基于中壓聯合汽門的330 MW機組大流量供熱控制策略研究

袁 博，黃守文

(馬鞍山萬能達發電有限責任公司，安徽 馬鞍山 243051)

中壓聯合汽門是將中壓主蒸汽門與中壓調節汽門合并為整體的結構。中壓主蒸汽門為單座型并帶有預啟閥，該預啟閥的作用是為了使主蒸汽門上下壓力平衡、減少提升力。在主蒸汽門的閥碟上還有小孔，以確保在調節汽門漏汽時也能順利地打開主蒸汽門。中壓調節汽門動作原理與高壓主蒸汽門類似，也是在汽輪機建立起安全油壓、發出掛閘信號并繼續升高啟動閥后的油壓時，油動機下部有了足夠的力量即克服彈簧的推力將門打開[1-2]。泄壓時依次將主蒸汽門與調節汽門一道關閉，防止汽輪機發生超速事故。

1 事故概況

安徽馬鞍山萬能達發電有限責任公司3號、4號汽輪機為上海汽輪機廠生產的N300-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、反動、凝汽式汽輪機，該機組是上汽在西屋引進考核型300 MW機組基礎上的深度改進優化型，廠內產品代號為K156，兩臺機組均于2006年投產。

2015年和2016年公司對3號、4號機實施了低壓缸通流改造，機組銘牌功率增加至330 MW，機組型號變更為N330-16.67/538/538。

2016年，公司完成了3號、4號機增加供熱項目改造，供熱管道分別自3號、4號機中主門前再熱熱段管道接出，經減溫減壓后匯至3號、4號汽機廠房外的分汽缸后供出，供汽壓力2.2 MPa、供汽溫度380℃，平均流量60～80 t/h，最大流量120 t/h。

2019年，馬鞍山慈湖開發區新增工業用汽需求，要求公司二期單臺機組在滿負荷到最低40%THA調峰負荷的區間具備抽汽流量達300 t/h、抽汽壓力達2.75 MPa的能力，故需要對中調門進行改造，整體更換為含中主門和大、小中調門的一體式結構的聯合汽閥，通過中調門調節來維持抽汽壓力，滿足機組從機側再熱熱段抽汽供熱的目標。

2 結構特點

2.1 結構介紹

新設計的中聯門仍然分為左右兩側，單側中聯門由1只主汽閥，一大一小2只調節汽閥以及閥殼主體組成，如圖1所示。主汽閥與調節汽閥主要部件有：閥桿、預啟閥芯、主閥碟、閥座、閥碟套筒、汽閥套筒及閥蓋等部件組成。同時再熱蒸汽熱段母管新增一路引出管道，經過電動閘閥、氣動止回閥、電液快關閥、流量計，以及減溫減壓器等設備后，接至供汽聯箱。兩側小中調門(1號，2號閥)設計公稱直徑均為220 mm，大中調門(3號，4號閥)設計公稱直徑均為420 mm，保證兩側進入中壓缸的流量平衡。

圖1 中壓聯合汽門剖面圖

2.2 特點介紹

與傳統中壓汽閥1+1結構不同，該中聯門由1個主汽閥和2個調節汽閥組成。純凝運行時，大小調節汽閥同時開啟，保證整個聯合汽閥仍具有低壓損的流動特性。當需要深度調節，大量外供高品質蒸汽時，大調節閥處在關閉狀態，由具有深度調節能力的小口徑調節閥，通過行程開度的變化實現對外供蒸汽的流量控制，可實現閥序間的無擾切換，滿足機組啟停等特殊工況下安全運行要求。與傳統的中壓再熱聯合汽閥一致，改進設計的中壓再熱聯合汽閥閥內蒸汽的工作溫度為535～540℃，蒸汽最高工作壓力為3.5 MPa。

3 安全控制策略

由于中調門參與調節，提高了再熱母管壓力；大流量抽汽，汽輪機中低壓缸進汽量明顯減少，這些參數的改變，必將影響汽輪機的安全運行，所以保護汽輪機是控制策略研究的首要課題。為此，增加了以下保護限制。

