汽轮机旁路控制系统

汽轮机旁路控制系统第一节旁路系统及其控制一、汽轮发电机组采用中间再热带来的新问题在单元机组启动、停机，甚至发电机组急甩负荷的情况下，如何协调机、炉的动作。①机组低负荷下，如何处理锅炉的过剩蒸汽；②中间再热器的保护。二旁路系统结构和容量汽轮机旁路系统，就是汽轮机并联上一个由蒸汽管路及减温减压装置组成的蒸汽旁路系统。在结构上有一级大旁路系统、两级串联旁路系统和三级旁路系统等三种典型方式，1．三级旁路系统大旁路可维持锅炉在最低稳燃负荷下运行。2．两级串联旁路系统高压旁路系统为保护锅炉再热器以及机组起动间的暖管暖机而提供汽源；低压分路系统将再热蒸汽引入凝汽器，可提供再热汽系统暖管并回收工质。这种结构方式不仅可以保护再热器，而且基本上能满足机组启动时蒸汽参数与汽轮机金属温度匹配的要求，当汽轮机甩负荷时可使汽轮机保持空负荷运行或带厂用电运行。3.一级串联旁路系统不能保护再热器故只能应用在再热器不需要保护的机组上。目前多为两级串联(600MW)的结构方式。因为两级串联旁路系统功能较全，系统组成也不太复杂，且能适应较多的运行工况。汽机旁路系统的容量，是指经旁路系统的最大蒸汽量占锅炉额定蒸发量的百分数。一般来说．分路系统的容量越大，对加快机组的启动越有利。图给出了一个停机10h后起动时间与旁路容量关系的例子。旁路系统容量的应考虑如下因素：（1）锅炉稳定燃烧的最低负荷。最低负荷与炉型、煤种等有关，需要通过试验来确定，对于停机不停炉工，其旁路系统的容量应按最低负荷考虑。（2）保护再热器所需的最小蒸汽量。满足保护再热器所需的最小蒸汽量为机组容量的30％～40％，根据运行经验，保护再热器所需的蒸汽量为额定蒸发量的10％～20％左右。（3）冲转汽轮机所需的蒸汽量。对于承担基本负荷的机组，其起动工况多为冷态温态、起动次数较少。滑参数起动时所需冲转压力及其相应的蒸汽量较低。一般30％的旁路容量就可以满足。对于调峰机组，热态起动是较多的。为保证主调速汽门及中压调速汽门后的蒸汽温度高汽轮机最热部分50℃，其进汽温度需500℃左右，对这样高的蒸汽温度，必须增加锅炉的蒸发量，旁路系统的容量也随之增大。三、旁路系统的功能（1）改善机组起动性能。（2）适应机组的各种起动方式在机组起动时，可通过控制高压旁路阀和高旁喷水阀来控制新蒸汽压力和中、低压缸的进汽压力，以适应机组定压运行或滑压运行的要求。单元机组滑参数运行时，先以低参数蒸汽冲转汽轮机，随着汽机暖机和带负荷的需要，不断提高锅炉的主蒸汽压力和主汽流量，使蒸汽参数与汽机的金属状态相适应。（3）保护再热器在锅炉起动或汽轮机甩负荷工况下，锅炉新蒸汽经旁路系统进入再热器，以确保再热器不超温。（4）汽轮机短时故障，可实现停机不停炉运行。停机时，锅炉产生的新蒸汽经旁路系统减温、减压后进入凝汽器，回收了工质。（5）电网故障时，通过旁路系统的能量转移，机组可带厂用电负荷运行。（6）当主蒸汽压力或再热蒸汽压力超过规定值时，旁路阀迅速开启进行减压泄流，从而对机组实现超压保护。总之，汽机旁路系统具有起动、泄流和安全三项功能，从而较好地解决了机组起动过程中机、炉之间不协调问题，改善了起动性能。四、旁路控制系统组成1．高压旁格控制系统（1）主蒸汽压力及汽轮机甩负荷压力保护回路；（2）主蒸汽压力自动给定和手动给定控制回路；（3）高旁后蒸汽温度控制回路。2．低压旁路控制系统（1）再热蒸汽压力及汽轮机甩负荷保护回路；（2）再热器出口蒸汽压力控制回路；（3）低旁后蒸汽温度控制回路；（4）凝汽器保护回路。1．高压旁路控制系统（1）当主蒸汽压力超过限值，汽轮机甩负荷或紧急停机时，高压旁路系统可迅速自动开启进行泄流，维持机组的安全运行。（2）在起动过程中，主蒸汽压力给定值依据机组起动过程中各阶段对其值的不同要求，自动或由运行人员依据运行现状手动给出，控制系统按给定值自动调整旁路阀开度，保证主蒸汽压力随给定值变化。