1000 MW超超臨界二次再熱機組中低壓旁路壓力控制邏輯設計

顧徐鵬（華東電力設計院有限公司，上海 200063）

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1000 MW超超臨界二次再熱機組中低壓旁路壓力控制邏輯設計

顧徐鵬
（華東電力設計院有限公司，上海 200063）

摘要：泰州電廠二期是國內首臺二次再熱燃煤機組，其旁路系統采用了100%BMCR高壓旁路加中低壓啟動旁路的三級串聯旁路系統。根據旁路系統配置方案，設計了一套中低壓旁路壓力的控制邏輯，該邏輯完全可以適應機組在啟動、停機和事故工況下對中低壓旁路系統的控制要求。

關鍵詞：二次再熱；旁路壓力控制；中壓旁路；低壓旁路。

泰州電廠二期是國內首個1000 MW超超臨界二次再熱燃煤電廠項目，建成后將成為世界上最大容量的二次再熱機組。主機參數為31 MPa/600/610/610℃，鍋爐采用上海鍋爐廠生產的超超臨界變壓直流爐，單爐膛、二次中間再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、塔式鍋爐。汽輪機為上海汽輪機有限公司生產的超超臨界、二次中間再熱、單軸、五缸四排汽、凝汽式汽輪機。泰州電廠二期設計THA工況下機組熱耗率僅7094 kJ/kWh，而傳統1000 MW一次再熱機組的熱耗率一般約為7300 kJ/kWh，可見熱耗率大大降低，機組投產后將節約更多的燃煤，對節能減排有重要的意義。

二次再熱機組的系統結構與一次再熱機組有許多不同，且更為復雜。因此，如何控制這樣復雜的系統，使其安全、高效地運行，也是該項目進行過程中大家重點研究和需要突破的一項課題。本文將對泰州電廠二期旁路系統的設置進行介紹，并詳細分析中低壓旁路選型、及壓力控制邏輯的設計方案。

1 泰州二期旁路系統簡介

泰州電廠二期設置了高、中、低壓三級串聯旁路，系統示意圖見圖1。

圖1 泰州電廠二期旁路系統示意圖

第一級高壓旁路是從鍋爐過熱器出口到一次再熱冷段，高旁按100%BMCR容量設計，由4路閥門組成。高旁為“三用閥”系統，既可以替代過熱器安全閥，在過熱器超壓時快開溢流，又可以作為主汽壓力調節閥，在機組啟動過程、或甩負荷過程中控制主蒸汽壓力，并在機組正常運行時跟蹤運行壓力，壓力超過設定值時立即進行調節。

第二級中壓旁路是從一次再熱蒸汽熱段至二次再熱冷段，按啟動工況最大主蒸汽流量加高旁減溫水量選型，由2個半容量旁路調節閥組成。

第三級低壓旁路是從二次再熱蒸汽熱段至凝汽器，按啟動工況最大蒸汽流量加中旁減溫水量選型，由2個半容量旁路調節閥組成。

該旁路系統可以滿足汽輪機超高、高、中壓缸聯合啟動的要求，在各啟動工況下使蒸汽溫度和汽輪機金屬溫度匹配，縮短啟動時間，回收工質，并在啟動和事故過程中，保證再熱器流量，防止再熱器干燒。由于中、低旁均按啟動工況選型，機組將不考慮實現快速減負荷（Fast Cut Back， FCB）功能。

表1 泰州電廠二期中、低壓旁路閥主要選型參數

2 中低壓旁路選型

泰州二期中、低壓旁路都是按啟動工況加減溫水流量來進行選型的，中、低旁調節閥在各種啟動工況下的主要選型參數見表1。若中、低壓旁路均采用100%BMCR容量，雖然可以實現FCB，使機組運行有更大的靈活性，但為了甩負荷時接受所有蒸汽，必須加大凝汽器換熱面積，而且本期工程二次再熱蒸汽壓力相比于傳統一次再熱機組再熱蒸汽壓力要低，進入低旁的蒸汽比容更大，選用100%BMCR容量低壓旁路會導致低旁蒸汽管道過粗、調節閥口徑過大，對設備布置帶來很大困難，所以從設備安裝位置和技術經濟性等方面考慮，按啟動工況選型更為合適。而高壓旁路之所以按100%BMCR選型，是因為鍋爐啟動時要求的蒸汽流量較大，按照啟動參數選型得到的高旁閥門折算到額定參數下的通流量已超過80%BMCR，且全容量高壓旁路還可以替代過熱器安全閥的功能，使得100%BMCR的高旁方案有更好的經濟性。

另外，凝汽器廠家要求進入凝汽器的蒸汽參數不能高于0.24 MPa（a）、127℃，低壓旁路調節閥按最大啟動參數選型后，可以保證各啟動工況下閥后壓力滿足不大于0.24 MPa（a）。但這樣選型得到的旁路調節閥當二次再熱蒸汽運行在額定工況時，閥門開啟后的閥后壓力根據其閥門特性，肯定會超過凝汽器限值，所以必須在混合物進入凝汽器前加裝消能器。消能器可以減低低旁閥后汽水混合物的壓力、減小速度、降低噪音、保護凝汽器冷卻水管道，同時也起到了減小旁路閥、管道尺寸的作用（因為不加裝消能器，為滿足凝汽器入口參數要求就必須增大旁路閥門和進出口管道尺寸）。

