汽輪機(jī)旁路控制策略的研制與應(yīng)用

1  引言
    
    　濟(jì)鋼余熱發(fā)電二期工程是三套組成 “2+2+2+1”建制的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，即每單元有兩臺(tái)煤壓機(jī)，兩臺(tái)燃機(jī)，兩臺(tái)鍋爐，一臺(tái)汽機(jī)組成。
   
    　蒸汽輪機(jī)是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程發(fā)電的主體設(shè)備之一，利用蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能，由于汽機(jī)發(fā)電機(jī)組在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)又處于高溫高壓下運(yùn)行，因此汽機(jī)控制系統(tǒng)連鎖控制，保護(hù)具有重要意義。

   　 汽機(jī)系統(tǒng)采用dcs系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要包括汽機(jī)蒸汽系統(tǒng)壓力、溫度等的檢測(cè)、旁路系統(tǒng)、eh油系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)的檢測(cè)及相關(guān)控制。汽機(jī)的旁路系統(tǒng)為高低壓串聯(lián)系統(tǒng)，在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中可以加速工質(zhì)的循環(huán)過(guò)程，提高機(jī)組的升溫、升壓速度，并根據(jù)壓力設(shè)定值控制減壓閥的開(kāi)度使系統(tǒng)不致超壓。在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)可以有效地保護(hù)汽輪機(jī)并回收工質(zhì)。
            
2  控制系統(tǒng)
    
   　 2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
   
  　  控制系統(tǒng)采用dcs集散控制系統(tǒng)，采用可靠的冗余技術(shù)。由上位監(jiān)控站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、通訊網(wǎng)絡(luò)ethernet幾部分組成。包括中央i/o單元、擴(kuò)展i/o單元、cpu模塊、連接模塊、各種i/o模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制等功能。dp網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程站，通訊網(wǎng)絡(luò)ethernet用于連接監(jiān)控站并傳輸數(shù)據(jù)。
   
   　 操作平臺(tái)windows2000 professional+sp4，開(kāi)發(fā)軟件為包括：control builder f專(zhuān)業(yè)軟件。用于硬件配置，過(guò)程級(jí)和操作員站的組態(tài)，建立一個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　digivis中文版 。用于流程顯示、報(bào)警信息管理、趨勢(shì)歸檔、各種記錄、系統(tǒng)診斷、操作控制等。
   
   　 control it basic (xxx點(diǎn))。i/o點(diǎn)數(shù)的限制。
   
  　  trend server作為趨勢(shì)服務(wù)器，收集歷史記錄。
   
   　 控制系統(tǒng)下位編程軟件的實(shí)施過(guò)程中，針對(duì)工藝流程及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)，信號(hào)處理、電動(dòng)門(mén)控制、gps時(shí)鐘同步、系統(tǒng)通訊等功能采用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，調(diào)節(jié)回路組態(tài)采用功能圖開(kāi)發(fā)方式。

    　監(jiān)控界面完成系統(tǒng)的模擬量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量、溫度量，保護(hù)信息等的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、判別、報(bào)警、保護(hù)，事件順序記錄（soe），報(bào)表統(tǒng)計(jì)，曲線(xiàn)分析，并根據(jù)需要向現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)測(cè)控單元層發(fā)布命令實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)。該界面友善、方便、數(shù)據(jù)庫(kù)安全、可靠。在集中控制室內(nèi)操作，控制臺(tái)是機(jī)組運(yùn)行監(jiān)視、控制的中心，控制臺(tái)上布置有crt操作站。除了保留幾個(gè)緊急事故按鈕外，全部采用上位機(jī)操作，也可用大屏幕對(duì)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控、操作。
   
    　2.2 主要功能及控制策略
   
  　  汽機(jī)啟動(dòng)分為三種模式：自動(dòng)、手動(dòng)、半自動(dòng)。當(dāng)啟動(dòng)完成后，汽機(jī)速度控制在最小速度。在怠速/額定狀態(tài)下最小速度為怠速值，在順序啟動(dòng)狀態(tài)下最小速度低怠速值。自動(dòng)順序啟動(dòng)完成了從低怠速保持至暖機(jī)，到高怠速，到設(shè)定的比率速度的整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)完成。暖機(jī)時(shí)間及加速速率取決于汽機(jī)是冷啟或熱啟。
   
