胡尊民
摘 要:1000MW超超臨界二次再熱機(jī)組的旁路系統(tǒng)由原來的高、低壓兩級(jí)旁路變?yōu)楦摺⒅?、低三?jí)旁路,運(yùn)行參數(shù)及控制策略也隨之改變。大型火電機(jī)組的自動(dòng)化程度日益提高,機(jī)組一鍵啟停技術(shù)(APS)的應(yīng)用將是火電機(jī)組自動(dòng)控制發(fā)展的必然趨勢。旁路系統(tǒng)的全程自動(dòng)控制作為APS系統(tǒng)的一部分,在機(jī)組整體自動(dòng)控制過程中有著很高的重要性。
關(guān)鍵詞:二次再熱 旁路 全程自動(dòng)控制 1000MW超超臨界機(jī)組
1、概述
火力發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)是與汽輪機(jī)并聯(lián)的蒸汽減溫減壓系統(tǒng)。它由蒸汽旁路閥門、旁路閥門控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、旁路減溫閥門和旁路蒸汽管道等組成。其作用是將鍋爐產(chǎn)生的蒸汽不經(jīng)過汽輪機(jī)而引到下一級(jí)的蒸汽管道或凝汽器?,F(xiàn)對(duì)上海電氣集團(tuán)生產(chǎn)的二次再熱百萬機(jī)組配套的旁路系統(tǒng)的自動(dòng)控制策略分析。
2、旁路系統(tǒng)的控制
旁路系統(tǒng)的控制與機(jī)組的啟動(dòng)過程相對(duì)應(yīng),將整個(gè)啟機(jī)過程分為七個(gè)時(shí)段,對(duì)應(yīng)A1/A2/A3/B/C/D/E7種模式。機(jī)組啟動(dòng)又分為啟動(dòng)點(diǎn)火、升溫升壓、沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)及停機(jī)四個(gè)階段。按照這四個(gè)階段分別介紹高旁、中旁、低旁的控制方式。
2.1啟動(dòng)點(diǎn)火階段
(1)高壓旁路控制
鍋爐點(diǎn)火,旁路進(jìn)入啟動(dòng)點(diǎn)火階段,高旁的控制對(duì)應(yīng)著A1模式和A2模式。鍋爐點(diǎn)火,高壓旁路進(jìn)入A1模式。高旁指令置“0”,高壓旁路閥門全關(guān),壓力設(shè)定值跟蹤實(shí)際主汽壓力。鍋爐點(diǎn)火15min后或點(diǎn)火時(shí)主汽壓力已大于最大允許沖轉(zhuǎn)壓力(16Mpa)或點(diǎn)火后鍋爐累計(jì)升壓超過一定的量(升壓量為點(diǎn)火時(shí)的主汽壓力的函數(shù),0.2~1.1Mpa),高旁進(jìn)入A2模式。A2模式為閥位控制模式,高壓旁路的開度根據(jù)啟機(jī)狀態(tài)自動(dòng)設(shè)定開度低限,同時(shí)調(diào)節(jié)主汽壓力,壓力設(shè)定值為0.5Mpa。
冷、溫態(tài)啟機(jī)時(shí),點(diǎn)火時(shí)主蒸汽壓力較低。此階段的高壓旁路曲線對(duì)應(yīng)圖1所示的t1-t2階段,同時(shí)設(shè)定了旁路閥門開度高限30%用于主蒸汽升溫升壓。隨著鍋爐熱負(fù)荷的增加,鍋爐主蒸汽壓力也會(huì)相應(yīng)增加。在冷態(tài)、溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)還設(shè)計(jì)了一個(gè)熱態(tài)沖洗的功能;通過是調(diào)節(jié)主蒸汽壓力來保證汽水分離器出口溫度在180℃左右。根據(jù)180℃飽和蒸汽對(duì)應(yīng)的壓力,以及分離器出口至過熱器出口之間的壓降,得出熱態(tài)沖洗過程中高壓旁路調(diào)節(jié)的壓力設(shè)定值為0.9 Mpa。中間點(diǎn)溫度達(dá)到180℃或者主蒸汽壓力達(dá)到設(shè)定值后進(jìn)入熱態(tài)沖洗。當(dāng)高壓旁路開度達(dá)到30%時(shí),高壓旁路高限觸發(fā),旁路在30%開度升壓,熱態(tài)沖洗條件觸發(fā)時(shí),釋放高壓旁路高線限制。高旁保持進(jìn)入熱態(tài)沖洗前的主蒸汽壓力為設(shè)定壓力,旁路調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。對(duì)應(yīng)得圖1所示t2-t3階段。當(dāng)沖洗完成后,運(yùn)行人員手動(dòng)操作退出熱態(tài)沖洗。熱態(tài)沖洗復(fù)位后,將高壓旁路的開度高限值從100%重新設(shè)定為30%,開度低限不變,用于鍋爐的升溫升壓。
