M701F4 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽機(jī)旁路運(yùn)行優(yōu)化

孫震宇

江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司

0 前言

江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司#1 和#2 機(jī)組為東方電氣和日本三菱共同制造的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，型號為M701F4。機(jī)組采用兩套控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，分別為三菱公司的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（TCS）和國電南自的分散控制系統(tǒng)（DCS）。汽輪機(jī)的旁路系統(tǒng)被設(shè)計(jì)在TCS中進(jìn)行自動控制，具體包括高、中壓主汽門和調(diào)門，高、中、低壓旁路門以及高、中壓旁路減溫水。余熱鍋爐和汽輪機(jī)各疏水系統(tǒng)納入DCS進(jìn)行手動控制。

1 旁路控制模式

在機(jī)組正常啟停和運(yùn)行過程中，旁路系統(tǒng)由TCS自動控制。旁路控制系統(tǒng)有三個模式，分別為最小壓力控制模式、后備壓力控制模式和實(shí)際壓力跟蹤模式。

1.1 最小壓力控制模式

機(jī)組正常啟動，在鍋爐點(diǎn)火成功后，對于高壓旁路，當(dāng)滿足以下任一條件時，高壓旁路控制進(jìn)入最小壓力控制模式：

1)高壓旁路閥開度＞5%；

2)高壓主蒸汽壓力＞4.8 MPa；

3)高壓主蒸汽壓力＞0.5 MPa且高壓主蒸汽壓力-點(diǎn)火時高壓主蒸汽壓力＞0.3 MPa。

對于中壓旁路，當(dāng)滿足以下任一條件時，中壓旁路控制進(jìn)入最小壓力控制模式：

1)中壓旁路閥開度＞5%；

2)再熱主蒸汽壓力＞1.25 MPa；

3)再熱主蒸汽壓力＞0.3 MPa且再熱主蒸汽壓力-點(diǎn)火時再熱主蒸汽壓力＞0.1 MPa。

對于低壓旁路，當(dāng)滿足以下任一條件時，低壓旁路控制進(jìn)入最小壓力控制模式：

1)低壓旁路閥開度＞5%；

2)低壓主蒸汽壓力＞0.25 MPa；

3)低壓主蒸汽壓力＞0.1 MPa且低壓主蒸汽壓力-點(diǎn)火時低壓主蒸汽壓力＞0.03 MPa。

此時TCS 會實(shí)時輸出最小壓力的設(shè)定值，此設(shè)定值是燃機(jī)負(fù)荷的函數(shù)，見表1 和表2。調(diào)節(jié)旁路閥的開度控制主汽閥前的主汽壓力不超過設(shè)定值。

表1 高、中壓旁路最小壓力控制模式設(shè)定值

表2 低壓旁路最小壓力控制模式設(shè)定值

最小壓力控制模式在機(jī)組點(diǎn)火后至汽輪機(jī)完全進(jìn)汽之間發(fā)揮作用，使機(jī)側(cè)蒸汽管路中的蒸汽壓力按一定的速率上升，滿足管道熱應(yīng)力的限制，減少系統(tǒng)工質(zhì)的熱損失，以快速達(dá)到汽輪機(jī)進(jìn)汽條件和快速加載。

1.2 后備壓力控制模式

機(jī)組正常啟動過程中，機(jī)組負(fù)荷大于223 MW和高壓調(diào)門程控打開進(jìn)汽這兩個條件滿足其中之一時，高、中壓旁路的控制模式由最小壓力控制模式切換至后備壓力控制模式。若上述條件均未滿足，當(dāng)高、中壓旁路閥全關(guān)，高、中壓旁路控制模式也會由最小壓力控制模式切換為后備壓力控制模式。

對于低壓旁路閥，當(dāng)?shù)蛪号月烽y全關(guān)時，機(jī)組負(fù)荷大于223 MW和高壓調(diào)門程控打開進(jìn)汽這兩個條件滿足其一時，低壓旁路控制模式由最小壓力控制模式進(jìn)入后備壓力控制模式。

