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余热锅炉-汽轮机的控制和保护系统余热锅炉的控制调节与常规锅炉相比无燃油或燃煤的燃烧控制。通常燃气蒸汽联合循环余热锅炉采用跟随燃机、汽机跟随余热锅炉的控制方式(HRSGFlowGT&STFlowHRSG)。即燃机控制负荷，余热锅炉出力受燃机运行状态限制；而汽轮机调节汽阀控制余热锅炉主蒸汽的压力。余热锅炉的控制和保护系统余热锅炉自动控制系统主要包括汽包、除氧器的水位和压力调节、主蒸汽温度、压力调节、省煤器出口温度调节。1.水位调节和保护1)汽包水位调节和保护i.汽包水位调节a)必要性汽包水位太高会减少汽空间，使蒸汽在汽空间停留时间短，蒸汽中带水增多，蒸汽含盐量增加。水位太低，下降管中可能带蒸汽，影响水循环可靠性。b)汽包水位调节任务使给水量适应蒸发量，并维持汽包水位在允许的变化范围内。c)调节系统分类单冲量调节：蒸汽流量低于20%额定流量时，蒸汽参数较低，可忽略汽包内炉水密度影响，根据实际水位与与水位设定值之差通过PI方式控制给水调节阀开度。三冲量调节：余热锅炉高负荷条件下，负荷或压力变动时，由于汽包水容积中蒸汽含量和蒸汽比容改变产生“虚假水位”。蒸汽流量达到20%额定流量后，综合考虑蒸汽流量和给水流量相等的原则和水位偏差的大小来调节给水控制阀开度。补偿虚假水位造成的调节偏差，纠正给水量的扰动。ii.汽包水位保护余热锅炉水位保护与锅炉容量、结构、运行方式有关。2)除氧器给水箱水位调节i.除氧器水位调节除氧器/给水箱水位调节通常采用单冲量水位调节系统。除氧器/给水箱水位依靠水位控制器发出的信号对水位调节阀进行调节。间接控制除氧器/给水箱水位方案：首先控制从补给水箱到凝汽器补水量，凝汽器水位变化后，再由凝汽器水位调节控制进入除氧器的凝结水量。设高位排水阀，防止水位超过给定值，接受水位调节器控制除氧器给水箱水位调节系统是简单单回路定制调节系统，水位信号与设定值之差进入PID调节器。采用双向执行机构。ii.除氧器水位保护2.温度调节1)过热蒸汽温度调节蒸汽温度高于设计值，主蒸汽管路和汽轮机材料强度会下降；低于设计值，蒸汽焓下降，做功能力下降。蒸汽初温低，增加汽轮机末级叶片含湿量。主蒸汽温度随燃机排气温度变化，运行中实际考虑主蒸汽减温问题。主蒸汽减温调节方法喷水减温调节方法：喷水减温器布置在过热器中间，过热器中间有导管，以便安装喷水减温器与蒸汽混合要求。喷水减温器还可布置在过热器出口主蒸汽管路上，不需要安装导管，但过热气管壁最高温度较高。主蒸汽管路上测温元件通过温度变送器把信号输入把信号输入温度控制器，在温度控制器中测量数据并和设定点数据比较。根据比较结果，温度控制器输出信号对温度控制阀进行调节，增加或减少喷水减温器的喷水量。饱和蒸汽部分旁通调节方式汽包出来饱和蒸汽大部分经过热器吸收热量后到主蒸汽管。其余饱和蒸汽经旁路调节阀进入主蒸汽管。利用调节旁通管路上温度控制阀开度可以调节过热器出口过热蒸汽温度。2)省煤器出口温度调节系统立式布置强制循环预热锅炉，采用省煤器再循环措施防止启动或低负荷时省煤器出现蒸发现象。将高压循环水泵出口得水通过省煤器再循环阀引一部分到省煤器入口，增大省煤器水流量，确保省煤器出口水温低于饱和温度。根据汽包中饱和蒸汽温度和省煤器出口水温之间温差控制省煤器再循环管路上电动调节阀开度。采用增量式PI调节，输出信号以脉冲形式控制步进电机。温差小于5.5ºC，输出开信号，调节阀增大；温差大于10ºC，输出关信号，调节阀关小。根据给水流量控制省煤器再循环管路上电动调节阀开度。给水流量低于设定值时，电动调节阀开启，循环水泵部分水经再循环管路流入省煤器。3.压力调节1)汽包压力调节通过调节主蒸汽阀开度和汽轮机主调汽阀开度来控制。汽包压力调节主要包括压力高限制、压力低限制、压力升速率限制和压力降速率限制。压力高限制和升速率限制主要通过旁路系统实现；压力低限制及压力降速率主要通过汽轮机调节阀实现。