    　為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，在汽輪機(jī)上一般設(shè)置了各種自動(dòng)保護(hù)設(shè)備。當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過(guò)機(jī)組安全運(yùn)行允許的范圍時(shí)，它將及時(shí)動(dòng)作，使汽輪機(jī)自動(dòng)停機(jī)，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。旁路系統(tǒng)裝置是發(fā)電機(jī)組重要的設(shè)備，旁路系統(tǒng)設(shè)備的可靠性對(duì)電廠(chǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響較大，它確保熱力設(shè)備啟動(dòng)和運(yùn)行安全；盡量延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命；提高機(jī)組的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
            
3  旁路系統(tǒng)（bpc）
    
   　 旁路系統(tǒng)控制策略能夠滿(mǎn)足機(jī)組在啟動(dòng)、正常運(yùn)行、甩負(fù)荷工況下，各閥門(mén)自動(dòng)或手動(dòng)（遙控操作）的進(jìn)行快速啟動(dòng)。能保證當(dāng)主汽、再熱蒸汽運(yùn)行壓力、溫度超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)，旁路裝置能自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉，并按機(jī)組運(yùn)行情況進(jìn)行壓力、溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，直到恢復(fù)正常值。旁路系統(tǒng)保證新蒸汽的壓力或溫度高于設(shè)定的工作壓力時(shí)，能夠及時(shí)打開(kāi)，放掉一部分蒸汽，從而保證進(jìn)入主汽門(mén)的壓力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。進(jìn)入旁路的蒸汽最終進(jìn)入凝汽器，由于蒸汽溫度較高，在旁路系統(tǒng)設(shè)有二級(jí)減溫。另外，在旁路系統(tǒng)備有聯(lián)鎖，當(dāng)系統(tǒng)中某些工藝參數(shù)不滿(mǎn)足時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的快開(kāi)或快關(guān)動(dòng)作。旁路流程如圖1。

         　　　　　　　　　　　　　　　   圖1  旁路流程圖
   
 　   3.1 功能設(shè)置
   
   　 汽機(jī)旁路為高、低壓兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)。高壓旁路被控對(duì)象為減壓閥、噴水隔離閥、噴水調(diào)節(jié)閥；低壓旁路為減壓閥、一級(jí)噴水調(diào)節(jié)閥、二級(jí)噴水閥。所有閥門(mén)由單速電動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)。旁路控制系統(tǒng)有啟動(dòng)、溢流和安全三個(gè)主要功能（即三用閥功能），此外還有回收工質(zhì)、暖管、清洗、減少汽閥和葉片侵蝕等功能。

   　 （1）啟動(dòng)功能：其目的是為改善機(jī)組的啟動(dòng)特性而設(shè)置的。可以提高鍋爐在啟動(dòng)過(guò)程中的燃燒率；使蒸汽溫度與汽輪機(jī)缸溫得到最佳匹配；從而縮短機(jī)組啟動(dòng)的時(shí)間，減少壽命損耗。

    ?。?）溢流功能：其目的實(shí)際為吸收機(jī)、爐之間的不平衡負(fù)荷而設(shè)置的。可以排泄機(jī)組在負(fù)荷瞬變過(guò)度過(guò)程中的剩余蒸汽；調(diào)整穩(wěn)定爭(zhēng)氣壓力；維持鍋爐在不投油情況下的最低穩(wěn)燃負(fù)荷。

   　 （3）安全功能：取代鍋爐安全閥的功能。機(jī)組旁路系統(tǒng)投入備用后，當(dāng)機(jī)組的機(jī)前實(shí)際壓力與機(jī)組高壓旁路壓力設(shè)定值差值大于旁路超壓偏置設(shè)定值時(shí)，旁路系統(tǒng)將自動(dòng)參與壓力調(diào)節(jié)，維持主蒸汽壓力等于設(shè)定值。
   
