聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)背壓試驗分析

摘 要：背壓運行工況是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)的運行模式之一。本文主要從以下三方面做了介紹：首先聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的常見工況介紹，其次說明了TAB與背壓實驗的關(guān)系，最后重點介紹了背壓試驗過程及遇到問題的解決方案。

關(guān)鍵詞：背壓試驗；TAB；聯(lián)鎖保護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.017

0 引言

背壓運行工況是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)通過SSS離合器實現(xiàn)的一種運行模式，該運行模式在燃機(jī)功率一定的情況下實現(xiàn)了對外供熱最大化。該工況很好的適應(yīng)了北方冬季供熱的需求，實現(xiàn)了熱電比合理優(yōu)化和企業(yè)利潤最大化的有機(jī)結(jié)合。

1 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的常見工況介紹

本論文源于北京京西燃?xì)鉄犭娪邢薰?，該公司?guī)模為上海電氣/西門子SGT5-4000F（4+）型燃機(jī)組成的1套“二拖一”和1套“一拖一”燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電供熱機(jī)組。

蒸汽輪機(jī)采用的是上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的三壓、再熱、雙缸、向下排汽、可背壓可純凝運行蒸汽輪機(jī)。汽輪機(jī)主系統(tǒng)圖見圖1。該汽輪機(jī)運行工況較多，主要包括純凝運行、抽凝運行、背壓運行和全切運行。下面簡要說明該論文涉及的抽凝運行和背壓運行兩個工況。

蒸汽輪機(jī)抽凝運行時，熱網(wǎng)蒸汽來自于余熱鍋爐的低壓主蒸汽和蒸汽輪機(jī)的中壓缸排氣，熱網(wǎng)蒸汽經(jīng)換熱后，經(jīng)疏水泵與凝結(jié)水前置泵出口凝結(jié)水混合，再經(jīng)過凝結(jié)水泵送入鍋爐尾部低壓省煤器，并進(jìn)入低壓汽包兼除氧器。余熱鍋爐產(chǎn)生的高壓、再熱過熱蒸汽分別進(jìn)入蒸汽輪機(jī)的高壓、中壓缸作功，一部分中壓缸排氣進(jìn)入低壓缸作功，一部分中壓缸排氣和低壓主蒸汽直接進(jìn)入熱網(wǎng)供熱，從而完成整套汽水循環(huán)。

蒸汽輪機(jī)背壓運行時，熱網(wǎng)蒸汽來依然自于余熱鍋爐的低壓主蒸汽和蒸汽輪機(jī)的中壓缸排氣，熱網(wǎng)蒸汽經(jīng)換熱后，經(jīng)疏水泵與凝結(jié)水前置泵出口凝結(jié)水混合，再經(jīng)過凝結(jié)水泵送入鍋爐尾部低壓省煤器，并進(jìn)入低壓汽包兼除氧器。余熱鍋爐產(chǎn)生的高壓、再熱過熱蒸汽分別進(jìn)入蒸汽輪機(jī)的高壓、中壓缸作功，低壓缸無蒸汽進(jìn)入而隨轉(zhuǎn)，中壓缸排氣和低壓主蒸汽直接進(jìn)入熱網(wǎng)供熱，從而完成整套汽水循環(huán)。

2 低壓缸TAB與背壓試驗的關(guān)系

TAB是啟動升程限制器，其主要作用為在其升降過程中根據(jù)邏輯設(shè)計去開關(guān)相應(yīng)的汽輪機(jī)的相關(guān)閥門或為開關(guān)相應(yīng)的閥門做準(zhǔn)備條件（關(guān)閉調(diào)閥的跳機(jī)電磁閥）。

TAB提供一個模擬量信號去中央低選邏輯。啟動前，和遮斷信號存在時，保證閥門可靠關(guān)閉。在啟動時，啟動裝置的信號高中壓缸TAB和低壓缸TAB同時開始升高，在汽輪機(jī)順控第十五步高中壓缸TAB升至62，低壓缸TAB升至100，使轉(zhuǎn)速控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，當(dāng)汽機(jī)達(dá)到正常速度，并且已并網(wǎng)后，在汽輪機(jī)順控第三十二步高中壓缸TAB升至100，這樣主控制器信號不再受限制。

