā)自動(dòng)投自動(dòng)信號(hào)，閥門(mén)開(kāi)度受到低限的限制在8%～20%之間，低限是主蒸汽溫度的函數(shù)，但實(shí)際上，在[A3]方式下閥門(mén)開(kāi)度低限在15%～20%之間；開(kāi)度高限由主汽壓力確定，在50%～100%之間。

[A3]方式下，根據(jù)鍋爐分離器的應(yīng)力情況而確定升壓速率。高旁按照升壓速率進(jìn)行升壓（冷態(tài)、溫態(tài)升壓率如表5所示，熱態(tài)、極熱態(tài)升壓率如表6所示）；當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)且機(jī)組功率大于150 MW或MFT動(dòng)作，高旁閥最小閥位取消，開(kāi)始收旁路至全關(guān)，即開(kāi)度＜5%。

表5 冷態(tài)、溫態(tài)升壓率

進(jìn)入[A3]后，旁路閥接收升壓指令調(diào)壓力。進(jìn)入[A3]瞬間的機(jī)側(cè)主蒸汽母管主汽壓力保持與汽機(jī)要求的沖轉(zhuǎn)壓力比較，取大值作為啟動(dòng)方式下的高旁壓力目標(biāo)值，即汽機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力。之后高旁壓力設(shè)定值以一定的升壓率變化，直至達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力。汽機(jī)沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)運(yùn)行：隨著汽機(jī)沖轉(zhuǎn)，并網(wǎng)帶負(fù)荷，高旁閥逐漸關(guān)閉，直至高旁閥全關(guān)，此時(shí)由DEH決定是否從[A3]方式轉(zhuǎn)入汽機(jī)運(yùn)行[B]方式或[C]方式。

表6 熱態(tài)、極熱態(tài)升壓率

4.4 [B]方式——汽機(jī)運(yùn)行模式，旁路在滑壓跟蹤方式

進(jìn)入[B]方式后，高旁的壓力實(shí)際值疊加一定的量（1.6MPa），最高不超過(guò)29.4 MPa，使高旁完全關(guān)閉。此時(shí)，高旁進(jìn)入滑壓跟蹤方式，高旁提供保護(hù)，只有當(dāng)實(shí)際主汽壓力偏高于29.4 MPa后，高旁才會(huì)溢流開(kāi)出。

當(dāng)高旁快開(kāi)條件發(fā)生時(shí)，高旁快開(kāi)至100%。

4.5 [C]方式——汽機(jī)故障或停機(jī)時(shí)，旁路進(jìn)入壓力控制方式

當(dāng)汽機(jī)因?yàn)槟承┕收?，無(wú)法進(jìn)入全部蒸汽，旁路控制由[B]方式進(jìn)入[C]方式。

進(jìn)入[C]方式后，高旁的壓力設(shè)定值就是機(jī)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(guò)程中，高旁閥門(mén)開(kāi)度受到低限的限制，低限是主蒸汽溫度的函數(shù)，在8%～25%之間，直到鍋爐滅火進(jìn)入[D]或[E]方式，閥門(mén)低限取消。

5 結(jié)語(yǔ)

邏輯優(yōu)化后，高旁邏輯實(shí)現(xiàn)了鍋爐點(diǎn)火后旁路系統(tǒng)全程自動(dòng)控制，適應(yīng)了APS啟動(dòng)過(guò)程對(duì)旁路自動(dòng)控制的要求。機(jī)組的啟動(dòng)性能得到了改善，機(jī)組在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)用高中壓缸啟動(dòng)時(shí)，投入旁路系統(tǒng)，可控制鍋爐快速提高蒸汽溫度，使之與汽機(jī)汽缸金屬溫度較快地相匹配，從而縮短了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，減少了蒸汽向空排放，降低了汽機(jī)循環(huán)壽命損耗，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的最佳啟動(dòng)。