  　  3.2  旁路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、控制和保護(hù)功能
   
  　  鍋爐點(diǎn)火前高、低壓旁路處于關(guān)閉狀態(tài)，旁路系統(tǒng)如投入自動(dòng)，系統(tǒng)按照一定的曲線(xiàn)開(kāi)啟閥門(mén)。當(dāng)達(dá)到汽機(jī)的沖轉(zhuǎn)參數(shù)時(shí)，deh向bpc發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，高、低壓旁路按照一定的邏輯關(guān)閉，正常工況下它不再開(kāi)啟。
   
   　 旁路系統(tǒng)可在啟動(dòng)工況提升汽溫、汽壓。機(jī)組在鍋爐點(diǎn)火至汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前，投入高、低壓旁路系統(tǒng)(也稱(chēng)高旁、低旁)可加快蒸汽升溫升壓速度，縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。并附有穩(wěn)定蒸汽壓力，以及在事故工況下的保護(hù)功能?？蛇m應(yīng)機(jī)組冷、熱態(tài)等各種條件下的啟動(dòng)要求；負(fù)荷變化過(guò)程的壓力調(diào)節(jié)；保護(hù)過(guò)熱、減少安全閥動(dòng)作、回收工質(zhì)等。并設(shè)有溢流功能。還可適應(yīng)汽輪機(jī)甩負(fù)荷維持空負(fù)荷運(yùn)行，汽輪機(jī)跳閘實(shí)現(xiàn)停機(jī)不停爐。

   　 （1）壓力控制:控制主蒸汽壓力，設(shè)有定閥位控制、定壓控制。低旁設(shè)有低壓力限值，設(shè)有高壓力限值，以保證機(jī)組升負(fù)荷后低旁閥位全關(guān)。溫度控制：控制高、低壓旁路閥后溫度，保持冷段蒸汽溫度及不使凝汽器溫度過(guò)高；可實(shí)現(xiàn)不同蒸汽流量工況下的變參數(shù)調(diào)節(jié)。
   
  　  2）保護(hù)功能：旁路閥快開(kāi)、快關(guān)功能：為了機(jī)組及設(shè)備的安全，快關(guān)優(yōu)先于快開(kāi)；高旁閥開(kāi)、低旁閥開(kāi)；低旁閥關(guān)、高旁閥關(guān)；快開(kāi)：在機(jī)組事故工況下，旁路快開(kāi)，起超壓保護(hù)作用；快關(guān)：高旁出口溫度過(guò)高或低旁關(guān)閉均使高旁快關(guān)；凝汽器真空低、凝汽器溫度高、凝汽器水位高、低旁減溫水壓力低等均使低旁快關(guān)。
   
    　3.3 旁路的控制策略
    
    ?。?）高壓旁路：在高旁閥控方式下，通過(guò)旁路主控畫(huà)面可設(shè)置目標(biāo)閥位和閥位變化率，來(lái)調(diào)整主汽壓力。高壓旁路壓力調(diào)節(jié)閥以電動(dòng)隔離門(mén)前蒸汽壓力為過(guò)程值當(dāng)高于設(shè)定值時(shí)打開(kāi)高壓旁路壓力調(diào)節(jié)閥，低于設(shè)定值時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。高旁控制原理如圖2。

         　　　　　　　　　　　　　　   圖2  高壓旁路控制原理
   
  　  y max -bp 閥位最大值設(shè)定； bp-高旁閥；p sactual -最終主汽壓力設(shè)定值； dp-壓力偏差設(shè)定；y s -閥位指令；bpe-高旁噴水閥； p steam -主汽壓力；  bd-高旁隔離閥； pt-比例積分器。
 
  　  （2）低壓旁路系統(tǒng)：低壓旁路系統(tǒng)的作用就是在啟動(dòng)或甩負(fù)荷時(shí)把再熱汽旁路到凝汽器， 以達(dá)到保護(hù)預(yù)熱器和汽輪機(jī)的目的，
   
