660 MW超临界机组旁路控制系统应用

0 引言

机组的启动方式主要分为不带旁路和带旁路两种，不带旁路的启动适用于高压缸启动方式，带旁路启动方式有高压缸启动、中压缸启动和高中压缸联合启动。现在国内大容量机组基本都采用带旁路启动方式。旁路系统在结构上有一级大旁路系统、两级串联旁路系统和三级旁路系统三种典型方式。

旁路容量的选择主要取决于旁路功能：具有再热器保护的启动旁路可选择设计容量为15%～30%MCR；具有大范围负荷波动、电气故障、汽机带厂用电的功能可选择设计容量为30%～50%MCR；具有汽轮机跳闸不停炉的功能可选择设计容量为30%～50%MCR；要求具有安全阀功能的可选择设计容量为小于等于100%MCR。

旁路系统的主要功能：（1）加快锅炉蒸汽参数的提升，缩短机组启动时间；（2）回收工质，减少PCV阀和安全阀的动作，减少向空排放，改善对环境的噪声污染；（3）使锅炉再热器得到足够的冷却蒸汽，避免再热器超温；（4）控制锅炉蒸汽参数，使其和汽机汽缸和转子允许金属温度相匹配，减少热应力，缩短机组启动时间，降低汽轮机寿命损耗。

1 高压旁路的压力控制策略

某发电厂高旁的压力控制主要分为最小压力控制模式、压力上升模式、固定压力模式和压力跟踪模式。

（1）最小压力控制模式。冷态点火初期是最小开度控制，控制旁路的最小开度以保证启动蒸汽迅速进入过热器和再热器，维持最小开度直到主蒸汽压力达到最小压力值；随锅炉燃烧的加强，当主蒸汽压力上升到最小压力时，高压旁路控制系统根据压力偏差开启高旁阀，增大高旁的进汽量，直达高旁阀位大于30%。

对于高、低旁路串联方式构成的旁路系统，在机组启动过程中，高、低旁路必须协调动作，才能完成旁路系统的功能。在汽机未冲转之前，锅炉产生的新蒸汽经高压旁路进入再热器，再热器送出的蒸汽将由低压旁路通流至凝汽器。某发电厂低旁的压力控制主要分为最小压力控制模式、压力上升模式、固定压力模式、压力跟踪模式。

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（3）固定压力模式。当锅炉主汽压力达汽机冲转压力时，旁路系统进入固定压力模式。此时，压力设定值保持不变，以保证汽机启动时的主蒸汽压力，从而实现定压启动。

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压力设定值形成回路是高旁压力控制回路的核心部分。冷态点火初期压力设定值为0.5 MPa，而此时实际压力为0，无法打开旁路阀，为此需要强制旁路阀最小开度，从PID块输出下限来实现；当实际主汽压力升到0.45 MPa，高旁阀位在30%以上时，进入压力上升模式后主汽压力设定值由0.5 MPa以一定速率向目标值8.92 MPa增加；当实际主汽压力达到8.92 MPa后，高旁设定值维持8.92 MPa，以便随时冲转；并网后进入压力跟踪模式，为保证高旁关闭，从图1可知其设定值为大于实际主汽压力1.0 MPa。

（4）压力跟踪模式。进入压力跟踪模式后，主蒸汽压力设定值自动跟踪主蒸汽压力实际值PT，并且只要新蒸汽压力的变化率小于所设定的升压率，则压力定值总是稍大于压力实际值，从而保证高旁阀保持在关闭状态。

  

图1 高旁压力控制原理图

2 低压旁路的压力控制策略

（2）压力上升模式。切换到此模式时主汽压设定值会以一定速率向冲转压力逼近，直到主蒸汽压力上升到汽机冲转压力。

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当锅炉有火后进入最小压力模式，压力目标值0.8 MPa，上升速率手动设定，压力设定值按照设定速率上升，实际再热汽压升到0.2 MPa，切到压力上升模式，实际再热汽压升到0.8 MPa，切到固定压力模式，设定速率自动切到0，将压力稳定在0.8 MPa，当并网之后负荷带到100 MW且低旁阀关闭，切到压力跟踪模式。其控制原理图如图2所示。

  

图2 低旁压力控制原理图

3 高低旁路的温度控制策略

高旁减温水的主要作用是保证高旁阀后温度稳定且不超温，以保护锅炉再热器。当高旁蒸汽阀投自动时应联动高旁减温水投自动，某发电厂高旁温度调节系统是带有高旁阀位前馈信号的单回路调节系统，由于流经低旁进入凝汽器的饱和蒸汽采用传统的闭环温度控制容易出现湿度过大或者过小的现象，很容易对凝汽器冷却管造成冲刷，该厂低压旁路温度控制策略基于能量平衡原理来控制低旁阀后蒸汽焓值，由低旁压力阀开度和再热蒸汽压力估算出低旁蒸汽流量，根据再热器压力、温度和低旁后焓值计算出蒸汽的焓降，该焓降与低旁蒸汽流量乘积除以低旁阀后蒸汽焓值与精处理出口压力和温度计算出减温水的焓值之差，从而计算出理论减水量，再通过低旁减温水调节阀的通流特性函数反算出阀位指令。为了防止出现低旁出口温度高联关旁路情况，适当加大低旁减温水调节阀最小开度（当低旁开度大于2%时，减温水调节阀开度马上开到20%）。

4 结语

该旁路控制采用五个模式对高低旁路压力进行控制，控制思路清晰直观，投入效果较好；在低旁减温水控制方面抛弃传统的温度单回路调节方案采用了基于能量平衡控制策略，解决了许多电厂因为低压旁路出口温度高联关旁路的问题。目前，上述控制方案已经在某发电厂2×660 MW机组得到了很好的实践，减轻了运行人员的劳动强度，并获得运行人员好评，也为同类型机组旁路控制策略的制定提供了一些新的思路。