燃氣輪機聯合循環機組旁路控制說明

王銘

摘 要：本文對燃氣輪機聯合循環機組汽機旁路控制系統的調節方式、控制方式及其作用進行了簡單的介紹和分析。國內投運的M701F型燃氣輪機肩負著電網要求的日起停、調峰、調頻需求。其中旁路系統起到極其重要的功能性作用。

關鍵詞：燃氣輪機聯合循環機組；旁路系統

燃氣輪機聯合循環機組由以下三部分構成：燃氣輪機、蒸汽輪機、發電機，機組的主要做功部分是燃氣輪機和余熱鍋爐。燃氣輪機在做功的同時，將高溫度的排氣排入余熱鍋爐進行二次利用，加熱余熱鍋爐中的除鹽水，進行蒸汽輸出。蒸汽進入蒸汽輪機進行做功，旁路控制閥和主蒸汽調節閥用于調節氣包壓力及控制蒸汽品質。旁路控制參數的設定關系著機組的優化運行。本文著重介紹、分析了我公司聯合循環燃機旁路系統的邏輯和工作狀況。

1 旁路控制系統分析

M701F型燃氣輪機配置的旁路系統為100%流量閥門。隨著燃機的啟動，旁路系統可以讓余熱鍋爐出口蒸汽的溫度、壓力快速提升，讓汽機盡快進汽做功。旁路系統還兼具著保護汽輪機的功能，當機組發生跳機或甩負荷時，旁路系統迅速將主蒸汽隔離，避免汽機超壓。

旁路控制系統功能介紹：

（a）燃氣輪機啟動時，排氣溫度低，鍋爐出口蒸汽溫度、壓力不達標，旁路系統將這些蒸汽排入凝汽器，并盡快讓蒸汽品質達到進氣要求提升汽機啟動時間。

（b）燃氣輪機運行時，旁路控制閥跟蹤主蒸汽壓力設定，配合主蒸汽調節閥進行壓力控制，避免蒸汽壓力波動。

（c）燃氣輪機處于跳閘、甩負荷等極端狀態時，旁路閥將蒸汽隔離，避免汽機超壓，確保機組安全。

（d）燃氣輪機負荷快切時，旁路系統可以對汽輪機進行溫度保護，避免溫差大引起的缸體變形。

（e）當余熱鍋爐氣包蒸汽壓力過高，在安全閥動作前，旁路閥盡快投入，避免蒸汽故障排放，緩解壓力過高的同時合理回收蒸汽。

（f）旁路系統在燃氣輪機啟動時可以進行再熱蒸汽加熱，優化提升熱效率。

旁路控制有三種控制模式：最小壓力控制模式；備用壓力控制模式；實際壓力跟蹤控制模式。

1.1 最小壓力控制模式

燃氣輪機啟動階段，燃機排氣溫度較低，余熱鍋爐出口蒸汽品質不滿足汽機進氣要求，使用最小壓力控制模式進行旁路控制，確保主汽閥的閥前蒸汽壓力高于閥門開啟的最小設定值。旁路閥的控制設計選取了燃機負荷進行曲線控制。

處于最小壓力控制模式，壓力設定初始值為某一常數。隨著燃機功率的增加，燃機排氣溫度會跟著增加，加快余熱鍋爐做功，蒸汽壓力升高。汽輪機主蒸汽閥的開啟選用順序控制，燃機啟動后，汽機旁路閥處于全開狀態，旁路的最小壓力設定也成為變量，該參數根據汽機功率進行計算，旁路閥慢慢由全開運行到50%開度，配合蒸汽閥門調節閥前蒸汽壓力。

1.2 備用壓力控制模式

燃氣輪機正常運行后，排氣溫度慢慢上升。汽機主蒸汽調節閥程序控制開啟，蒸汽品質合格后的主蒸汽進入汽輪機做功，汽輪機旁路閥由50%開度關閉到0%開度，備用壓力控制模式在該階段接手旁路閥的控制，通過使用“實際壓力+偏置”的參數設定，對汽輪機進行超壓保護，當壓力高出時，旁路閥立即開起，將汽輪機進氣壓力降低到正常值。

1.3 實際壓力跟蹤模式

在燃機起動和控制模式轉換時使用實際壓力跟蹤模式。該模式提高了對汽包水位的控制能力。控制系統根據汽機的啟動模式分為三種速率來進行控制信號的限速器調速。汽機啟動模式通過高壓缸進口金屬溫度判定。通過限速器后的控制信號與預熱鍋爐出口蒸汽壓力通過計算進行旁路閥的控制。

1.4 高、中壓旁路溫度控制

高、中壓旁路溫度控制系統用于在機組起停和汽輪機跳閘階段的余熱鍋爐再熱器保護。高、中壓旁路溫度控制系統主要由旁路閥和噴水減溫器構成。當高、中壓旁路蒸汽溫度過高時，會對再熱器造成超溫傷害，此時需要進行噴水減溫，噴水減溫的噴水量由旁路閥閥后蒸汽溫度進行計算。針對噴水閥響應速度慢的缺點，我方對噴水閥進行了前饋控制設定，通過對主蒸汽壓力和旁路閥閥位的監控進行比例積分計算，加快了噴水閥的動作速度，達到了更好的控制效果。

以下狀態，閥門將保持原有開度。

1）高壓汽輪機旁路蒸汽溫度信號反常；

2）高壓汽輪機旁路噴霧控制閥手動。

2 旁路控制系統從啟動到停機的工作狀況說明

2.1 旁路壓力控制系統機組啟動說明

燃氣輪機起動階段，余熱鍋爐產生的蒸汽品質不符合汽輪機進汽條件，同時為了穩定汽包水位，汽輪機旁路閥需一定開度。從燃氣輪機點火直到旁路閥開度大于最小開度（5%）之前，主蒸汽壓力控制模式處于實際壓力跟蹤控制。旁路閥開度大于5%后，主蒸汽壓力處于最小壓力控制模式，壓力設定值以預設的增速率增加而稍微小于實際壓力。蒸汽參數達到汽輪機進汽條件后，旁路閥開度達到最大值，主蒸汽調節閥開始開啟，旁路閥逐漸關閉。當機組負荷大于50%時，旁路閥關閉，主蒸汽調節閥全開，主蒸汽壓力轉為備用壓力控制模式。各旁路閥的備用壓力設定值將根據主蒸汽壓力函數曲線設定而稍微大于主蒸汽實際壓力。

2.2 旁路壓力控制系統機組停機說明

燃氣輪機聯合循環機組停機階段，將機組負荷減少到一半，低壓主蒸汽調節閥往汽機透平冷卻位置關閉，此時低壓缸蒸汽進氣為透平冷卻蒸汽，保護停機過程中的缸體溫降。低壓旁路閥處于最小壓力控制模式。當低壓主汽閥關到透平冷卻位置后，高壓、中壓主氣閥處于全關位置，同時調節閥進行程序關閉。在該過程中，旁路閥由備用壓力控制模式切換到最小壓力控制模式，用于配合高壓、中壓主蒸汽調節閥關閉。

3 結論

M701F型燃機汽機聯合循環機組為滿足電網的日啟停、調頻、調峰需求。

使用旁路控制系統可以更快的提高余熱鍋爐的蒸汽品質，讓汽輪機更快進氣做功。因此旁路系統在亂喝循環汽輪機運行中起到十分重要的作用。

參考文獻：

[1]莆田燃機調試報告.東方汽輪機有限公司.

[2]過程控制說明.三菱重工.