此時，TCS 會實(shí)時輸出后備壓力的設(shè)定值，此設(shè)定值是當(dāng)前主汽壓力的函數(shù)，見表3。設(shè)定值略高于實(shí)際壓力，但不超過機(jī)組允許的安全值。當(dāng)主汽壓力超過此設(shè)定值時，旁路閥便會打開，保證主汽壓力符合規(guī)定值。

表3 后備壓力控制模式設(shè)定值 單位：MPa

后備壓力控制模式在機(jī)組完全進(jìn)汽后發(fā)揮作用，維持蒸汽管路內(nèi)的蒸汽壓力不超限，當(dāng)機(jī)組壓力快速上升超過規(guī)定值時能夠及時開啟旁路泄壓，避免余熱鍋爐側(cè)超壓導(dǎo)致安全門開啟造成工質(zhì)熱損失，確保機(jī)組的安全運(yùn)行。

1.3 實(shí)際壓力跟蹤模式

機(jī)組停機(jī)令發(fā)出后，當(dāng)機(jī)組自動減負(fù)荷至223MW，低壓調(diào)門開始程控關(guān)閉，此時低壓旁路由后備壓力控制模式切換至實(shí)際壓力跟蹤模式。

當(dāng)?shù)蛪赫{(diào)門關(guān)至42%冷卻位置時，高、中壓旁路控制模式由后備壓力控制模式切換至實(shí)際壓力跟蹤模式。

若機(jī)組跳閘或超速保護(hù)（OPC）動作時，三個旁路會同時立即切換至實(shí)際壓力跟蹤模式。

此時TCS實(shí)時輸出實(shí)際壓力的設(shè)定值，此設(shè)定值是切換至實(shí)際壓力跟蹤模式時的主汽壓力，并保持至下次點(diǎn)火時切換到最小壓力控制模式之前。高、中壓調(diào)門開始關(guān)閉時，TCS 通過調(diào)節(jié)旁路閥開度使調(diào)門前壓力不高于設(shè)定值，維持系統(tǒng)壓力恒定，從而保證余熱鍋爐高中低壓汽包水位不出現(xiàn)大幅變動。隨著機(jī)組負(fù)荷下降，鍋爐蒸發(fā)量減小，主汽壓力下降，TCS通過關(guān)小旁路閥以維持閥前壓力接近設(shè)定值，起到保壓作用。

2 存在問題

2.1 高旁閥機(jī)械卡澀

某次啟動機(jī)組，在汽輪機(jī)完全進(jìn)汽，加載升負(fù)荷后，TCS報警高旁后管道超溫。此時高壓旁路已進(jìn)入后備壓力控制模式，高壓主蒸汽壓力正常，TCS顯示高壓旁路閥仍有3%的開度，減溫水隔離門、調(diào)整門在自動狀態(tài)但并未打開。經(jīng)就地檢查發(fā)現(xiàn)，高壓旁路閥確有3%的開度而未全關(guān)，因此TCS 開度反饋信號無誤。

在上述旁路控制模式下，高壓旁路進(jìn)入后備壓力控制模式后，在高壓主汽壓力正常的情況下，其后備壓力設(shè)定值高于實(shí)際壓力，高旁閥應(yīng)為全關(guān)，閥位開度設(shè)定值為-5%。經(jīng)檢查TCS邏輯后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閥位開度設(shè)定值小于2%時，即認(rèn)為高旁閥全關(guān)，此處并沒有把閥位開度實(shí)際反饋值作為判斷條件。而高旁減溫水隔離門、調(diào)門自動打開的條件包含高旁閥未全關(guān)，因此高旁減溫水在此狀態(tài)下不會自動投入，由此造成了高旁后管道超溫及冷再管道超溫。

經(jīng)停機(jī)后解體高壓旁路閥，發(fā)現(xiàn)閥內(nèi)有雜質(zhì)殘留，導(dǎo)致高旁閥無法完全關(guān)閉，清理后閥門關(guān)閉正常。為解決此問題，采取的措施包括：（1）提高蒸汽品質(zhì)，加強(qiáng)集控與化學(xué)專業(yè)的協(xié)調(diào)，適時采取加藥措施；（2）機(jī)組停運(yùn)期間，根據(jù)停運(yùn)時間長短及時采取熱爐放水、充氮等余熱鍋爐保養(yǎng)方法，以避免余熱鍋爐管道內(nèi)部的化學(xué)腐蝕，降低腐蝕后的雜質(zhì)生成；（3）機(jī)組運(yùn)行期間，檢修暫時無法處理高旁閥的機(jī)械故障，應(yīng)立即將高旁減溫水解除自動，并手動調(diào)整減溫水流量，確保冷再管道不超溫；（3）修改旁路閥全關(guān)的判斷邏輯，將設(shè)定值改為閥門開度的反饋值。