3.1 切除供熱的觸發條件

以下任一條件觸發，切除供熱(以保護汽輪機為第一要素，穩定機組運行為基礎)。

(1)汽機脫網；

(2)OPC動作；

(3)汽機跳閘；

(4)RUNBACK運行；

(5)熱再母管壓力大于4 MPa；

(6)機組負荷低于120 MW；

(7)快關閥兩端差壓反向(減溫、減壓后供熱壓力大于抽汽壓力0.1 MPa)；

(8)鍋爐MFT；

(9)熱再熱蒸汽壓力限制(為了保護高壓缸葉片安全，對不同主蒸汽流量下的熱再熱蒸汽壓力作出限制，再熱抽汽壓力需要按照圖2所示限制值運行，再熱抽汽壓力低于報警線時報警，低于甩熱負荷線時延時3 s切除供熱)；

圖2 3號和4號機再熱壓力保護曲線

(10)低壓缸末級葉片保護(低壓缸進汽壓力低于0.2 MPa時報警，并切換為供熱手動控制模式，低壓缸進汽壓力低于0.17 MPa延時3 min切除供熱)；

(11)同時提供手動切除供熱功能以及保護供熱管道的供熱管道減溫、減壓后蒸汽溫度大于420℃切除供熱功能。

3.2 設置中調門最小開度指令限制

自動/手動方式下均設置中調門指令下限為43.5%，對應中調門1號、2號閥(小閥)最小開度限位為38 mm，保證通過中低壓缸的蒸汽流量約300 t/h。

3.3 設置中調門指令閉鎖

(1)以下任一條件，中調門閉鎖關：供熱狀態自動方式下，低壓缸入口壓力低于0.2 MPa；供熱狀態自動方式下，中調門自動調節輸出達下限值43.5%。

(2)供熱狀態自動方式下，熱再熱壓力低于報警值，中調門閉鎖開。

3.4 供熱切除后中調門超馳開

供熱狀態時，單獨某條供熱管道線路切除后，切除供熱抽汽自動回路至手動控制，中調門以每分鐘40%的速率打開，全部中調門全開或150 s后恢復?；謴秃筮\行人員方可操作中調門閥位增減或投入抽汽自動控制。

3.5 增加中主門及中調門松動試驗邏輯

增加中主門及中調門松動試驗邏輯，提高可靠性。

(1)增加中主門松動試驗邏輯，中主門松動試驗通過試驗電磁閥進行，復位方式有：開度<85%、10 s后復位或按“復位”按鈕。

(2)修改中調門松動試驗邏輯，如中調門開度小于90%，則“關閉”按鈕無效，即供熱工況下不進行中調門松動試驗。

3.6 增加OPC動作信號和手動控制信號

增加的中調門OPC動作和AST跳閘通過OPC電磁閥和AST電磁閥控制油路來實現，同時在中調門控制VPC卡端子板上接入OPC動作信號，保證OPC動作時將中調門指令置零。

在增加的中調門VPC卡端子板上接入手動控制信號，保證1號DPU故障時可通過2號DPU的中調門手動操作指令進行控制。

3.7 增加光字牌報警

增加以下光字牌報警，提醒運行人員注意。

(1)供熱抽汽退出；

(2)供熱減溫水電動總門、減壓調節閥故障；

(3)高排壓比大于3.9(調節級后壓力÷高排壓力)，報警后由運行人員根據其他供熱監視參數決定是否切換為手動控制模式，是否切除供熱；

(4)熱再熱蒸汽母管壓力大于3.8 MPa；

(5)供熱抽汽壓力波動大。

4 自動控制策略

4.1 大流量供熱機組啟動至運行各階段汽輪機各閥門的控制方式

大流量供熱機組啟動至運行各階段汽輪機各閥門的控制方式具體如下。

(1)掛閘至2 900 r/min，高主門控制轉速，高調門、中主門、中調門全開；

(2)2 900 r/min至并網，高主門全開，高調門控制轉速，中主門、中調門全開；

(3)并網至供熱前，高主門全開，高調門控制電負荷，中主門、中調門全開；

(4)機組供熱后，高主門全開，高調門控制電負荷，中主門全開、中調門調節維持熱再母管壓力(抽汽壓力)。

4.2 中調門的控制方式

中調門的控制方式具體如下。

(1)機組純凝運行時，中調門4個調閥采用單閥運行方式，同步開啟和關閉，并且只有全開和全關兩個狀態，不調節再熱抽汽壓力。

(2)機組供熱運行時，4個中調閥采用順序閥運行方式，根據供熱需要對再熱抽汽壓力作出調節。閥開度與其流量如表1所示。順序閥運行方式下1號、2號閥兩個小閥同步開啟和關閉，3號和4號閥同步開啟和關閉，1號、2號閥和3號、4號閥通過設置合適的重疊度，保證良好的調節性能，如圖3所示。

