1000MW超超臨界二次再熱汽輪機(jī)排汽溫度控制簡述

曹冬敏 張宇 陳臻 陳國民 崔凱峰

摘要：詳細(xì)介紹了國家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機(jī)超高壓缸、高壓缸的排汽溫度控制方式及策略，針對控制策略中存在的問題，提出了相應(yīng)的建議和改進(jìn)措施，對同類型汽輪機(jī)的排汽溫度控制提供了參考。

關(guān)鍵詞：排汽;溫度控制;超高壓缸;高壓缸

0 引言

國家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司二期工程2×1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組采用由上海汽輪機(jī)有限公司和德國SIEMENS公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的組合積木塊式HMN機(jī)型，為超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回?zé)岢槠?、反動凝汽式汽輪機(jī)。該汽輪機(jī)機(jī)型采用無調(diào)節(jié)級全周進(jìn)汽+滑壓運(yùn)行方式。

1 二次再熱汽輪機(jī)排汽溫度控制難點(diǎn)

一次再熱機(jī)組采用高中壓聯(lián)合啟動方式，先開高壓調(diào)門，再開中壓調(diào)門。如果高排溫度高，則調(diào)整高中壓缸的流量。二次再熱機(jī)組采用超高壓、高壓、中壓缸聯(lián)合啟動方式，超高壓、高壓、中壓調(diào)門同時開啟，如果超高排、高排溫度高，則調(diào)整三缸間的流量，控制級數(shù)增多，難度加大。

2 我廠現(xiàn)階段采用的汽輪機(jī)排汽溫度控制方式及策略

2.1? ? 機(jī)組啟動參數(shù)方面

如果汽輪機(jī)啟動參數(shù)過高，會使得進(jìn)入汽輪機(jī)中的蒸汽單位焓值增大，做功增大，汽輪機(jī)進(jìn)汽量進(jìn)一步減小，排汽溫度增高的風(fēng)險進(jìn)一步增大;而啟動參數(shù)過低，容易使汽輪機(jī)在啟動中發(fā)生水沖擊等事故。結(jié)合上述情況，我廠汽輪機(jī)啟動參數(shù)控制如表1所示。

2.2? ? 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組初負(fù)荷控制方面

該汽輪機(jī)對發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的初負(fù)荷做了一定優(yōu)化，將并網(wǎng)后初負(fù)荷設(shè)為150 MW。較高的初負(fù)荷使進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量進(jìn)一步增大，降低了排汽溫度增大的風(fēng)險;較大的排汽量也能提高汽輪機(jī)低負(fù)荷初期的暖機(jī)速率，從而進(jìn)一步提高機(jī)組后期的升負(fù)荷速率。

2.3? ? 汽輪機(jī)控制策略

該汽輪機(jī)為了防止流量過低引起超高壓、高壓缸末級葉片鼓風(fēng)發(fā)熱，根據(jù)超高壓、高壓缸排汽溫度自動調(diào)整超高、高壓、中壓缸的進(jìn)汽流量分配。

2.3.1? ? 超高壓缸排汽溫度高的控制策略

在超高壓缸排汽溫度上升過程中，該汽輪機(jī)會通過4個階段對其排汽溫度進(jìn)行控制。第一階段：報(bào)警。超高缸排汽溫度高的報(bào)警等級分為2個，即Warning和Alarm，前者報(bào)警等級較后者低一級，具體表現(xiàn)為當(dāng)超高壓缸溫度達(dá)到460 ℃時，發(fā)出Warning報(bào)警信號至DCS，當(dāng)溫度達(dá)到495 ℃時，發(fā)出Alarm報(bào)警信號至DCS，通過2個不同等級的報(bào)警提醒運(yùn)行控制人員合理調(diào)整參數(shù)，控制排汽溫度。第二階段：調(diào)整進(jìn)汽量。超高壓缸排汽溫度進(jìn)一步升高后，汽輪機(jī)DEH排汽溫度控制器會自動調(diào)整各汽缸進(jìn)汽流量，當(dāng)超高壓缸排汽溫度達(dá)到限制值（Y）時（限制值為超高壓缸轉(zhuǎn)子溫度），其函數(shù)值如表2所示，超高壓缸排汽溫度高，控制器動作，由函數(shù)關(guān)系

+中調(diào)開度得出中壓調(diào)閥的開度指令（負(fù)荷大于100 MW，此控制器退出不參與調(diào)節(jié)），降低進(jìn)入中壓分汽缸的流量，增大進(jìn)入超高壓分汽缸的蒸汽流量。第三階段：切缸。此時超高壓缸排汽溫度進(jìn)一步升高，當(dāng)超高壓缸排汽溫度達(dá)到限制值時（限制值為超高壓缸轉(zhuǎn)子溫度對應(yīng)的函數(shù)值減35 ℃），如表3所示，切除超高壓缸，開啟超高排通風(fēng)閥，切斷超高壓缸進(jìn)汽。第四階段：跳機(jī)。超高壓缸排汽溫度仍然升高，當(dāng)超高壓缸排汽溫度當(dāng)?shù)较拗浦禃r（限制值為超高壓缸轉(zhuǎn)子溫度對應(yīng)的函數(shù)值），如表3所示，為保護(hù)超高壓缸末級葉片不被燒損，汽輪機(jī)跳閘。

