M701F燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組旁路系統(tǒng)的運行特性

商 濤，李 恪

(京能集團京豐燃氣發(fā)電有限責任公司，北京100074)

M701F發(fā)電機組的汽輪機設計有一套100%容量旁路系統(tǒng)，在啟動和停機過程中起到非常重要的作用，旁路系統(tǒng)動作的精確和靈敏程度也直接影響機組啟動過程，以至于事故情況下機組的安全性。旁路系統(tǒng)的控制以及與其他系統(tǒng)的匹配如圖1所示。

1 啟動過程中旁路系統(tǒng)的動作方式

在機組的啟動過程中設置三個點:燃機點火、主汽升壓、啟動完成。這三個點把整個啟動過程分成了四個階段，這三個點正是旁路的控制模式發(fā)生變化的時刻，也是旁路的設定值來源發(fā)生改變的時刻。

(1)點火前。旁路的設定值鎖定在上次停機過程中熄火時刻對應的主汽壓力，一直不變。

(2)點火后。此時旁路的控制方式稱作“實際壓力過程控制”(ACTUAL PRESS TRACKING ON)。此時的旁路設定值對應的就是當時的主汽壓力，并隨著主汽壓力的升高而升高，旁路并不動作，直到主汽升壓階段。

(3)主汽升壓階段。燃機點火后，隨著余熱爐溫度的升高，主汽的參數會逐漸升高，當壓力升高到一定程度后旁路的控制方式會轉換為“最小壓力控制模式”，此階段叫主汽升壓階段。在這一階段，達到切換“最小壓力控制模式”的條件有以下3個:

①主汽壓力＞4.8 MPa;

②旁路開度＞5%;

③實際主汽壓力-點火時對應主汽壓力＞0.3 MPa，并且主汽壓力 ＞0.5 MPa。

圖1 M701F機組主蒸汽系統(tǒng)

以上三個條件中，任意一條滿足都會進入到最小壓力模式，而通常在啟動過程中，第三條是最容易達到的。因此，旁路切換到最小壓力模式的條件，主要是看主汽壓力是否超過點火時的壓力0.3 MPa。

進入到最小壓力模式后，旁路會根據設定值逐漸開啟，以高壓旁路為例，旁路的設定值與機組的負荷有如表1所示的對應關系。

表1 最小壓力模式負荷與高壓旁路設定值的關系

表1中是不同負荷下對應的旁路設定值，整個最小壓力控制模式都遵循由表1確定下來的函數曲線。但是需要注意的是，并不是達到左側的負荷值旁路的設定值就馬上變?yōu)橛覀鹊脑O定值，還有一個條件控制著旁路設定值的變化。

當時的旁路設定值-實際主汽壓力值＞0.02 MPa時，設定值不再改變，直到當時的旁路設定值-實際主汽壓力值≤0.02 MPa時，設定值才會繼續(xù)升高，直到超過實際的壓力值0.02 MPa后再停下來。為避免擾動，邏輯中還設置了30 s的延時，也就是說，當時的旁路設定值-實際主汽壓力值≤0.02 MPa持續(xù)超過30 s后，設定值才會發(fā)生變化。下面以某次啟動的參數作為參照，舉例說明如下。

負荷由86 MW已經升高到134 MW，實際主汽壓力為5.3 MPa，而這時的旁路設定值并沒有到6.5 MPa，而只是比5.3 MPa多0.02 MPa，即5.32 MPa。隨著主汽壓力的繼續(xù)升高，當實際壓力超過5.3 MPa并且持續(xù)30 s后，旁路的設定值再次升高，但無論鍋爐壓力升高多快，旁路設定值最大不會超過當時負荷所對應的設定值壓力，即最小壓力。

(4)啟動完成階段。當高、中壓旁路全部關閉后，旁路就進入到了后備模式階段。在這個模式下，旁路的設定值會高于實際的壓力值，處于長期關閉狀態(tài)。只有蒸汽壓力出現(xiàn)大幅升高時，旁路才會打開泄壓，這也是機組正常運行狀態(tài)下的旁路運行方式。

