汽輪機減溫減壓旁路控制系統的應用

丁 宇

（天津天鐵冶金集團動力廠，河北涉縣056404）

0 引言

天鐵集團動力廠為優化全廠能源結構，淘汰部分老舊、效率低下的混燒鍋爐，新建一座50 MW級燃氣-蒸汽聯合循環節能發電站（簡稱CCPP）。該電站建立在天鐵集團鐵前新區，與老區鍋爐汽機系統距離較遠，所以采用單元機組形式布局，一臺燃氣輪機對應一臺余熱鍋爐，對應一臺汽輪機。燃氣輪機開機速度很快，由0 r/min升至3 000 r/min，至并網只需要40 min，當燃機并網帶上初始負荷后，余熱鍋爐可以產生5.5 MPa的蒸汽近40 t/h。生產的蒸汽用于暖管暖機的量非常小，大部分的蒸汽通過疏水系統放散掉，且汽輪機從冷態啟動到并網需要3 h。大量的蒸汽由疏水放散會造成除鹽水的大量浪費，同時經過疏水放散的蒸汽量不容易控制，機組暖機過程中蒸汽的壓力會經常發生變化，給機組啟動帶來不便。這部分除鹽水直接放散，沒有回到鍋爐除氧器，會導致鍋爐的除鹽水供應不足。在汽輪機停機時，鍋爐由于熱慣性產生的蒸汽必須放散，防止蒸汽管道超壓。

這就需要一個減溫減壓旁路控制系統，將汽輪機開機過程中不能全部使用的高溫高壓蒸汽，經過旁路控制系統減溫減壓，由經凝汽器凝結送回鍋爐除氧器，并控制蒸汽的壓力，使汽輪機開機過程更加容易控制。在汽輪機停機時，旁路系統可以將大量的蒸汽進行減溫減壓，避免蒸汽管道超壓。

1 系統簡介

CCPP減溫減壓旁路控制系統采用和利時公司的HOLLiAS-MACS KM系統，一級旁路減壓裝置采用CCI公司生產的VLB-72BTC高壓旁路蒸汽調節閥及氣動執行機構，旁路減溫裝置采用CCI公司生產的840H高壓旁路水調節閥及氣動執行機構。二級減壓旁路采用擴容減壓形式，減溫調節閥采用天津貝爾氣動調節閥門。

減溫減壓旁路調節系統具有啟動、溢流及安全功能。在機組啟動過程中，配合鍋爐升溫升壓，配合汽機暖機、沖轉、升速、并網、帶負荷，加快機組啟動速度。在升壓過程或正常運行階段，起到安全溢流作用，當汽壓變化過快時，打開旁路調節閥，快速恢復壓力，避免安全門頻繁動作。當汽機跳閘時，減溫減壓旁路調節閥快開，起到安全泄壓作用。旁路減壓調節閥以蒸汽壓力作為被調量，旁路減溫調節閥以減溫后蒸汽溫度作為被調節量，二級減壓旁路使用減壓擴容器，二級減溫旁路使用減溫水調節閥，使用二級減溫減壓器出口溫度作為調節閥開度的目標值。

1.1 控制原理

減溫減壓旁路控制邏輯分為手動控制和自動控制（見圖1）。手動控制，即減壓、減溫調節門均為手動操作，可以根據實際情況手動輸入調節閥的開度，或者按工藝需要手動設置目標值，控制系統按照手動設置目標值進行PID調節。自動控制，即一鍵自動，減溫減壓調節閥門均實現全自動控制。自動控制包括機組啟動暖機自動、停機自動及超壓自動。

1.1.1 暖機自動

當汽輪機減溫減壓旁路投入暖機自動時，控制系統檢測：

（1）鍋爐備妥信號為燃機啟動、給水泵運行；

（2）檢測汽輪機備妥信號為：循環水壓力≥設定值0.2 MPa、凝結水泵運行、凝汽器水位正常、真空>停機值、動力油、潤滑油壓力正常、轉速≥盤車轉速；

（3）當高壓主汽電動閥前蒸汽溫度達到250℃，母管壓力達到2 MPa；

圖1 減溫減壓旁路圖

當以上條件同時滿足時，一級減壓旁路調壓閥自動投入PID控制，設定值初始值為2 MPa；一級旁路減溫水調節閥投入PID自動，設定溫度160℃，二級減溫水調節閥投入PID自動，設定值為60℃。在暖機過程中，可以通過機組需要手動設置暖機時蒸汽壓力，減壓閥自動跟蹤設置壓力調節蒸汽壓力，直到汽輪機投入定壓力控制運行方式后，手動退出自動控制。在暖機、升速過程中，減溫減壓旁路調節閥根據蒸汽的參數變化隨時調節開度，保證進入汽輪機組的蒸汽參數穩定，防止汽輪機調速汽門頻繁動作。

