汽輪機(jī)旁路控制策略的研制與應(yīng)用

1、汽輪機(jī)旁路控制策略的研制與應(yīng)用 作者:admin 來(lái)源: 時(shí)間:2008-07-10 閱讀:149 -摘 要 濟(jì)鋼余熱發(fā)電二期工程汽機(jī)系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，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)。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)揮了重要的作用。關(guān)鍵詞 BPS系統(tǒng) 甩負(fù)荷 超速The Practice of The Steam Turbine side loop controlWei Hong Liu YanboAbstract The waste heat generation proje

2、ct second phase adopts the control system of DCS. The set can effectively protect the turbine and recover the matter while lost load. Practice shows that BPC system cal raise steam temperature, encrease pressure when the boiler light-up and when the turbine held. It acts to the starting property of

3、the set and reduce the starting up time.Keywords BPS system, Losing load, Overspeed 1 系統(tǒng)概述濟(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

4、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)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)為Windows2000 Professio

5、nal 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?？刂葡到y(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

6、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。3 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)

7、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。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

8、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

9、閥和葉片侵蝕等功能。 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?？梢蕴岣咤仩t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?？梢耘判箼C(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。 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

10、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。可適應(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。 3.2.1 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

11、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)。3.2.2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3.3.1 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

12、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。3.3.2 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11

13、05Pa）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P s 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P s = 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2 s 內(nèi)關(guān)閉： 凝汽器壓力#gt; - 5.066104Pa； 凝汽器溫度#gt; 80； 噴水壓力#lt; 5105Pa； 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

14、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 0.004 3 Ta 0.14 （0.5 P 1）B = f （ P） 20 0.2C = 1.18 f （ L ） L則K = KP A #8226;B#8226;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。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。 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0.11M