2)除氧器/水箱压力调节整体式除氧器中，余热锅炉启动或低负荷时，需从中压汽包引出蒸汽经减压节流等措施进入除氧水箱。除氧器压力低于设定值低限时，压力控制器调节阀开大，增加蒸汽进入量。除氧器压力高于设定值时，压力控制器发出信号使压力调节阀关小，减少蒸汽进入量。4.循环水量调节运行水泵和备用循环水泵之间必须连锁保护，确保余热锅炉安全可靠运行。压差控制型联锁保护循环水泵出、进口压力差低于某一给定值，压差开关动作，发出报警，运行循环水泵自动停泵，备用循环水泵自动启动。二者皆故障，余热锅炉跳闸停炉。流量控制型联锁保护如果循环水泵流量低于某一限值，将发出报警，运行水泵自动停泵，备用水泵自动启动。二者皆故障，余热锅炉跳闸停炉。二汽轮机控制系统燃气-蒸汽联合循环汽轮机数字调节(DEH)控制功能1.操作员自动启动速度控制时，控制系统根据汽机缸壁温度将汽机划为冷态、温态、热态三种状态。上下缸壁平均温度小于200ºC为冷态；介于200ºC和360ºC之间为温态；大于360ºC为热态。汽轮机冲转过程中，由操作员按汽机启动曲线要求设定速度自动目标值和功率，转速设定值根据汽机状态按一定速率逼近目标值。汽机热态：升速率为400r/min；非热态：300r/min自动控制燃机按升速率要求向目标值爬升，最后控制在目标转速上，直至汽机达到额定转速。转速设定值控制由上位机完成；可人为设定汽机负荷设定值的目标值及负荷设定值的升速率。转速负荷控制基准为负荷设定值函数和转速函数之和。汽机并网之前，负荷设定为0，转速负荷控制系统简化为比例控制，加上调节阀补偿控制积分环节。汽机并网后，开度补偿值固定不变，为并网前的值。二汽轮机控制系统汽机并网后，负荷设定信号参与调节阀控制。汽机实际转速与转速设定值之差，作用于主汽阀开度，使系统具有一次调频能力。转速负荷控制系统投入调节阀实际控制时，汽机调节阀开度由负荷设定值确定，实际负荷由调节阀开度和主蒸汽状态决定。负荷控制时需将功率调节回路投入，操作员设定目标值和升负荷速率。二汽轮机控制系统功率调节器控制调节阀开度按升负荷率要求向目标负荷爬升。负荷设定值按设定速率逼近目标值，负荷设定值升速率一般应小于负荷升速率限制值。串接于功率调节器下游的调节级压力调节器有利于加快负荷控制响应速度和稳定以及操作员自动方式的负荷控制。2.自动汽轮机控制汽机自动(ATC)是最高一级运行方式，包括转速和负荷及他们的速率，由计算机程序或外部设备进行控制。启动过程中，应力监视站(RSM)站根据启动应力曲线和汽机自动控制站(ATC)判断汽机工况，自动向操作员自动站发出阀位限制、目标速度、升速率、自动同步控制等数据信号。完成冲转、升速、阀切换、全速到同步并网过程。负荷控制时，操作员自动接受RSM站和ATC站送来升负荷率的限制。RSM站和ATC站连续分析计算机组报警情况。通过CRT对操作员进行指导。二汽轮机控制系统只有在ATC站判断汽机工况负荷的条件下和向操作员站发出“ATC”允许信号情况下，才允许进入ATC方式。ATC投入运行，汽机发电机组全自动运行，控制系统根据转子应力计算结果自动给出升速率或升负荷率，各阶段目标值按顺序自动给出。3.自动同步汽机达到额定转速后，使DEH和电气自动同步装置接口。此方式下，汽机速度控制的速度目标值由电气自动同步装置确定。经电气同步装置判断符合并网条件，发电机开关合闸并网。DEH回到操作员自动方式进行负荷控制。二汽轮机控制系统4.限制功能1)进口蒸汽低压力控制系统（最小蒸汽压力限制控制系统）主汽压力限制器有手操(MTPL)、操作员自动(OTPL)、遥控方式(RTPL)三种。限制器在机组并网时起作用。调节阀前蒸汽的实际压力接近最小压力值，进口蒸汽低压力控制基准跟踪调节阀控制基准，如果小于等于最小压力设定值，其差值输入PID调节器，不断减小进口蒸汽低压力控制基准，直至使主汽压力回到高于设定值。