汽轮机旁路控制系统1

汽轮机旁路控制系统1•3．7．1旁路系统的组成与功能•一、旁路系统的组成•汽轮机旁路系统是指与汽轮机并联的蒸汽减温、减压系统，如图3—30所示。它由旁路管道，减压、减温阀门及控制机构等组成。其作用是在机组启动阶段或事故状态下将锅炉产生的蒸汽不经过汽轮机而引入下一级管道或凝汽器，将主蒸汽旁通汽轮机的高压缸引入到再热器为高压旁路，将再热蒸汽旁通汽轮机的中、低压缸引入到凝汽器为低压旁路。大型火电机组都采用大容量、高参数、中问再热式的热力系统，且采用机炉电单元配置，由于汽轮机和锅炉特性不同而带来机炉之间的某些不协调问题，可以通过设置旁路系统来解决。根据各机组的不同情况，汽轮机旁路系统配置有不同的型号和不同的容量。旁路容量在国内多数设计是30％或40％MCR(锅炉最大连续蒸发量)，少数引进机组的旁路容量达100％MCR。•在旁路系统中，没有作功的主蒸汽和再热蒸汽将要分别旁通到再热器和凝汽器，为了防止再热器超压、超温和凝汽器过负荷，必须对旁通蒸汽进行减温、减压。在高压旁路中，BP是高旁减压阀，BPE是喷水减温阀，BD为喷水隔离阀。减温水为高压给水，BD也具有减压作用。在低压旁路中，LBP是低旁减压阀，LBPE为喷水减温阀，减温水为凝结水。相应地，旁路控制系统由高旁压力和高旁温度控制系统，低旁压力和低旁温度控制系统组成。•二、旁路系统的功能汽轮机旁路系统的主要作用是协助机组以最短的时间完成启动，在机组甩负荷时与锅炉和整个机组配合，实现甩负荷后的一些较复杂的运行方式(如机组快速切负荷FCB等)，并进行锅炉超压防护。合适的旁路容量和完善的自动控制系统可以配合机组协调控制系统来完成机组的压力全程控制。汽轮机旁路系统具有以下功能：•(1)改善机组启动性能。机组冷态或热态启动初期，当锅炉输出的蒸汽参数尚未到达汽轮机冲转条件时，这部分蒸汽就由旁路系统旁通到凝汽器，回收汽水工质，以适应机组暖管的要求。特别是在热态启动时，使用旁路系统后，锅炉可以较大的燃烧率、较高的蒸发量升温升压，加速提高汽温，使之快速与汽轮机的金属温度匹配，从而缩短启动时间。•(2)在机组启动时可以控制主汽压力和中压缸进汽压力，以适应机组进行中压缸启动、定压和滑压运行的要求。•(3)启动工况或者汽轮机跳闸时，旁路系统可保证再热器有一定的蒸汽流量，避免再热器干烧，使其得到足够的冷却，从而起到保护再热器的作用。•(4)当主汽压力或再热汽压力超过规定值时，旁路系统迅速开启，进行减压、泄流，减少对空排汽，避免锅炉超压并回收工质。•(5)实现机组快速切负荷功能。电网发生事故时，可以使机组保持空负荷或带厂用电运行；汽轮机事故时，若相关系统正常，则允许停机不停炉，锅炉处于低负荷运行状态，以便故障排除后能使机组迅速恢复并网发电，从而减少停机时间，有利于整个系统的稳定。•综上所述，汽轮机旁路系统有启动、溢流和安全三项功能。此三项功能在调峰运行机组上作用更为明显，单元机组实行两班制运行时，利用旁路系统可以缩短热态启动时间，提高机组的负荷适应性。国内大型火电机组使用较多的是苏尔寿公司生产的带液压执行机构的旁路控制系统和西门子公司生产的带新型电动执行机构的旁路控制系统。这里以AV-6型系统为例，介绍汽轮机旁路系统的工作原理与作用。•3．7．2高压旁路控制系统•一、高压旁路系统的运行方式•高压旁路系统的主要作用是在机组启动过程中，通过调整高压旁路阀门的开度来控制主蒸汽压力，以适应机组启动的各阶段对主汽压力的要求。高压旁路控制系统由高旁减压阀(BP)控制逻辑、喷水减温阀(BPE)控制回路和喷水隔断阀(BD)控制逻辑三部分组成。•高压旁路控制系统有三种运行方式，机组从锅炉点火、升温升压到机组带负荷运行至满负荷，旁路系统经历阀位方式、定压方式、滑压方式三个运行阶段。三种运行方式的逻辑关系如图3—31所示。•当旁路控制系统投入自动、锅炉点火，且主汽压力小于汽轮机冲转压力时，运行人员可以选择阀位方式；当主汽压力达到汽轮机冲转压力时，旁路系统进入定压运行方式；当主汽压力达到8MPa(可调)，机组负荷达30％时，高压旁路减压阀关闭，系统自动转入滑压运行方式，对主汽压力进行监视和保护。