3 中低壓旁路壓力控制

中、低壓旁路控制器包含兩個主要回路，壓力控制和溫度控制。壓力控制器通過旁路閥位控制再熱蒸汽壓力，溫度控制器通過噴水調節閥控制旁路出口溫度或焓值。中、低壓旁路的壓力控制較為相似，下面就對其控制方案作詳細介紹。

3.1 中旁壓力控制

中壓旁路調節閥主要根據一次再熱蒸汽壓力來控制的，目標是使一次再熱熱段蒸汽參數滿足汽輪機超高、高、中壓缸聯合沖轉的需要。壓力控制最主要的部分是壓力設定值的生成，它需要在機組啟動、調負荷、甩負荷、正常停機等過程中準確生成壓力控制目標，其核心是速率控制器，它在所有的運行狀態合理地限制壓力的變化率，保證閥體、管道不會因為溫度、壓力的瞬間變化而出現損壞。

圖2為中旁壓力控制框圖。在機組啟動過程中，當高旁最大開度大于3%時，中旁壓力控制器記錄當前一次再熱蒸汽壓力作為初始設定值。隨著鍋爐繼續升負荷，一次再熱蒸汽壓力升高，使中旁調節閥逐漸打開，這樣可保證在啟動過程中有足夠的流量來冷卻一次再熱器，防止再熱器干燒。當一次再熱蒸汽壓力大于沖轉壓力目標值，或者中旁開度已大于70%時，中旁壓力控制器將切換到定壓控制方式，控制器保持一次再熱蒸汽在一個較低的壓力，即按啟動曲線確定的高壓缸沖轉壓力，目的是為了保證低負荷運行期間超高壓缸有一個合理的壓比，保證超高壓缸的通流，避免超高壓缸出現小流量、高背壓，導致鼓風摩擦過大，末級葉片過熱，排汽溫度升高而引發的汽輪機跳閘。

當汽機沖轉完成后，汽輪機將接受所有一次再熱蒸汽，中旁調節閥也在沖轉過程中逐漸關小至全關，中旁壓力控制器切換到壓力跟蹤方式（B方式），使用根據滑壓曲線確定的一次再熱蒸汽壓力加上一定閾量作為其壓力設定值，在保證中旁關閉的同時，時刻監視中旁前壓力，超壓時打開中旁溢流。

當機組運行中出現發電機解列或汽輪機跳閘等異常工況（高旁切換成C模式）時，旁路將切換回滑壓曲線確定的壓力目標值來控制中旁，直到機組運行回到正常狀態。當鍋爐停機時，中壓旁路壓力設定值是主蒸汽實際壓力的0.5倍與11 MPa取小，從而確保中旁關閉，維持一次再熱器壓力。

3.2 低旁壓力控制

低旁壓力控制策略與中旁基本一致，同樣在高旁開度大于3%時低旁投入壓力控制，控制二次再熱蒸汽壓力滿足中壓缸的沖轉要求，并使一再、二再有合理的壓比，保證高壓缸的通流。沖轉完成進入正常運行后，設定值切換到滑壓曲線加0.5 MPa的裕量，使低旁壓力控制器跟蹤運行壓力，超壓時開啟低旁進行調節。

由于低壓旁路最終將蒸汽排放至凝汽器，為保護凝汽器，還設置了如下的低旁快關條件：

（1）凝汽器熱井水位高。

（2）凝汽器的真空低。

（3）低壓缸的排汽溫度高。

（4）低旁減溫水壓力低。

圖2 中旁壓力控制框圖

4 結論

泰州二期電廠作為國內首臺二次再熱機組，其主機設計方案經過了不斷的論證和修改。熱控工程師也在設計過程中不斷與工藝系統設計人員進行溝通，了解設計思路、選型方案，最終形成了控制邏輯。本文介紹了泰州電廠二期百萬千瓦級二次再熱機組的旁路系統配置，詳細分析了中、低旁的選型方案，并結合以往工程經驗設計了一套中低壓旁路壓力控制邏輯方案，該方案能滿足機組各種工況下的控制要求。

參考文獻：

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［5］ 朱介南，等.一種新的機組旁路系統控制策略的設計與應用［J］.熱力發電，2010，（9）.

中圖分類號：TM621

文獻標志碼：A

文章編號：1671-9913（2016）02-0018-04

* 收稿日期：2016-02-17

作者簡介：顧徐鵬（1985- ），男，江蘇啟東人，助理工程師，從事電廠熱工控制系統設計工作。

Design of Bypass Pressure Control Logic in 1000 MW Ultra-supercritical Second Reheat Units

GU Xyu-peng
（East China Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200063， China）

Abstract:Taizhou Power Plant Phase II is the first double reheat coal fired power plant in China. It has a 3 stage cascade bypass system which contains a 100% BMCR HP bypass， an IP bypass for startup and a LP bypass for startup also. Based on the configuration of the bypass system， a control logic plan of IP and LP bypass pressure will be proposed. These logics are suitable for the control requirements in different operation conditions such as startup，shutdown and system failure.

Key words:double reheat； bypass pressure control； IP bypass； LP bypass.