汽轮机旁路控制系统

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汽轮机旁路控制系统1旁路系统及控制方案一、旁路系统单元机组,由于不再有储备蒸汽的蒸汽母管,这样当机组在起动或低负荷工况下,因此须解决锅炉的过剩蒸汽处理问题。中间再热式机组还须解决再热器保护问题。汽轮机旁路系统是为汽轮机提供的一条旁路通道,它是由蒸汽管路及减温减压装置组成。其作用是将锅炉产生的蒸汽不经过汽轮机而引到下一级压力和温度的蒸汽管道或直接引入凝汽器,这样可平衡锅炉的产汽量和汽轮机的耗汽量,稳定锅炉和汽轮机的运行。再热机组的旁路系统型式主要有一级大旁路、二级串联旁路系统、三级旁路(高压旁路串联低压旁路,再并联大旁路)。目前,大型单元机组多采用高低压二级串联的旁路系统。锅炉~高旁减压阀高压旁路系统喷水隔离阀喷水调节阀低压旁路系统凝汽器高压缸低压缸发电机低旁减压阀喷水调节阀低压减温水高压减温水中压缸过热器再热器图16-1高低压串级旁路系统低旁减压阀压二、旁路系统作用:(1)加快启动速度、减小启动时间。(2)机组启动、停止和甩负荷时,可以回收工质,减少对空排放,提高运行的经济性。(3)正常运行时,起超压保护作用。(4)机组启动、停止和甩负荷时,保护再热器。(5)当汽轮发电机组或电网短时故障时,旁路系统的存在可使锅炉处于独立运行状态,从而使单元机组转入停机不停炉运行方式或带厂用电运行。三、旁路控制系统1、控制任务旁路控制系统的控制任务可分为以下两部分:1、机组起停过程中的控制任务(1)保证主蒸汽压力按起动曲线变化;(2)保证高旁后蒸汽温度在再热器安全运行所允许的温度范围内;(3)保证再热蒸汽压力在与机组出力相适应的数值上;(4)保证低压旁路后蒸汽温度在凝结器安全运行所允许的范围内。2、正常运行时的保护在正常运行时的保护包括:当蒸汽压力过高危及安全时,进行超压保护;汽轮机急甩负荷时的工质回收;保护凝结器;保护再热器。2、旁路控制系统方案高低压二级串联的旁路系统来说,旁路控制系统主要由高压旁路控制系统和低压旁路控制系统构成。高压旁路控制系统主要由高压旁路压力控制系统和高压旁路温度控制系统组成。主蒸汽压力高旁减压阀开度图16-2高压旁路控制原则性方案高旁主蒸汽压力调节器主蒸汽压力设定运算模块(含:运行方式、阀位反馈、最大最小阀位限制等信号,以及速率限制、比例运算等)(a)高旁喷水阀开度高旁后汽温调节器高旁出口温度设定值乘法器高旁流量(b)低压旁路控制系统主要由低压旁路压力控制系统和低压旁路温度控制系统组成。再热蒸汽压力低旁减压阀开度图16-3低压旁路控制原则性方案低旁汽压力调节器(a)低旁喷水阀开度(b)函数运算模块调速级压力低旁流量低旁汽温调节器低旁出口温度设定值乘法器2600MW机组旁路控制系统以往的旁路控制系统均采用专用的电子控制装置进行旁路控制,但这一情况在600MW机组上有所改变,一些机组已开始采用DCS实现旁路控制功能。一、高压旁路控制系统高压旁路控制系统主要由高压旁路压力控制系统、高压旁路温度控制系统和喷水隔离阀控制系统三部分组成。高压旁路压力控制系统1、高压旁路系统的启动方式和运行方式•1)冷态启动。按下“启动”键,若pTpmin(最小主蒸汽压力设定值),即进入冷态启动方式。•2)热态启动。按下“启动”键,若pminpTpsync(汽轮机冲转压力),即进入热态启动方式。•3)重启动。按下“启动”键,若pTpsync,即进入重启动方式。这种方式适用于汽轮机短时间停机,而锅炉仍维持一定压力时的重新启动。