（3）高压旁路开启后，为保证高压旁路出口蒸汽温度满足再热器的运行要求，控制系统自动调整喷水阀开度，控制喷水量达到调整温度之目的。2．低压旁路控制系统（1）当再热蒸汽压力超过限值，或汽轮机甩负荷时，控制系统可立即自动开启低压旁路阀和喷水阀，以保证机组安全运行。在手动或自动停机时，低旁阀也会自动快速开启。（2）在机组运行期间，再热蒸汽压力是一与机组出力有关的变数。低压旁路控制系统可依据机组的出力给出再热蒸汽压力定值，通过调整低压旁路阀的开度来保证再热蒸汽压力在给定值。（3）为保证凝汽器正常运行，低旁后的蒸汽温度应在规定的范围内变化，可自动调整喷水量来保证温度在该范围内变化。（4）由于低压旁路系统出口蒸汽直接排入凝汽器，鉴于凝汽器的安全运行，应不对凝汽器的真空和水位造成影响。因此，当出现凝汽器真空过低，水位过高，喷水阀出口水压过低或喷水阀打不开等情况时，控制系统可迅速关闭低压旁路阀，解列低压旁路系统。五、旁路系统的控制特性控制特性是指系统中的阀门特性，重要标志是执行机构的动作速度和可靠性。目前，旁路系统中的执行机构主要为电动执行机构和液动执行机构。液动执行机构的特点是可靠性高、力矩大、动作速度快；一般可在3～5s内完成动作，在技术、设备上都比较完善。问题是系统设备投资大，系统比较复杂；需要专用油泵。电动执行机构的特点是设备投资小、工作可靠性高；检修和维护工作量小、运行费用小。但力矩较小、动作慢，一般全开时间在45s左右，但目前电动执行机构采取高速、低速两个马达或多级变速马达驱动，而使其执行机构完成动作时间缩短到5s。六、旁路控制装置国内汽轮机旁路控制装置几乎都是引进型。其中较多的是德国西门子公司、瑞士苏尔寿公司的产品。苏永寿公司的旁路控制装置有AV－4型、AV－5型和AV－6型。AV－4型：集成运算放大器为核心的组件组装式仪表AV－5型：一种过渡型产品，AV－6型为微机分散控制系统。目前应用的西门子公司的旁路系统或苏尔寿公司的旁路系统均为微机分散控制系统。第二节苏尔寿公司旁路控制系统一、旁路系统的组成高压旁路：旁路阀BP减温减压（安全阀）；BPE喷水调节阀；BD为隔离阀，具有减压作用。低压旁路：LBP为减压阀；LBPE为喷水调节阀。二、高压旁路控制系统包括两个控制回路：高压旁路（BP）开度控制回路和喷水阀（BPE）开度控制回路1．三种运行方式阀位方式：在锅炉点火、暖管阶段、高压旁路阀按规定的“阀位控制”方式运行。定压方式：当锅炉主蒸汽压力达到汽机冲转压力时，旁路系统进入“定压”运行方式。滑压方式：机组负荷到达30％时，旁路阀关闭，旁路系统的起动控制功能自动转为正常运行中的“升压保护”功能。阀位运行段分为三部：最小开度控制、开度渐升控制、最大开度控制。定压运行阶段压力设定值保持不变，以保证汽机起动时的主蒸汽压力，实现定压起动。滑压运行阶段正常时，高旁阀BP保持在关闭状态。2．主汽压力控制在汽轮机未冲转之前，主汽压力PT的大小取决于锅炉的燃烧率大小和蒸汽管的通流阻力。因此调节高压旁路阀BP的开度，即可调整主汽压力。（1）速率限值模块RIBTSK1（2）控制系统的工作过程分析1）阀位阶段。锅炉点火后，运行人员在旁路系统操作站上按下“锅炉起动”按钮，并将高压旁路阀控制投入“自动”工况。)(1)11())(11(maxYYTsKPsTKPPsTKyTIPsTIP0)(1maxYYTsKPTTPKTsYY1max在K值较大时maxYY2）定压阶段开关KF复归，压力速率限制器输入信号由SP设定，根据汽机运行要求，分几个阶段。3）滑压阶段定值高于实际值一个△P；由于在阀位阶段时已解除最小开度控制，所以保证调节器输出值在0位。除非在机组升压、升负荷过程中，主汽压力PT瞬时变化较快，而造成PT＞Ps时，高压旁路阀才快速开启，进行泄流减压。PPPTs4）正常运行时的保护功能。当机组处于正常运行时，如果主汽压力PT过高，而超过规定的限值时，逻辑回路动作，作用到执行机构的快开装置，执行机构快速动作开启高压旁路阀，进行泄流减压，待压力恢复时，自行关闭，起着安全阀作用。