(2)中壓旁路控制
高壓旁路進(jìn)入A1模式后中壓旁路同時(shí)進(jìn)入A1模式,關(guān)閉中壓旁路。在高壓旁路進(jìn)入A2模式且高旁開度大于3%后,中旁進(jìn)入A2模式,中旁壓力設(shè)定從當(dāng)前主汽壓力按照0.05Mpa/min的速率變化到0.55Mpa;為了保證一級(jí)再熱器有一定蒸汽流量,且保證升壓泄壓速率與鍋爐熱負(fù)荷匹配,中壓旁路閥門開度低限設(shè)定為10%、高限50%。
(3)低壓旁路控制
高壓旁路進(jìn)入A1模式后低壓旁路同時(shí)進(jìn)入A1模式,關(guān)閉低壓旁路。壓力設(shè)定跟蹤實(shí)際壓力,在高壓旁路進(jìn)入A2模式且高旁開度大于3%后,低旁進(jìn)入A2模式,低旁壓力設(shè)定按照0.03Mpa/min的速率增加到0.1Mpa;為了保證二級(jí)再熱器有一定的蒸汽流量,給低壓旁路閥門開度低限設(shè)定為10%,高限50%。
2.2升溫升壓階段(A3模式)
升溫升壓模式分為兩個(gè)階段,一是升溫升壓至啟機(jī)沖轉(zhuǎn)到3000r/min前,二是并網(wǎng)至旁路全關(guān)。圖1所示t3-t4為升壓階段,目的是將主汽壓力升到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力;t4-t5階段為沖轉(zhuǎn)到機(jī)組并網(wǎng)階段。
冷態(tài)、溫態(tài)啟機(jī)時(shí),A2模式下、主汽壓力達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力設(shè)定值且發(fā)電機(jī)未并網(wǎng)且高旁指令大于29%則高旁進(jìn)入A3模式。
熱態(tài)、極熱態(tài)啟機(jī)時(shí),主汽壓力大于沖轉(zhuǎn)設(shè)定壓力,將旁路開到30%釋放壓力,當(dāng)主汽壓力達(dá)到啟機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力時(shí),高壓旁路系統(tǒng)切至A3模式。
A3模式:高壓旁路閥開度高限釋放至100%,高壓旁路通過PID控制器控制維持主蒸汽壓力,升壓速率0.2Mpa/min,目標(biāo)壓力:冷態(tài)、溫態(tài)8Mpa,熱態(tài)、極熱態(tài)12Mpa。高壓旁路閥門開度低限保留,低限為主汽溫度的函數(shù):300℃及以下對(duì)應(yīng)10%、500℃對(duì)應(yīng)15%、620℃對(duì)應(yīng)18%三段,每段之間線性關(guān)系。
中旁在A2模式、中旁開度不小于50%且高旁已進(jìn)入A3模式,中旁進(jìn)入A3模式,中壓旁路目標(biāo)壓力設(shè)定為2.55Mpa;閥門開度高限設(shè)定為100%,低限為10%,升壓速率0.1Mpa/Min。
低旁在A2模式,低旁開度不小于50%且高旁進(jìn)入A3模式,低旁進(jìn)入A3模式。目標(biāo)壓力設(shè)定為0.8Mpa,低壓旁路閥門高限設(shè)定為100%、低限為10%,升壓速率0.03Mpa/Min。
在機(jī)組并網(wǎng)后,旁路閥門低限設(shè)定為零,高旁調(diào)節(jié)主汽壓力,汽輪機(jī)帶初始負(fù)荷,DEH處于本地負(fù)荷控制模式。當(dāng)高旁閥門開度小于3%后,高旁進(jìn)入滑壓跟蹤B模式;中低開度小于6%后,中低旁進(jìn)入B模式。
當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后,機(jī)組處于汽機(jī)調(diào)負(fù)荷,旁路調(diào)壓力模式;通常汽機(jī)初始負(fù)荷指令較大,并網(wǎng)后旁路很快全部關(guān)閉。