高压旁路控制系统的运行方式有“启动”方式、“压力控制”方式、“压力跟踪”方式和“快速开关”方式等4种。启动方式:最小阀位控制、最小压力控制升压控制。A高压旁路压力设定值A主蒸汽压力NY0∑△K∫AT手动最小阀位控制0%AYmin>高压旁路快关NY高压旁路快开0%高旁减压阀开度指令图16-4高旁旁路压力控制T1&压力跟踪高压旁路自动△PT2YANT3NY100%T4-+AAN最小压力控制压力跟踪升压控制Ym主蒸汽压力高压旁路压力设定值△K∫减压阀开度Y-+图16-5高压旁路压力设定值形成回路YT1YApsync压力控制T2ApminYT3T4≥1重启动关闭∨≯∨≯T5Y最小压力控制>T6∨≯YNNNNYN<T7∨≯YN重启动<T8∨≯YN关闭<pminpmax闭锁增闭锁增闭锁减f(x)>AA升压控制PID≥1最小阀位控制1)最小阀位控制:这时主蒸汽压力的设定值为最小压力设定值pmin,由于刚启动,虽然主蒸汽压力低于最小压力设定值pmin,但由于切换器T2接Y端,故使得减压阀开度为最小阀位开度Ymin。以保证锅炉启动时蒸汽能进入过热器和再热器,此后随着主蒸汽压力上升,减压阀保持最小开度,直到主蒸汽压力上升到pmin。这一阶段属于滑压运行。2)最小压力控制:这时主蒸汽压力的设定值为最小压力设定值pmin,随着锅炉的燃烧,主蒸汽压力会上升,为了维持主蒸汽压力等于最小压力设定值pmin,减压阀门开度逐渐开大,直至预先设定的开度Ym(由锅炉启动期间所期望的蒸汽流量确定)。这一阶段属于定压运行。3)升压控制:随着锅炉的燃烧,主蒸汽压力会上升,减压阀开度Y会开增大,当Y大于设定开度Ym时,调节器PID的输出增加,这样主蒸汽压力的设定值增加,于是减压阀开度Y将减小,一直减小到Y=Ym。主蒸汽压力的设定值增加的速率将受到中切换器T6的Y端速率限制器的限制。随着锅炉燃烧率的继续增加,主汽压力上升至汽轮机冲转压力psync,这一阶段属于滑压运行。4)压力控制:这时主蒸汽压力的设定值为冲转压力psync,控制系统将维持主蒸汽压力pT=psync,汽轮机开始冲转升速。•5)压力跟踪:当锅炉产生的蒸汽量全部进入汽轮机,高旁阀完全关闭时,旁路系统进入压力跟踪方式。在该方式下,高旁主蒸汽压力设定值跟踪主蒸汽压力pT,压力偏差△p信号经切换器T1后与主蒸汽压力pT相加(ps=pT+△p),构成高旁主蒸汽压力设定值,这样设定值ps始终大于主蒸汽压力pT,于是压力控制器的输入始终为负偏差,以保证旁路在机组正常运行时能可靠地关闭。这一阶段属于滑压运行。跟踪方式是旁路关闭后的正常运行方式。如果主蒸汽压力超过设定值一定值时,减压阀立即开启,直到主蒸汽压力实际值小于设定值时,高压旁路阀再次进入关闭状态。最小阀位控制压力跟踪主蒸汽压力蒸汽流量汽轮机负荷YminYm最小压力控制升压控制psyncpmin压力控制时间时间时间阀位0压力设定值0图16-6高压旁路控制系统的冷态启动曲线0压力/负荷•为防止锅炉超压或减少安全门动作,旁路系统设计了高压旁路快开功能,发生下列情况之一,高压旁路减压阀快速开启,并投自动方式:1)汽轮机跳闸;2)发电机断路器跳开;3)锅炉主燃料跳闸;4)主汽压太高;5)压力变化率大于设定值;6)接收到甩负荷信号。满足下列任一条件,高压旁路减压阀快速关闭,并且自动切手动:1)高压旁路阀后温度太高;2)凝汽器真空低;3)低压旁路阀故障;4)汽机110%超速。高压旁路温度控制系统Y主蒸汽温度主蒸汽压力A△K∫再热器入口温度∑2手动高压旁路阀门关闭或高旁快关高旁减温水控制阀指令图16-7高旁减温控制系统ANY高压旁路快开0%T2NY100%T3AAN××∑1T1AT高压旁路关闭AAN二、低压旁路控制系统低压旁路控制系统由低压旁路压力控制系统、低压旁路温度控制系统和喷水隔离阀控制系统三部分组成。