图3—32是某300Mw机组滑参数启动时，高压旁路的三种运行方式启动曲线。•(1)阀位方式(启动方式)。阀位方式是从锅炉点火到汽轮机冲转前的旁路运行方式。开始阶段采用最小开度控制方式(Ymin)，锅炉点火初期，‘因主蒸汽压力p小于最小压力定值Pmin(0．6MPa)，BP阀不能自动打开，而是通过预置一个最小开度Ymin来强制打开BP阀，最小开度可根据机组运行情况确定，如25％左右开度。这时BP阀保持最小开度，蒸汽通过高压旁路流动，并经过再热器和低压旁路加热管道系统。当主蒸汽压力升高到最小压力定值Pmin时，控制回路维持最小压力定值，使BP阀逐渐开大，最后达到所设定的最大开度Ymax，此时BP阀保持最大开度，随着主汽压力p的不断增加，其定值Pset跟踪升高。•(2)定压方式。当主汽压力升高到大于2MPa的汽轮机冲转压力时，旁路控制系统自动转为定压运行方式。这时压力定值Pset保持一定，以保证汽轮机启动时的主蒸汽压力稳定，实现定压启动。当主蒸汽压力和主蒸汽温度满足冲转要求时，汽轮机开始冲转升速。随着耗汽量增加，BP阀相应关小，以维持机前主蒸汽压力在2．0MPa。在此压力下，汽轮机达到中速暖机转速。在暖机结束后，操作人员将压力定值手动增加到3．5～4．0MPa，汽机升速到3000r／min。在机组并网带5％的初负荷时，旁路系统仍在定压运行状态。BP阀起调节主蒸汽压力的作用：PPset时，BP阀开大；PPset时，BP阀关小。•随着锅炉燃烧率的增加，逐渐增加压力定值Pset,BP阀渐渐关小，当主汽压力增加到8．0MPa且BP阀关闭时，系统自动进入切为滑压运行方式。在定压方式下，压力定值由运行人员设定，具体数值可根据运行需要确定。•(3)滑压方式。滑压方式运行时，主蒸汽压力设定值自动跟踪主蒸汽压力实际值，只要主蒸汽压力的升压率小于设定的升压率限制值，压力定值总是稍大于实际压力值，即Pset=P+△P，这样就能保持旁路阀门在关闭状态。•在运行中，如果锅炉出口主蒸汽压力受到某种扰动，使其变化率大于设定的压力变化率(一般设定在0．5MPa／min)，则BP阀会瞬间打开。扰动消失后，压力定值大于实际压力，BP阀再度关闭。BP阀一旦开启，滑压方式立即转为定压方式。压力定值等于转变瞬间的压力值加上压力阀限值△p。•二、高旁压力控制系统的工作原理•如图3—33所示，高压旁路压力控制系统主要由比例调节器P、压力定值发生器RIB、比例积分调节器PI1及切换继电器KE、KF等组成。•压力定值发生器RIB的工作原理和DEH设定值计算回路相似，它由压力变化率限制器和上、下限幅环节组成。当输入压力定值的变化率小于设定的变化率△p／△t时，输出压力定值等于输入压力定值；当输入压力定值的变化率大于设定的变化率时，按设定的压力变化率形成输出压力定值。当输入压力定值高于压力上限Pmax时，输出压力定值取压力上限值；当输入压力定值低于压力下限Pmin时，输出压力定值取压力下限值。•在汽轮机未冲转前，主蒸汽压力的大小取决于锅炉燃烧率的大小和蒸汽管路的流动阻力，因此可以调节高压旁路减压阀BP的开度来控制主汽压力为给定值。在图3-33中，高旁减压阀BP的开度跟随PI1调节器输出的控制指令y变化，控制指令y是PI1调节器对输人偏差△p进行运算处理后的输出信号。当主汽压力pPset时，△p为正，调节器输出的控制指令y增加，BP阀开大；若主汽压力pPset时，△p为负，调节器输出的控制指令y减小，BP阀关小。调整BP阀的开度可使主汽压力p等于其设定值Pset以下分析高压旁路系统在不同的运行方式下的工作原理。•(一)阀位控制阶段锅炉点火后，运行人员在旁路系统操作站上按下锅炉“启动”按钮，并将高旁压力控制投入“自动”，图3—33中切换继电器KF动作，使触点1—3接通。