2.3.2? ? 高壓缸排汽溫度高的控制策略

在高壓缸排汽溫度上升過程中，該汽輪機(jī)通過5個階段對其排汽溫度進(jìn)行控制。第一階段：報(bào)警。高缸排汽溫度高的報(bào)警等級分為2個，即Warning和Alarm，具體為當(dāng)超高壓缸溫度達(dá)到450 ℃時，發(fā)出Warning報(bào)警信號至DCS，當(dāng)溫度達(dá)到480 ℃時，發(fā)出Alarm報(bào)警信號至DCS，和超高壓缸相同，通過2個不同等級的報(bào)警提醒運(yùn)行控制人員合理調(diào)整參數(shù)，以控制排汽溫度。第二階段：調(diào)整進(jìn)汽流量。高壓缸排汽溫度進(jìn)一步升高，汽輪機(jī)DEH高壓缸排汽溫度高，控制器動作，自動調(diào)整進(jìn)汽流量，具體為當(dāng)高壓缸排汽溫度達(dá)到限制值（Y）時（限制值為高壓缸轉(zhuǎn)子溫度對應(yīng)的函數(shù)值），如表2所示，高壓缸排汽溫度高，控制器動作，根據(jù)函數(shù)關(guān)系

+中調(diào)開度得出中壓調(diào)閥的開度指令，從而限制進(jìn)入中壓分汽缸的流量，增加進(jìn)入超高、高中壓分汽缸的流量。第三階段：切除超高壓分汽缸。若通過調(diào)整進(jìn)汽量仍無效，高壓缸排汽溫度進(jìn)一步升高，當(dāng)達(dá)到限制值時（限制值為高缸轉(zhuǎn)子溫度函數(shù)值），如表4所示，汽輪機(jī)自動切除超高壓缸，以提高進(jìn)入高壓缸的流量。第四階段：切除高壓缸。在解除超高壓缸后，若汽輪機(jī)高壓缸排汽溫度仍進(jìn)一步上升，當(dāng)排汽溫度達(dá)到一定值（此值為高缸轉(zhuǎn)子溫度對應(yīng)的函數(shù)值減35 ℃），如表3所示，汽輪機(jī)自動切除高壓缸，開啟高排通風(fēng)閥，切斷高壓缸進(jìn)汽。第五階段：跳閘。在通過以上控制措施無效后，高壓缸排汽溫度仍然升高，當(dāng)高壓缸排汽溫度升高達(dá)到限制值時（限制值為高壓缸轉(zhuǎn)子溫度對應(yīng)的函數(shù)值），如表3所示，為保護(hù)汽輪機(jī)高壓缸末級葉片，汽輪機(jī)跳閘。

3 實(shí)際運(yùn)行過程中存在問題及改進(jìn)建議

（1）排汽溫度報(bào)警值設(shè)定不合理。由以上分析可知，實(shí)際超高排汽溫度已達(dá)調(diào)整進(jìn)汽量限值才會觸發(fā)報(bào)警，因此把報(bào)警值設(shè)為表2中對應(yīng)超高壓轉(zhuǎn)子溫度的函數(shù)減15 ℃則為Warning報(bào)警值，超高壓轉(zhuǎn)子溫度的函數(shù)減5 ℃則為Alarm報(bào)警值。高壓缸排汽溫度報(bào)警同理。

（2）汽輪機(jī)經(jīng)過長期實(shí)踐運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，如果機(jī)組已帶負(fù)荷運(yùn)行后將高壓缸或超高缸切除，再重新將超高壓缸或高壓缸并入，往往蒸汽溫度和超（高）壓缸金屬溫度很難匹配，并缸操作難以實(shí)現(xiàn)。造成排汽溫度高的原因主要為蒸汽流量低，而往往蒸汽流量低都發(fā)生在并網(wǎng)前，因此，建議機(jī)組并網(wǎng)后將切缸邏輯退出，不參與調(diào)節(jié)。

（3）若機(jī)組已帶負(fù)荷運(yùn)行，而超（高）壓缸排汽溫度仍然較高，此時應(yīng)該懷疑是汽輪機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)問題而非進(jìn)汽流量造成，若再調(diào)整各缸進(jìn)汽量，往往會造成機(jī)組出力波動大且機(jī)組參數(shù)難以控制的情況。因此，建議機(jī)組負(fù)荷大于150 MW時，將“排汽溫度高調(diào)整進(jìn)汽量”邏輯退出，不參與調(diào)節(jié)，以免機(jī)組負(fù)荷及參數(shù)大幅波動，對設(shè)備造成一定的損壞。

4 結(jié)語

二次再熱機(jī)組在國內(nèi)火電機(jī)組中的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)相對比較欠缺。本文總結(jié)了某1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組排汽控制方面的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及控制策略，對同類型機(jī)組的排汽溫度控制具有一定的借鑒意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 夏冰.大型超超臨界汽輪機(jī)建模及安全分析[D].上海：上海交通大學(xué)，2015.