3．高旁后蒸汽温度控制根据再热器的运行要求，其入口温度要保持在一定范围，一般要入口温度保持在330℃左右。在机组正常运行时，主汽温高达540℃，此时高旁动作，不减温的蒸汽是不能进入再热器的。三、低压旁路控制系统1．再热器出口压力控制回路2．低旁后蒸汽温度的控制四、凝汽器保护通常出现下列情况之一时，应快速解列低压旁路系统，即（1）凝汽器真空低；（2）凝汽器温度高；（3）主燃料跳闸。发生上述情况之一时，逻辑控制回路发出快关指令，快速关闭低压旁路阔，并联锁关闭喷水阀。第三节600MW机组旁路控制系统600MW机组旁路系统的执行结构有：高压旁路调节阀、高压旁路减温水喷水阀、高压旁路减温水截止阀、低压旁路调节阀、低压旁路减温水喷水阀。根据旁路系统的设计功能不同，旁路控制系统的控制策略也有所不同。平圩电厂600MW机组旁路控制系统的功能。平圩电厂＃1机组（600MW）的旁路系统由高压旁路和低压旁路两级串联而成。高压旁路（HP）为过热器出口蒸汽经减温减压后到再热器进口；低压旁路（LP）为再热器出口蒸汽经减温减压后去凝汽器。两级旁路的通流量相同，为锅炉额定蒸发量的30％。旁路控制设备采用苏尔寿控制仪表、液动执行机构。完成下列几项任务：（1）在机组启动时，将不符合参数要求的蒸汽排入凝汽器，建立锅炉的启动负荷，直到蒸汽参数满足汽轮机冲转要求，从而缩短机组（热态）启动时间，减少启动期的工质损失。（2）在汽轮机跳闸后，将锅炉产生的多余蒸汽导入凝汽器，维持锅炉在最低负荷下稳定运行，以便汽轮机重新快速启动，实现停机不停炉工况。（3）在电气主开关跳闸后，汽轮机带厂用电[(7％～8％)MCR]，通过旁路将锅炉的多余蒸汽排入凝汽器，维持锅炉在最低负荷下稳定运行。（4）在机组部分甩负荷的情况，起超压保护作用。（5）保护再热器，在锅炉点火至汽轮机冲转前或汽轮机跳闸锅炉带最低稳定负荷运行时，由旁路系统为再热器提供一通流回路，使再热器得到足够的冷却，避免因干烧而损坏。（一）高压旁路控制系统1．过热器出口蒸汽压力控制在机组启动初期，HP旁路控制系统中的比例一积分（PI）调节器首先使高压旁路调节阀有一最小开度，约20％（可设定）。在锅炉点火后的初始阶段，由于锅炉过热器出口蒸汽压力小于积分给定存储器（RIB）的最小压力设定值Pmin（约1MPa），使PI调节器输入有负偏差信号，由于PI调节器下限的限制，高压旁路调节阀一直保持20％的开度。当锅炉过热器出口汽压升高至1MP。时，在RIB的控制下，PI调节器控制高压旁路调节阀的开度维持锅炉汽压为1MPa直到高压旁路调节阀开度到设定的最大值（约95％）。在高压旁路调节阀阀位达95％后，比例放大器输出正向偏差信号，使RIB输出的汽压定值信号随锅炉负荷成比例地上升，而高压旁路调节阀开度基本上维持不变。当锅炉过热器出口蒸汽压力达到汽轮机冲转压力（7MPa）时，监控器动作，解除PI调节器的输出下限，同时逻辑信号使系统改变状态，使RIB的输出对应于7MPa，从而使锅炉过热器出口蒸汽压力维持在7MPa。随着汽轮机高压缸进汽量的增加，要维持锅炉过热器出口蒸汽压力为7MP。不变，必须逐渐关小高压旁路调节阀；监控器接受阀位信号发出逻辑信号，使RIB接受实际压力信号再叠加一阈值电压，促使高压旁路调节阀关闭。2．高压旁路调节阔在异常工况下的动作情况1）当高压旁路调节阀在阀位控制下，如锅炉点火不成功，或者由自动切到手动时，系统即变为定压控制。2）若在机组正常运行期间发生汽轮机跳闸（FCB），且高压旁路排汽温度不高，则有脉冲信号（脉宽3s）通过逻辑回路使高压旁路调节阀迅速打开。同时有逻辑信号闭锁调节器的控制作用。3）若在高压旁路投入时出现高压旁路排汽温度高，则也发出逻辑信号闭锁自动控制信号。3．高压旁路至再热器进口的汽温控制汽温控制是一个具有前馈的定值调节系统（二）低压旁路控制系统1．再热器出口汽压控制再热器出口汽压控制系统为单回路控制系统，系统中还包含有凝汽器保护。(1)在锅炉点