阀位指令y与最大阀位Ymax的偏差经比例调节器P形成主汽压力设定值Pset,输人到压力定值发生器RIB，如图3—34所示。•由于RIB设置了最小压力限值Pmin，在锅炉点火之后，主汽压力p从零开始增加，调节器PI1前压力偏差△p为负，其输出的高压旁路减压阀的控制指令y应为0，为了疏水和加速锅炉的升温升压过程，需要给控制器设定最小开度Ymin(一般为25％左右)和最大开度Ymax(一般为50％左右)。锅炉启动初期，在主汽压力PPmin时，PI1调节器输出一直保持在Ymin，即高旁减压阀BP一直保持在最小开度上。这一阶段也称为最小开度控制。•随着锅炉燃烧率提高，一旦主汽压力P上升到高于最小压力Pmin，则△p0，调节器的输出y就在ymin基础上增加，高压旁路减压阀BP的开度从最小开度开始逐步开大。此后，只要开度指令yymax，尽管锅炉燃烧率在不断增加，由于BP阀也在同时开大，通过调节器PI1的比例积分控制作用，使主汽压力维持在Pmin附近。因为这一阶段yymax、△y0，比例调节器P输出的压力定值Pset1小于0，RIB的输出Pset只能限制在最小压力pmin上。•随着锅炉燃烧率的进一步提高，高压旁路减压阀开度继续增加，当其开度大于设定的最大开度时，△∥0，经高放大倍数的比例调节器P放大，使输出p。，大于零，RIB以设定的压力变化率计算其输出，p。在乡血。基础上线性上升。p。。上升的结果使△p减小或小于零，从而抑制了高压旁路减压阀控制指令的增加。•事实上，当高压旁路减压阀开度y6达到设定的最大开度ymax后，可以基本上维持开度不变。从图3-34可以看出，因为P调节器的放大倍数很高，如果燃烧率的增加使主汽压力上升，△P增加导致控制指令y上升时，只要y稍有增加，使△y为正，尽管偏差很小，经P调节器也能使Pset1增加较大幅度，从而使RIB输出压力定值Pset增加，从而造成PsetP，使△P0，经PI1调节器运算又使y下降。相反，如果主汽压力降低，通过PI1调节器使y减小，使△y为负，使RIB输出压力定值Pset下降，压力偏差△p增加，经PI1调节器运算又使y上升。压力控制系统动作的结果，是使压力设定值以不大于RIB设定的压力变化率，•跟踪主汽压力上升。但是，如果锅炉燃烧率增加过快，主汽压力的上升速度超过了RIB设定的压力变化率，就会产生较大的压力偏差△p，这时，如果限制了BP阀的最大开度ymax，系统就会脱离正常工作状态，使压力很快升高。所以在这一阶段，如果燃烧率调整得当，主汽压力的上升速度始终小于或等于RIB设定的压力变化率时，压力定值Pset就会跟踪实际压力变化，而高压旁路减压阀维持在最大开度附近。这一阶段也称为最大开度控制。•在阀位控制阶段，旁路减压阀开度指令y、主汽压力定值Pset、主汽压力P随时间变化的规律如图3-32所示，这一过程直到主汽压力达到汽轮机冲转压力为止。•(二)定压控制阶段•当主汽压力大于汽轮机冲转压力时，旁路控制系统进入定压运行方式。图3—33中KF复归，触点2—3接通，KE的触点46接通。这时，主汽压力定值不再是比例调节器P输出的Pset1，而是采用运行人员通过压力给定器NA设定的Pset0。在阀位控制方式时，NA跟踪压力设定值信号Pset(跟踪电路未画出)，故转入定压方式时不会因压力定值切换而发生扰动。•在定压控制方式下，高压旁路压力控制系统是一个单回路控制系统，运行人员设定的压力定值Pset0，经RIB进行限幅、限速后，形成实际压力定值Pset,与主汽压力声比较，经PI1调节器控制高压旁路减压阀的开度，以维持实际压力p等于压力设定值Pset。•汽轮机开始冲转后，用汽量逐渐增加，主汽压力下降，PI1调节器的输入偏差下降，其输出控制指令减小，高压旁路减压阀逐步关小，从而使主汽压力回升。所以，在汽轮机冲转、升速至并网带负荷之前，是用旁路控制系统维持主汽压力、用逐步关小旁路门的方法，使原先完全由高压旁路系统旁通的蒸汽，逐步进入汽轮机高压缸作功的。•机组并网后，在提高锅炉燃烧率的同时，可逐步