1.1.2 停機自動

停機自動投入后，控制系統檢測汽輪機危急跳閘系統（ETS）動作信號，汽輪機危急跳閘系統動作并發出信號，自動主汽門關閉，旁路控制系統自動動作：一級旁路調壓閥快開至100%，并投入PID自動，目標值5.8 MPa，閥門根據目標值回調。一級旁路減溫水調節閥投入自動控制，設定溫度160℃，根據設定值進行PID調節。二級減溫水調節閥投入自動控制，目標值為60℃。

1.1.3 超壓自動

超壓自動投入后控制系統檢測蒸汽管道壓力模擬量3取2，當蒸汽管道內壓力大于6 MPa時，延時5 s后一級旁路調壓閥快開至70%，并投入PID自動，目標值5.8 MPa，減壓旁路調節閥開度根據目標值自動調整。一級減溫旁路調節閥PID自動，設定溫度160℃。二級減溫水調節閥投入自動控制，目標值60℃。

1.1.4 其它控制

為了保護汽機凝汽器真空及機組運行需要，當凝汽器壓力＞-60 kPa時，防止大量蒸汽突然進入凝汽造成凝汽器壓力進一步升高，以上的自動控制在凝汽器壓力＞-60 KPa時，減溫減壓旁路不會自動運行。

1.2 減溫減壓旁路調節閥

減溫減壓調節閥是旁路系統的執行器，一級減溫減壓調節閥組是本套系統的核心機構。減壓閥蒸汽流量為74 t/h，入口蒸汽參數6.2 MPa(a)、（530±10）℃，出口蒸汽參數 0.6 MPa(a)、160 ℃，減溫水溫度104℃，減溫水壓力1.8 MPa。減壓調節閥體可適應溫度的快速變化，閥體厚度均勻。閥體內所有通道為環形結構，可以防止不均勻熱應力發生。減壓調節閥體上預留減溫水投入孔，與減溫調節閥組合使用，成為減溫減壓閥組。

2 減溫減壓旁路應用中出現的問題及解決方法

2.1 超壓保護控制邏輯設置

原超壓保護控制邏輯是當蒸汽管道內壓力高于6 MPa時，減溫減壓旁路自動投入運行，減壓調節閥自動打開，開度為100%，并投入PID自動，目標值5.8 MPa；一級減溫水調節閥投入自動控制，目標值為160℃；二級減溫水調節閥投入自動控制，目標值為60℃。在使用過程中發現，當汽輪機組負荷變化，或者鍋爐負荷發生變化時，蒸汽管道壓力會超過6 MPa。這樣就觸發了超壓保護邏輯，減溫減壓旁路自動投入運行，但是這種超壓是汽輪機、鍋爐負荷發生突然變化的短暫超壓情況，蒸汽管道內壓力并不會繼續上升，減溫減壓旁路的動作還會造成汽輪機進汽量突變，汽輪機負荷產生更大波動。

經過一段時間運行觀察，發現出現超壓問題的時間在3 s左右，時間小于3 s的情況均為設備負荷波動瞬時超壓，并不會繼續升高。所以在超壓保護控制邏輯中，當壓力超過6 MPa延時5 s鐘觸發超壓保護動作。同時將原超壓保護邏輯中保護動作后減壓旁路調節閥快開至100%的邏輯改為70%。減溫調節閥在70%開度的時，通過蒸汽量為60 t/h左右，在保護動作后不會出現減壓調節閥回關慢，造成汽輪機負荷下降過快的情況。

2.2 減溫旁路調節閥后溫度值不準

減溫旁路調節閥后溫度是調節閥投入自動控制時的控制值，它的測量準確與否直接關系到減溫旁路調節閥的開度是否正確。

在減溫減壓旁路運行時發現該測點溫度一直在230℃左右，這樣的溫度情況下減溫旁路調節閥的開度一直為100%，即使減壓旁路調節閥只通過一點蒸汽的情況，該測點溫度也基本維持在230℃左右。在減溫減壓旁路運行和停止的情況下多次檢查該溫度測點，均未發現問題。判斷減溫旁路調節閥的噴水孔有堵塞情況，將噴水孔拆卸清洗后恢復正常。

3 結束語

50 MW燃氣蒸汽聯合循環發電汽輪機減溫減壓旁路控制系統應用以來，有力地保障了汽輪機組安全、穩定運行；使機組開、停機的操作更加靈活方便，降低了運行人員在開、停機時的勞動強度。超壓保護功能還可以降低蒸汽管道安全閥起跳頻率，減少設備磨損，保護機組安全運行。同時，減溫減壓旁路有效地減少了開停機過程中蒸汽的放散量，同時減少除鹽水消耗，為電站降本增效做出了巨大貢獻。