火电厂汽轮机调试经验总结第十二章涉外电厂FCB旁路逻辑控制策略

企业新闻 2022-10-13 易泵网手机阅读

第十二章涉外电厂FCB旁路逻辑控制策略

1 引言

2 系统及设备技术规范

2.1 系统简述

印度Durgapur电厂1×300MW机组配备瑞士CCI公司生产的高低压二级串联旁路，其容量为额定参数下60％，锅炉过热器出口蒸汽通过高压旁路减压降温后送至再热器；自再热器出口的再热蒸汽经两路低压旁路减压降温后通过三级减温减压器进入凝汽器[4]。

2.2 设备技术规范

该机组高压旁路有一路，低压旁路有两路,并且高低压旁路系统是串联结构。高旁喷水用的是锅炉给水，低旁喷水用的是凝结水。

旁路系统各阀门参数见下表1

表1 高低旁参数[5]

Tab1 Parameters of HP and LP bypass valves

	高旁阀	高喷阀	低旁阀	低喷阀
入口压力/MPa	16.67	20.51	3.23	3.187
出口压力/MPa	3.59	4.22	0.86	2.46
入口温度/℃	537	174.2	537	50.2
出口温度/℃	321.3		175
阀门流量/(t/s)	615	98.3	356.65	106.16
阀门行程/mm	110	63	50	40
全行程时间/S	≤10 S	≤3 S	≤5 S	≤5 S

3高低压旁路系统采用的联锁保护逻辑如下[6]：

3.1高旁阀

1）快开允许条件：（以下条件相与）：a．快开触发之前负荷≥30％；b．无快关条件存在（快关优先于快开）。

2）快开触发条件：（以下条件相或）a．汽机跳闸；b．发电机解列；c．主汽压力≥17.2MPa。

3）高旁阀快开开度：a．负荷在30％～50％之间，指令预开至30％且自动切为手动；b．负荷在50％～70％之间，指令预开至60％且自动切为手动；c．负荷在70％～100％之间，指令预开至80％且自动切为手动。

4）快关条件：高旁后温度＞390℃，快关至全关位。

3.2 高旁喷水调节阀

1）高旁阀开度≥3％，高旁喷水调节阀自动投入自动，设定值为高旁阀开启前高旁阀后蒸汽温度。

2）高旁阀开度＜2％，高旁喷水调节阀从自动方式切为手动方式。

3.3 高旁喷水隔离阀

1）高旁阀开度≥3％时，高旁喷水隔离阀联开。

2）高旁阀开度＜2％时，高旁喷水隔离阀联关。

3.4低旁阀

1）快关条件（以下条件相或）：a．凝汽器真空低：＞51.7KPa(绝对压力)；b．凝汽器温度高：＞80℃；c．凝汽器水位高：＞950mm；d．低旁喷水压力低：＜2.1MPa。

2）快开条件：（快关优先于快开，以下条件相或） a．再热器压力＞3.9MPa；b．高旁快开。

3）快开开度：快开至全开位。

3.5低旁喷水调节阀

1）低旁阀开度≥3％，自动投入自动，设定值为低旁阀开启前低旁阀后蒸汽温度。

2）低旁阀开度＜2％，低旁喷水调节阀从自动方式切为手动方式。

3.6 低旁喷水隔离阀

1）低旁阀开度≥3％，喷水隔离阀联开。

2）低旁阀开度＜2％，喷水隔离阀联关。

4 在现有逻辑下出现的问题

4.1 小岛运行时，再热器超压，低旁阀频繁动作

某日下午15:09发电机负荷从300MW由于电气故障甩到26MW时高旁阀和低旁阀动作。机组在带26MW负荷运行约3分钟后，高排温度高跳闸。

在15:09:03，发电机甩负荷，高旁阀和低旁阀同时动作，此时再热蒸汽压力为3.7Mpa。高旁阀快开至80％，低旁阀快开至100％。此后约20秒时间内，凝汽器热井水位升高至高位动作值，低旁阀从全开位快关。15:09:30，凝汽器热井水位高信号消失，再热汽压力升至3.9Mpa以上，这时由于低旁快关条件消失，低旁快开信号又来，低旁阀再次快开至100％, 但是当低旁阀再次快开至100％后几秒时间内，凝汽器液位高再次出现，低旁阀再次全关。