  　  低壓旁路系統(tǒng)包括低旁壓力控制和低旁溫度控制兩套系統(tǒng)。
   
 　   低壓旁路在機(jī)組啟動(dòng)階段， 運(yùn)行人員可以設(shè)定最小壓力pm in (外給定1×105pa)來(lái)控制再熱器出口壓力，以維持一定的蒸汽流量通過(guò)預(yù)熱器。當(dāng)汽機(jī)沖轉(zhuǎn)后，壓力設(shè)定值ps隨汽機(jī)調(diào)速級(jí)壓力(代表汽機(jī)負(fù)荷) 變化而變化，低旁滑壓運(yùn)行。壓力設(shè)定值ps=p rh+$p，以保證lbp閥處于關(guān)閉狀態(tài)。為保護(hù)凝汽器，lbp閥設(shè)有快關(guān)裝置ssb，當(dāng)以下任一情況出現(xiàn)時(shí)， 快關(guān)裝置將會(huì)動(dòng)作， lbp閥在2s內(nèi)關(guān)閉：凝汽器壓力>-5.066×104pa；凝汽器溫度>80℃；噴水壓力<5×105pa；凝汽器水位高。
   
  　  對(duì)于低旁溫度控制系統(tǒng)是其控制系統(tǒng)的被調(diào)量不是低旁后溫度， 而是低旁減溫調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，即低旁溫度控制是一種隨動(dòng)調(diào)節(jié)。低旁減溫調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度是由再熱汽壓力、低旁減壓閥的開(kāi)度和再熱汽溫度共同決定的， 其表達(dá)式如下：
   
            令    ta=max(t-250，0)
            a=1+0.0043ta×0.14(0.5 p+1)
            b=f(p)×20+0.2
            c=1.18f(l)l
            則k=kp+a·b·c
   
   　 其中t為再熱汽溫度；p為再熱汽壓力；l為低旁減壓閥開(kāi)度；kp為低旁減溫水調(diào)節(jié)閥最小開(kāi)度；k為低旁減溫水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度。
    
　   3.4 旁路的安全控制及保護(hù)
   
    ?。?）以下任一條件滿(mǎn)足時(shí)，高旁減壓閥強(qiáng)關(guān)：
            
            汽機(jī)超速110%(旁路投入) ；
            高旁后溫度高于390℃(延遲10s) ；
            高旁噴水壓力低；
            deh 要求切除旁路。
   
  　  （2）無(wú)高旁強(qiáng)關(guān)信號(hào)，同時(shí)機(jī)前壓力大于6mpa時(shí)，以下任一條件發(fā)生時(shí)，高旁減壓閥強(qiáng)開(kāi)：
   
            汽機(jī)跳閘；
            發(fā)電機(jī)跳閘；
            機(jī)前壓力升壓過(guò)快。
   
   　 （3）低旁壓力保護(hù)。以下任一條件滿(mǎn)足時(shí)，低旁減壓閥強(qiáng)關(guān)：
           
            凝汽器真空低于(三取二) 85kpa ；
            低旁噴水壓力低；
            低旁后溫度高于190 ℃；
            凝汽器水位高，deh 要求切除旁路( 低旁進(jìn)口壓力低于0.11mpa)當(dāng)無(wú)低旁強(qiáng)關(guān)信號(hào)，同時(shí)低旁一級(jí)噴水閥大于10%，在以下任一條件滿(mǎn)足時(shí)，低旁減壓閥強(qiáng)開(kāi)：高旁強(qiáng)開(kāi)；汽機(jī)超速110%。
            
4  結(jié)束語(yǔ)
            
   　 機(jī)組運(yùn)行結(jié)果表明：bpc系統(tǒng)在鍋爐點(diǎn)火至汽輪機(jī)掛閘前的過(guò)程中起到了提升蒸汽溫度、壓力的作用，對(duì)提高機(jī)組的啟動(dòng)性能、縮短啟動(dòng)時(shí)間發(fā)揮了作用?？刂葡到y(tǒng)組態(tài)軟件透明、畫(huà)面豐富。電動(dòng)旁路系統(tǒng)與液動(dòng)旁路系統(tǒng)相比，具有易維護(hù)、易操作的優(yōu)點(diǎn)。保證了電廠(chǎng)可靠、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、爭(zhēng)取最佳效益、創(chuàng)清潔工廠(chǎng)起著重大作用。