二汽轮机控制系统2)进口蒸汽压力降速率控制系统选择主汽阀前的蒸汽压力作为控制对象，主要在锅炉故障或其他不正常情况下，主蒸汽压力剧降时起作用。采用限制与主蒸汽压力相对应的饱和蒸汽温度降速率的方式限制主蒸汽压力的降速率。蒸汽压力对应饱和蒸汽温度实际降速率接近限制值时，蒸汽压力降速率跟踪调节阀控制基准。大于或等于限制值，其差值输入PID调节器，不断减小控制基准直到压力降速率小于限制值。若蒸汽压力降速率基准升至100%,退出调节阀控制。二汽轮机控制系统二汽轮机控制系统3)余热锅炉负荷限制系统滑压运行，余热锅炉产汽量和流向汽机的蒸汽量二者不能平衡时，汽包内压力不断下降至某一较低压力下运行，汽机运行安全难以保证。余热锅炉出口蒸汽压力降至一定程度时，余热锅炉负荷限制系统控制汽机调节阀关小，汽机定压运行。余热锅炉负荷控制系统未处于实际控制主汽阀开度情况下，若实际压力值与设定值之差大于0.03MPa，余热锅炉负荷限制值为100%，即余热锅炉限制退出；差值在0.01-0.02MPa，余热锅炉负荷控制输出信号跟踪汽机调节阀基准。差值小于0MPa，余热锅炉负荷控制器投入运行，参加汽机调节阀控制。实际压力与设定值之差进入PI调节器，余热锅炉负荷限制值不断减小，汽机调节阀逐渐关小，直到实际压力大于设定值。二汽轮机控制系统4)汽机升负荷速率限制系统若负荷升速率接近限制值，汽机升负荷速率控制基准跟踪调节阀控制基准。负荷升速率大于等于限制值，其差值输入PID调节器，控制基准不断降低，直到升负荷速率小于限制值为止。负荷升速率小于限制值，PID调节器输出信号不断增大至100%，汽机升负荷速率限制退出调节阀控制。负荷升速率限制值与汽机热状态及投入运行的余热锅炉数目有关。二汽轮机控制系统5.遥控方式操作员自动站在操作员自动方式下，接受机组协调控制系统来的指令对汽机进行负荷控制的方式。DEH发出遥控请求信号、协调控制系统发出遥控允许信号情况下，DEH进入遥控方式。协调控制系统中切换器选择汽机主控输入命令TM，TM与DEH中的控制阀门指令值相比，根据其偏差的极性和大小控制A/D模数转换器发出增/减脉冲，作为DEH的遥控增减信号，使DEH的控制阀门指令值增或减变化，由此控制汽机调门动作。DEH可在ATC方式下投入遥控，与前者区别是ATC监视负荷变化率。必要时,ATC将阻止负荷变化。向协调控制系统发出汽机速率保持，禁止遥控降、禁止遥控增等信号。二汽轮机控制系统6.阀门管理和阀门实验1)阀门管理:单阀方式：所有调门同时同步动作。机组启动或负荷增减变化时使用。顺序阀方式：根据负荷大小顺序打开调节阀，减少阀门部分开造成的节流损失。单阀和数序阀方式能在不影响负荷条件下自由切换。2)阀门试验：机组正常运行时，对自动主汽阀、调节汽阀分别进行开关动作试验，防止阀门卡死，阀门试验须在单阀方式负荷控制下进行。同时投入功率调节和调节级压力回路投入。二汽轮机控制系统7.综述转速负荷控制系统在汽机冲转、升负荷及稳定运行过程中其主要作用。其他子系统均为限制性保护控制。转速负荷控制系统设有手动、自动、全自动三种控制模式，其他子系统只有自动模式。除转速负荷控制系统外，其他子系统可有四种状态：退出调节阀控制，输出基准为100%；被限制量接近限制值时，输出信号跟踪调节阀控制基准；被限制量等于或超出限制值时，调节器投入，参与调节阀控制基准的MIN最小选择。输出基准为最小，该子系统实际控制调节阀。二汽轮机控制系统三汽机保护系统保护系统对转速、轴向位移、热应力、振动等运行参数进行监控；超出安全范围，保护系统发出声光报警信号，启动备用设备；燃机减负荷或者停机。保护元件除监督保护作用之外还能指示被监督量。1.汽机保护系统1)超速保护：汽机转速超过一定安全范围时，电子超速保护系统或机械式危急保安器动作，泄放安全油，关闭主汽阀和调节汽阀，汽机停转。2)功率负荷不平衡保护发电机甩掉全部负荷，使得汽机的输出功率瞬间超出其轴端负荷很多，功率负荷失衡导致汽机发电机组转速猛增，甚至造成飞车事故。在发生上述情况时，保护系统迅速关闭