从15:09:00到15:10:00这一分钟时间内，高旁阀一直保持80％的快开开度，但低旁阀在这一分钟之内，全开全关两次。两次全关时，凝汽器液位高，低旁喷水压力低信号都来。低旁全关后，再热汽压力迅速升高至4.4MPa, 再热器安全门动作，低旁又全开，再热汽压力迅速降低至3.3MPa。

针对发现的这些问题，我们总结了以下改进措施：

１）满负荷时，如果汽轮机跳闸或发电机解列发生时，现有逻辑为高旁阀快开至80％并保持阀位不变。但是当汽轮机跳闸或发电机解列时，锅炉减煤，这时锅炉的蒸发量必定已不是满负荷时的899.6t/h。如果这时还是保持高旁阀80％的开度，因为高旁阀容量为615t/h,为满负荷时主汽流量899.6t/h的约65％，这样高旁通流量大，就必定会造成主汽压下降过快，主汽至再热汽流量即高旁流量过大，也会造成再热蒸汽压力上升过快。为了防止高旁快开至80％后，主汽压下降过快，我们可以修改逻辑，使高旁阀快开之后，能够自动把机前压力维持在一个合适于当前工况的压力。

2）当高旁快开时，低旁快开至全开位。由于一路低压旁路阀的流量为356.65t/h,两路低压旁路阀的流量就是2×356.65t/h＝713.3t/h,汽轮机满负荷时主汽流量为899.6t/h, 713.3/899.6≈78%, 低旁全开时流量比高旁全开时流量大98.3t/h。

高旁阀在机组整个运行过程中最大开度只有80％，粗略计算一下，如果高旁快开80%，这时的高旁通流量是主汽额定流量的80%× 65% =52%，即这时通过高旁的蒸汽流量只有主汽额定流量的约一半。在这种情况下，如果还采用高旁阀快开至一定阀位，低旁阀快开至全开位这样的逻辑，再热器压力就会瞬间下降太大，约20秒内从4.4MPa下降至3.0MPa，这样不但对再热器造成大的压力冲击，而且对低压旁路、低压旁路减温水及凝汽器造成大的冲击。为了避免这些问题，采取以下几点措施：

a、当高旁快开条件出现时，即发电机负荷大于30％时汽轮机跳闸或发电机解列，高旁快开至预先设定的快开开度，这时高旁阀可以根据当时的负荷情况和主汽压情况适当自动调整开度。

b、根据上面计算的结果，可以规定：无论高旁快开至30％、60％或80％时，低旁快开至50％。

c、根据机组运行参数和旁路说明书及查有关资料，我们知道：

在满负荷状态下,如果低旁阀只开50％，这时的低旁流量近似为主汽额定流量的一半，这时的参数如下:

低旁入口蒸汽压力：p1=3.230MPa

低旁入口蒸汽温度：t1=537.0℃

低旁入口蒸汽焓值：h1=3536.6kJ/kg【7】

低旁阀蒸汽流量： f1=356.65 t/h

低旁减温水压力： p2=3.187MPa

低旁减温水温度： t2=46.3℃

低旁减温水焓值： h2=196.5kJ/kg

低旁出口蒸汽压力：p3=0.070Mpa(选八段抽汽压力)

低旁出口蒸汽温度：t3=89.9℃（选八段抽汽温度）

低旁出口蒸汽焓值：h3=2649.9kJ/kg

图1 低压旁路系统示意图

Fig.1 LP bypass system

低旁快开至50%时要达到低旁后蒸汽温度89.9℃，所需要的减温水量为f2，根据下式：

f2×h2+(f1×50%)×h1=(f2＋f1×50%)×h3【8】

→解出：f2=50%×(f1×h1-f1×h3)/(h3-h2)=

50%×(356.65×3536.6-356.65×2649.9)/(2649.9-196.5)=64t/h。

即每个低旁喷水调阀所需的喷水流量约为64t/h。由于低旁喷水调阀全开时的流量为106.16 t/h，当此阀开度为50％时，通过此阀的流量约为64t/h，所以规定在此阀自动减温过程中，开度指令最大只能给50％。