由于該汽輪機(jī)具有抽凝運行和背壓運行工況，低壓缸TAB在相應(yīng)的工況轉(zhuǎn)換時會隨之升降。當(dāng)汽輪機(jī)由純凝運行轉(zhuǎn)換成抽凝運行時低壓缸TAB將由100降至62，當(dāng)汽輪機(jī)由抽凝運行轉(zhuǎn)換成背壓運行時低壓缸TAB將由62降至30。反之，當(dāng)汽輪機(jī)由背壓運行轉(zhuǎn)換成抽凝運行時低壓缸TAB將由30升至62，當(dāng)汽輪機(jī)由抽凝運行轉(zhuǎn)換成純凝運行時低壓缸TAB將由62升至100。低壓缸TAB在升降過程中動作的閥門詳見表1。

3 背壓試驗過程及相關(guān)聯(lián)鎖保護(hù)簡介

3.1 汽輪機(jī)由抽凝工況切換至背壓工況

在抽凝工況下，當(dāng)抽汽供熱負(fù)荷不斷上升，同時低壓缸的蒸汽流量已經(jīng)接近最小冷卻蒸汽流量時，即在最大抽凝工況下仍不能滿足供熱量的需求時可操作退出低壓缸，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)為背壓工況運行。

抽凝工況切換至背壓工況聯(lián)鎖保護(hù)：

（1）低壓缸連通管蝶閥、低壓缸啟動閥和低壓主汽閥全關(guān)后30秒內(nèi)低壓缸轉(zhuǎn)速沒有下降60rpm，則自動重新啟動低壓缸，取消低壓缸退出工作，聯(lián)通管抽汽調(diào)節(jié)閥逐步打開，快速增加汽輪機(jī)負(fù)荷15MW，恢復(fù)抽凝工況運行。

（2）SSS離合器脫開后30分鐘后（根據(jù)機(jī)組實際測量的惰走時間調(diào)整）低壓缸轉(zhuǎn)速仍然高于500rpm，則要求重新啟動低壓缸，運行人員確認(rèn)后啟動低壓缸。

3.2 汽輪機(jī)由背壓切換至抽凝工況：

背壓切換至抽凝工況發(fā)出指令，低壓缸TAB從30%升到62%，打開低壓缸低壓主汽門，低壓缸聯(lián)通管蝶閥保持全關(guān)，由低壓缸啟動閥沖轉(zhuǎn)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為660rpm，當(dāng)?shù)蛪焊邹D(zhuǎn)速上升至660rpm時，暖機(jī)結(jié)束后，目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為3000rpm，開始繼續(xù)升速在2950rpm時執(zhí)行SSS離合器預(yù)鎖定。低壓轉(zhuǎn)子3000rpm步后，此時汽輪機(jī)進(jìn)入抽凝模式。

在低壓缸沖轉(zhuǎn)過程中如中壓排汽不足以沖到3000轉(zhuǎn)，在滿足低壓補(bǔ)汽投入的條件下，由運行人員手動開啟補(bǔ)汽閥來提供沖轉(zhuǎn)所需蒸汽。

背壓切換至抽凝工況聯(lián)鎖保護(hù)：

（1）抽凝切背壓的連鎖保護(hù)條件1，自動切抽凝。

（2）抽凝切背壓的連鎖保護(hù)條件2，運行人員手動確認(rèn)后切抽凝。

（3）當(dāng)?shù)蛪簡娱y全開，1分鐘后離合器仍然沒有嚙合，認(rèn)為中排壓力不足以沖轉(zhuǎn)到3000轉(zhuǎn)，要求手動投入補(bǔ)汽調(diào)閥（此信號在切回到背壓或者抽凝模式或者跳機(jī)后切除）。如果補(bǔ)汽不滿足投入條件，則要求切回背壓模式。

（4）在切換過程中，普通的升速率設(shè)為360rpm/min，當(dāng)設(shè)定值比實際轉(zhuǎn)速高出90rpm時，升速率變?yōu)?rpm/min，使轉(zhuǎn)速設(shè)定值停止上升。