2 啟動過程中，對旁路系統(tǒng)動作產生影響的因素

通過多次啟動操作的觀察和總結，旁路系統(tǒng)的動作主要與余熱爐啟動排汽電動門關閉和汽機主汽門開啟過程對主汽壓力的影響有關。

2.1 余熱鍋爐啟動排汽電動門的影響

余熱鍋爐高、中、低各蒸汽系統(tǒng)分別裝有啟動排汽門，用以在鍋爐升壓階段排出管道中的空氣，當高壓主汽壓力達到1 MPa、中壓再熱蒸汽壓力達到0.5 MPa時，高壓和再熱的啟動排汽門會自動關閉。由于啟動排汽門的排放量較大，因此它的關閉會對該系統(tǒng)的蒸汽壓力造成很大影響。這也是啟動過程中直接導致旁路打開的主要原因，尤其是中壓再熱系統(tǒng)，啟動排汽門的關閉會造成中壓旁路較大的動作。表2中以某次啟動過程中的參數為例，介紹啟動過程中旁路與蒸汽壓力的變化關系。

從表2可以看出來，在中壓再熱蒸汽壓力為0.5 MPa后，隨著中壓啟動排汽門的關閉，中壓再熱蒸汽壓力迅速上升，使得在一分半的時間內，中壓旁路從0開大到36%，這樣的打開速度會引起比較劇烈的蒸汽壓力波動，使高壓旁路也跟隨動作，從而產生一系列的擾動。

表2 啟動過程中旁路與蒸汽壓力的變化關系

2.2 汽輪機進汽后，進汽調門開度變化對旁路系統(tǒng)動作的影響

前面說的是在汽輪機沒有進汽的情況下，旁路的動作情況。當汽輪機開始進汽后，進汽調門的打開同樣給旁路系統(tǒng)的動作產生很大影響。

當高壓主汽壓力＞4.7 MPa、中壓再熱蒸汽壓力＞1 MPa、蒸汽過熱度和不匹配溫度均在合格范圍內，以上條件都滿足時，汽輪機將開始進汽;隨著進汽調門的逐漸開大，會使主汽門前的壓力下降，旁路自然會跟隨調節(jié);但如果旁路調節(jié)還沒有完成，主汽門繼續(xù)開大，那么就會讓旁路調節(jié)更加惡化，這就是影響旁路調節(jié)的另外一個因素。表3中以某次啟動過程中的參數為例，介紹進汽調門的開度與旁路開度的關系。

表3 進汽調門的開度與旁路開度的關系

從表3可以看到，高壓主汽門和中壓主汽門相繼打開過程中引發(fā)的一系列反應，最終造成中壓旁路開度大幅波動。

在啟動過程中，尤其是在夏季，同等燃料量下，燃機的排煙溫度會更高(3 000 r/m定速時，冬季排煙溫度270℃，夏季可以達到300℃以上)。因此，并網后，極有可能發(fā)生排汽門關閉造成旁路門打開之后，緊跟著主汽門也打開，因為夏天更容易達到進汽條件中的溫度條件。這樣的工況就會更加棘手，調節(jié)的擾動也更加劇烈。

3 針對旁路系統(tǒng)特性的改造和措施

(1)啟動過程中，當高壓和中壓主汽壓力到達排汽門關閉條件的范圍時，要求格外注意蒸汽壓力的變化情況;同時，在中壓旁路打開過程中，如果速率過快，開度過大造成水位的劇烈波動，應采取解除高壓旁路和中壓旁路中的一個自動狀態(tài)。根據當時旁路的設定值手動調節(jié)閥門向正確方向動作，以穩(wěn)定水位。

(2)對高壓、中壓進汽調門在啟動中的打開速度進行優(yōu)化，使進汽調門在20%的開度時，打開的速度更緩慢，讓進汽調門與旁路系統(tǒng)有充分的時間進行互相匹配，減小對旁路系統(tǒng)調節(jié)的影響，同時，也給操作人員增加了處理異常情況的時間。通過多次啟停的實踐，該優(yōu)化效果非常明顯。

4 結語

燃機的運行工況受環(huán)境溫度影響很大，通過多次啟停的經驗數據以及對旁路系統(tǒng)控制方式的理解，可以幫助我們正確認識旁路系統(tǒng)在整個機組中的作用，以及它的特性，從而在不同的工況下能夠根據參數做出更加正確的判斷，執(zhí)行更加準確有效的操作。

［1］ 李建剛.汽輪機設備及運行［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［2］ 邵和春.汽輪機運行［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［3］ 姚秀平.燃氣輪機與聯(lián)合循環(huán)［M］.北京:中國電力出版社，2010.