高壓旁路啟動(dòng)曲線:
2.3汽機(jī)運(yùn)行模式(B模式)
機(jī)組并網(wǎng)后,所有高旁全關(guān)后,高壓旁路由A3模式進(jìn)入B模式。B模式下,高旁的壓力設(shè)定值會(huì)在協(xié)調(diào)系統(tǒng)滑壓曲線壓力設(shè)定值上疊加一定的偏置量(1.4Mpa),最高不超過35.2Mpa。因設(shè)定值大于實(shí)際壓力,促使高旁可靠關(guān)閉。B模式下高旁提供壓力保護(hù),限制主汽壓力在協(xié)調(diào)系統(tǒng)壓力設(shè)定值+1.4Mpa的范圍內(nèi)。當(dāng)主汽壓力偏離協(xié)調(diào)壓力設(shè)定值正1.4Mpa后,高旁溢流打開泄壓,保證機(jī)組安全運(yùn)行。
中壓旁路B模式:中壓旁路壓力設(shè)定值為一次再熱器出口當(dāng)前壓力加0.5Mpa;中壓調(diào)節(jié)PID控制器被調(diào)量一直小于設(shè)定值,中旁關(guān)閉。
低壓旁路B模式:壓力設(shè)定值為二次再熱器出口當(dāng)前壓力加0.3Mpa,保證低壓旁路一直為“0”。
2.4停機(jī)模式(C模式和D模式)
停機(jī)狀態(tài)分為兩種:停機(jī)不停爐C模式和停機(jī)停爐D模式。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行過程中,低負(fù)荷段(機(jī)組負(fù)荷小于200MW)汽輪機(jī)跳閘旁路系統(tǒng)正常打開,不觸發(fā)MFT,旁路進(jìn)入停機(jī)C模式。
C模式下為了防止引發(fā)鍋爐再熱器保護(hù)動(dòng)作,設(shè)定旁路閥門開度指令低限。高壓旁路開度低限曲線為主汽溫度的函數(shù):300℃及以下對(duì)應(yīng)15%、500℃對(duì)應(yīng)20%、620℃對(duì)應(yīng)23%三段。C模式下目標(biāo)壓力設(shè)定為鍋爐校正后煤量的函數(shù),滑壓速率為0.3Mpa/min。當(dāng)主汽壓力達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力時(shí),高旁進(jìn)入A3模式,準(zhǔn)備再次沖轉(zhuǎn)。C模式下高旁壓力設(shè)定與煤量的函數(shù)關(guān)系如表1。
中壓旁路的目標(biāo)壓力為2.55Mpa,壓力設(shè)定變化速率為0.05Mpa/Min,中壓旁路閥門開度低限設(shè)定值為15%。當(dāng)壓力降到2.55Mpa,中旁進(jìn)入A3模式。
低旁目標(biāo)壓力設(shè)定為0.8Mpa,壓力變化速率為0.03 Mpa/Min,低壓旁路閥門開度低限設(shè)定值為12%。當(dāng)壓力降到1Mpa以下,低旁進(jìn)入A3模式。
任何模式和工況下MFT動(dòng)作,高旁、中旁、低旁進(jìn)入停機(jī)D模式,高旁壓力設(shè)定為31Mpa,中旁壓力設(shè)定為當(dāng)前壓力加0.5Mpa,最高不超過12Mpa。低旁壓力設(shè)定為當(dāng)前壓力加0.3Mpa,最高不超過3.6Mpa。綜上所述,當(dāng)MFT動(dòng)作后,高中低三級(jí)旁路在保證系統(tǒng)不超壓的情況下,三級(jí)旁路全關(guān)。
3、結(jié)論
結(jié)合世界首臺(tái)二次再熱1000MW機(jī)組的調(diào)試過程中的實(shí)際情況及參數(shù)邏輯等的調(diào)整。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用表明,此種控制策略及參數(shù)能夠較好的應(yīng)用與二次再熱超超臨界1000MW機(jī)組旁路系統(tǒng)控制上。兼顧機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性;并且包容各種工況下旁路系統(tǒng)的安全響應(yīng)。