背壓全過程試驗TAB趨勢如圖2。

4 背壓試驗中遇到的問題及其解決方案

4.1 試驗方案制定階段的相關(guān)解決方案

在背壓試驗方案的制定過程中，為了防止出現(xiàn)不利于機(jī)組穩(wěn)定運行的情況主要做了如下的方案設(shè)想和邏輯修改，具體修改如下：

4.1.1 低壓聯(lián)通管指令

修改前為：低壓轉(zhuǎn)子同步后打開連通管調(diào)閥10%，快速增加汽輪機(jī)負(fù)荷15MW。

修改后為：將低壓轉(zhuǎn)子同步后打開連通管調(diào)閥10%改為0%，閥門不再自動開啟，由運行人員手動根據(jù)工況開啟連通管調(diào)閥。

修改原因為：降低瞬間大量蒸汽進(jìn)入低壓缸對造成的沖擊。

4.1.2 功控模式

修改前為：在汽機(jī)大順控第34步投入初壓模式，投入初壓模式后將汽機(jī)大順控第15步設(shè)定的滿量程功率（二拖一為266MW）設(shè)定值切換為實際功率，為了實現(xiàn)在正常運行時功控模式不起作用，在實際功率的基礎(chǔ)上增加2%的偏置，保證閥門小選塊前功控指令比其它偏大。

修改后為：在汽機(jī)大順控第34步投入初壓模式，投入初壓模式后仍保持機(jī)大順控第15步設(shè)定的滿量程功率（二拖一為266MW）設(shè)定值，2%的偏置未做修改，保證閥門小選塊前功控指令為1.05。

修改原因為：防止在運行過程中，因功率異常波動將汽輪機(jī)控制模式切換至功控模式。

4.1.3 低壓缸入口壓力低禁止抽汽調(diào)閥開

修改前為：常數(shù)“1”，在背壓試驗時將常數(shù)改為“0”。

修改后為：低壓缸與高中壓缸轉(zhuǎn)速差小于20，大于負(fù)10。

修改原因為：實現(xiàn)背壓切換的自動準(zhǔn)備工作，防止誤操作的發(fā)生。

4.1.4 低壓缸手動暖機(jī)

修改前為：背壓轉(zhuǎn)抽凝過程中，低壓缸自動沖車至3000轉(zhuǎn)。

修改后為：背壓轉(zhuǎn)抽凝過程中，運行人員手動輸入暖機(jī)轉(zhuǎn)速，暖機(jī)結(jié)束后，運行人員手動輸入目標(biāo)值沖車至3000轉(zhuǎn)。如果發(fā)生抽凝轉(zhuǎn)背壓失敗需要運行人員手動輸入目標(biāo)值沖車至3000轉(zhuǎn)。

修改原因為：實現(xiàn)背壓切換的自動準(zhǔn)備工作，防止誤操作的發(fā)生。

4.2 試驗階段遇到問題的解決方案

4.2.1 低壓缸振動大投入主機(jī)保護(hù)條件

修改前為：抽凝轉(zhuǎn)背壓過程中、背壓模式、背壓轉(zhuǎn)抽凝過程中，三個條件或后取非。

修改后為：低壓缸與高中壓缸轉(zhuǎn)速差小于20，大于負(fù)10。

修改原因為：在實際實驗過程中，三個條件的不能實現(xiàn)非此即彼的存在，狀態(tài)切換時差較長導(dǎo)致低壓缸振動大誤投入主機(jī)保護(hù)導(dǎo)致跳機(jī)。修改后實現(xiàn)了背壓和非背壓的無縫銜接，不會出現(xiàn)誤投主機(jī)保護(hù)的風(fēng)險。

4.2.2 低壓缸過臨界區(qū)升速率

修改前為：過臨界區(qū)（720-1800轉(zhuǎn)）升速率為360轉(zhuǎn)/分鐘。

修改后為：過臨界區(qū)（720-1800轉(zhuǎn)）升速率為450轉(zhuǎn)/分鐘。

修改原因為：快速通過臨界區(qū)減小振動，從而更好地達(dá)到機(jī)組運行時振動的優(yōu)良指標(biāo)。

5 背壓試驗小結(jié)

通過背壓試驗，首先靜態(tài)檢查和驗證了現(xiàn)有的邏輯和設(shè)備的正確性；其次動態(tài)調(diào)試檢驗了邏輯組態(tài)的正確性及控制策略的合理性；最后發(fā)現(xiàn)問題并通過邏輯修改措施保證了其安全性和可靠性。

本次背壓試驗，為今后汽輪機(jī)背壓工況的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行提供了良好的技術(shù)支持。

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作者簡介：劉鑫（1982-），男，本科，主要從事熱控工作。