表1 閥開度與其流量對照表

圖3 閥開度與其流量對曲線

4.3 供熱抽汽控制

(1)當“1號抽汽投入”與“供熱1號電動隔離閥已開”與“1號液動快關閥”已開同時滿足時，畫面彈出“1號管道處于供熱狀態”，解鎖中調門控制，進入抽汽手動控制，按“閥位減”按鈕，中調門1，2，3，4根據重疊度開始關閉，抽汽壓力上升，按“閥位增”按鈕，中調門1，2，3，4根據重疊度開始打開，抽汽壓力下降。

(2)“2號抽汽投入”與“1號抽汽投入”相同，投入“抽汽自動”，手操器“A”亮，進入抽汽自動控制回路，中調門1、2、3、4根據重疊度由抽汽PID自動控制，以熱再熱蒸汽母管壓力(4UPT2515B、PT2515C、HRPR三選中值)作為被調量跟隨抽汽壓力設定值，抽汽壓力設定值設計自動低限與高限，低限制值為再熱壓力運行報警值-0.05 MPa，高限制值為再熱壓力運行限制值加上1.8 MPa。

4.4 供熱管道切除中調門壓力調節自動條件

供熱管道切除中調門壓力調節自動條件(以下任一)，具體如下。

(1)汽機脫網；

(2)汽機OPC動作；

(3)汽機跳閘；

(4)汽機RUNBACK運行；

(5)機側再熱器母管壓力>4 MPa；

(6)電負荷低于120 MW；

(7)再熱器母管壓力變送器故障；

(8)低壓缸入口壓力低于0.2 MPa；

(9)再熱壓力低于報警曲線規定值；

(10)供熱管道非供熱狀態；

(11)中調門指令與中調門反饋偏差大于10%；

(12)抽汽壓力給定值與再熱器母管壓力偏差大1.0 MPa；

(13)手動切除自動方式。

4.5 高再供熱減溫減壓控制邏輯(以2號線為例)

根據熱用戶要求設置2號高再供熱減溫減壓壓力和溫度給定值，自動調整供汽壓力和溫度如圖4所示。

圖4 中壓供熱2號線流程圖

4.5.1 壓力控制邏輯

(1)控制方式。根據2號抽汽供熱減溫減壓器后蒸汽壓力(三選中)進行調節。

(2)給定值：范圍1.8～2.5 MPa。

(3)電動減壓閥關條件：減壓閥后蒸汽溫度>420℃。

(4)切手動條件：2號抽汽供熱減溫、減壓裝置后蒸汽壓力1，2，3 偏差達±1 MPa；2號抽汽供熱減溫減壓裝置后蒸汽壓力信號品質壞；2號抽汽供熱抽汽回路退出；2號抽汽供熱電動減壓閥位置反饋與指令偏差達±20%；2號抽氣供熱電動減壓閥位置反饋品質壞。

4.5.2 抽汽溫度調節

根據2號抽汽供熱減溫減壓裝置后蒸汽溫度(三選平均)進行調節，達到控制抽汽溫度的目的，減溫調節回路中，以減溫、減壓裝置入口蒸汽溫度作為前饋調節信號。

(1)關條件：2號抽汽供熱抽汽系統退出

(2)切手動條件：2號抽汽供熱減溫、減壓閥出口蒸汽溫度與設定值偏差達±30℃；2號抽汽供熱減溫、減壓閥出口蒸汽溫度品質壞；2號抽汽供熱供熱抽汽回路退出；2號抽汽供熱減溫調節閥位置反饋與指令偏差達±20%；2號抽汽供熱減溫調節閥位置反饋品質壞。

5 結語

基于對中壓聯合汽門的330 MW機組大流量供熱控制策略的深入研究，實現了中壓聯合汽門供氣與純凝間多級調節能力的無擾切換。既有效地解決了低負荷時供氣流量穩定的問題，又能維持機組正常運行的抽汽壓力。再加上大量保護邏輯的加持，增強了系統的可靠、穩定性。確保機組安全穩定運行。