1、低压旁路压力控制系统p10低压旁路压力控制系统压力设定值△ppminpmax中压安全门动作设定值Y△K∫再热器出口压力汽轮机调节级压力BALANCER∑2∑3低压旁路快开低压旁路快关手动手动100%0%∑4A低旁A、B均自动低旁压力减压阀A开度指令低旁压力减压阀B开度指令低旁压力控制系统∑1AT2低旁两侧减压阀均关pmaxT1汽轮机未冲转YpminT3Y++--f(x)T4AAAT5A低压旁路快开低压旁路快关100%0%T6AT7A+-NNATAT(1)在启动和低负荷阶段:这时蒸汽未达到汽轮机冲转条件,压力设定值为最小值pmin,在锅炉点火刚后,由于压力小于pmin,调节器入口偏差为负,控制输出最小值,这时低压旁路阀保持在关闭状态。随着再热汽压的不断升高,当压力大于pmin,调节器入口偏差为正,调节器控制输出逐渐增大,低压旁路减压阀逐渐开大,使得有一定的蒸汽流量通过再热器以保护再热器,同时维持再热器出口压力为最小值pmin。•(2)机组升负荷阶段:这时汽轮机冲转,根据中间再热式机组的运行要求,再热汽压力应与机组负荷相适应,再热器压力随机组负荷变化而变化。因此低压旁路以“滑压方式”运行。这期间压力设定值是变动的,它与机组负荷成正比,并且压力设定值略高于再热器实际压力,目的使低压旁路压力减压阀保持在关闭状态。如不考虑运行人员人工修正的话,汽轮机调节级压力p1经过函数发生器f(x)构成这时的再热器出口压力设定值ps,即ps=kR×p1+△p,其中kR为100%负荷时再热器出口压力设计值和汽轮机调节级压力设计值的比值,△p为偏置量。汽轮机冲转后,汽轮机调节级压力p1开始上升,而此时再热器出口压力应为kR×p1,由于压力设定值ps=kR×p1+△p>kR×p1,所以减压阀开始关小,直至全关。(3)安全保护:当低压旁路减压阀全关后,如不考虑运行人员人工修正的话,这时再热器出口压力设定值ps为低压旁路最大压力设定值pmax,该值小于再热器安全门动作值。这样,当再热器出口压力大于最大压力pmax,低压旁路减压阀门打开泄流泄压,而不造成安全门动作,只有在低压旁路开启后仍不能阻止再热器压力的上升时,安全门才动作。为防止锅炉超压或减少安全门动作,旁路系统设计了低压旁路快开功能,发生下列情况之一,旁路控制系统快开低压旁路减压阀:1)汽轮机110%超速;2)高压旁路快开;3)再热蒸汽压力太高。为了防止凝汽器超温超压,设计了低压旁路快关功能。满足下列任一条件,低压旁路减压阀快速关闭并且自动切手动:1)凝汽器真空低;2)凝汽器温度高;3)凝汽器水位高;4)低压旁路喷水压力低;5)低压旁路阀后温度高。低压旁路温度控制系统低压旁路温度控制系统是由两套完全相同的温度控制系统来控制对应的喷水阀进而进行温度控制,在此仅介绍一侧的温度控制方案。由于进入凝汽器的是饱和蒸汽或湿蒸汽,常规的测温方法不能代表蒸汽所具有的热量,因此控制系统采用蒸汽流量来计算低压旁路喷水流量。NY0∑低旁减压阀开度指令低旁出口温度再热器出口压力NDYNA∑△K∫低压旁路减温水流量手动低旁喷水阀开度指令图16-10低旁温度控制低压旁路快开低压旁路快关0%T6AT7A100%T6T6×÷Kf(x)×低旁减压阀开度指令>15%AATA再热器出口压力与设定值偏差>0.2MPa蒸汽流量喷水系数

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