2.2 汽機(jī)金屬溫度匹配階段高旁閥開至100%開度

在機(jī)組啟動過程中，發(fā)電機(jī)并列后，燃機(jī)帶暖機(jī)負(fù)荷。在主蒸汽溫度、壓力與汽輪機(jī)金屬溫度匹配后，汽輪機(jī)方可進(jìn)汽。然而在此過程中，高壓旁路閥始終會開至100%開度，如圖1，造成蒸汽壓力上升緩慢，延長金屬溫度匹配的時間，進(jìn)而延長開機(jī)時間，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性下降。

圖1 啟動過程中高壓旁路閥開度曲線

在金屬溫度匹配階段，燃機(jī)根據(jù)汽機(jī)溫度狀態(tài)的不同，分別帶50 MW（冷態(tài)）、78 MW（溫態(tài)）、120 MW（熱態(tài)）負(fù)荷暖機(jī)，高壓旁路已進(jìn)入最小壓力控制模式。此時，高壓旁路閥的設(shè)定值并不完全為表1 中所示的設(shè)定值，而是從實(shí)際壓力控制模式向最小壓力控制模式切換時對應(yīng)的設(shè)定值以一定的速率接近表1 中的設(shè)定值。為防止擾動，此設(shè)定值每隔30 s變化一次，每次變化后的設(shè)定值為實(shí)際值+0.02 MPa。

國內(nèi)同類型機(jī)組所配套的余熱鍋爐采用的是杭州鍋爐廠生產(chǎn)的余熱鍋爐，與#1、#2 機(jī)采用的余熱鍋爐并不完全相同。兩種余熱鍋爐因技術(shù)的差異，導(dǎo)致熱力性質(zhì)不盡相同，因此在高旁切換為最小壓力控制模式時，此時的設(shè)定值偏低。而暖機(jī)負(fù)荷下余熱鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽升溫升壓速度偏快，在30 s內(nèi)其實(shí)際壓力會快速超過設(shè)定值，為保持機(jī)側(cè)高壓主蒸汽壓力低于設(shè)定值，高旁閥會迅速開大至100%。

以一次熱態(tài)啟機(jī)為例，在汽機(jī)金屬溫度匹配階段，燃機(jī)帶120 MW負(fù)荷暖機(jī)。14時39分30秒，高壓過熱器出口壓力為5.123 9 MPa；14 時48 分46秒，高壓過熱器出口壓力為6.542 MPa。經(jīng)計(jì)算得出，每30s 高壓主蒸汽壓力變化了0.07 MPa，而高壓旁路的升壓率僅為0.02 MPa，導(dǎo)致設(shè)定值滯后于實(shí)際值，高旁閥全開。

因此，為了提高開機(jī)過程的經(jīng)濟(jì)性，我們采取了如下措施：停機(jī)后通過手動復(fù)緊爐側(cè)各疏水門、提前關(guān)閉余熱爐煙囪擋板以提高余熱鍋爐的保溫保壓能力，使旁路初始設(shè)定值提高；在金屬溫度匹配階段將高壓旁路閥切至手動控制，緩慢減小高旁閥開度，提高升壓速率；在征求設(shè)備供應(yīng)方的意見后匹配本機(jī)組余熱鍋爐的升壓速率，提高0.02 MPa的變化值。

3 結(jié)束語

三菱公司在TCS 邏輯中設(shè)計(jì)了一整套全面的旁路控制方案，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，仍需根據(jù)各個聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的特性調(diào)整相應(yīng)的方案和控制策略。在不同的工況下觀察各相應(yīng)參數(shù)的變化，有助于提高運(yùn)行人員的操作判斷。