根据上面的简化计算，我们规定当低旁阀快开至50％时，各自的低旁喷水调节阀快开至50％，自动投入自动，并且自动把低旁出口温度设定在80℃，由低旁喷水调节阀自动调节。以前采用的自动为：当低旁阀快开时，低旁喷水调阀自动维持低旁未快开时的低旁出口温度，因为低旁未快开时，低旁阀基本上都是全关的，这时的低旁出口温度都非常低，低旁1出口只有约30℃，低旁2出口只有约48℃。如果这时低旁快开，要维持此温度运行，低旁喷水调阀就要迅速全开，这样低旁减温水压力即凝结水压力会下降约0.6MPa，如下图1所示：

图2 低旁喷水调阀调节过程

Fig.2 Control process of LP bypass spray valve

图2中：1表示低旁阀阀位反馈；2表示低旁喷水调阀阀位反馈；3表示低旁喷水调阀阀位指令；4表示低旁阀阀位指令；5表示凝泵B出口压力。

从图2中看出当低旁喷水调阀全开后，凝泵B出口压力从2.8MPa迅速下降到2.2MPa。

4.2 低旁喷水调阀频繁动作，调节品质差

由于试运期间DCS系统不稳定，当天的数据保存不完整。为了检查低旁喷水压力低的具体原因，后来从DCS系统历史站中调出了当天20:20分至当天21:00分的一段低旁喷水减温调节过程历史曲线图，见图2：

图3 低旁喷水减温调节过程历史曲线

Fig.3 Control process of LP bypass steam temperature under LP spray water

图3中:1表示低旁出口蒸汽温度；2表示低旁阀位；3表示低旁减温水调阀阀位。

在图3中，从20:20分到20:40分，当低旁阀开度维持30%不变，低旁喷水调阀开度从0%到20～100%之间快速大幅度调节了8次。后来查出在这段时间中，低旁喷水调阀开到100%，是运行人员人为把低旁喷水调阀切到了手动后操作的。低旁喷水调阀开到100%以前的低旁喷水调阀开度曲线是低旁喷水调阀在自动情况下的三次大幅度调节。低旁喷水调阀开到100%以后又再次关闭之后的四次大幅度调节也是低旁喷水调阀被切到自动之后的自动调节。

低旁喷水调阀被切到手动之后，全开此阀，在将低旁阀后蒸汽温度从最高点的351℃降到80℃后，这时运行人员再次把低旁喷水调阀置为自动。但是，当低旁喷水调阀被置为自动后，我们在图3中看出，从20:20分到20:40分的最后四个低旁喷水调阀阀位抛物状曲线可以看出，低旁喷水调阀在调节低旁出口温度时动作幅度太大，当需要减温时，低旁喷水调阀一次开得太多；当低旁出口温度刚刚降下来的时候，低旁喷水调阀又一次关得太多；低旁喷水调阀关闭之后，由于这时低旁阀开度并没有减小，低旁后蒸汽温度很快又升至低旁喷水调阀设定值以上，低旁喷水调阀又再次大幅度开门喷水减温，如此反复。短短几分钟内进行了四次大幅度调节。低旁喷水调阀的PID控制器比例带设定太小，影响了低旁后温度的稳定性【9】。

值得注意的是，在低旁喷水调阀再次进行四次大幅度调节之后，运行人员再次把低旁喷水调阀切为手动，并且手动关闭此阀。但是几分钟之后，低旁出口蒸汽温度又涨到约293℃。这时运行人员没有全开低旁喷水调阀减温，而是吸取上次手动全开的经验教训，选择不投自动，手动开至一个估计的阀位，图3中所示20:51分的低旁喷水调阀开度约33%。手动这样调节之后，从图3中看出，此后的低旁出口蒸汽温度再没有大幅度增长了。低旁出口蒸汽温度基本上维持在约67℃。

通过对图3中曲线的分析，我们不但发现了低旁喷水调阀在调节过程中存在的问题，而且总结出以下改进措施：

改善低旁喷水调阀在调节低旁出口温度时的各项调节参数，使其在调节过程中动作幅度变小。

从图3中看出，低旁阀开度在30%时，低旁喷水调阀开度在33%时完全可以维持低旁出口蒸汽温度在67℃，并且不再增长。所以可以在低旁阀动作，低旁喷水调阀减温的过程中，像运行人员那样给低旁喷水调阀一个预先开度指令，使其预开至一个合适的开度，然后再自动调节低旁出口蒸汽温度。这种方法中有贝叶斯统计思想的成分，这是一种新型的自动调节方法，在文献[10]中有详细分析。

4.3 高旁喷水隔离阀自开

在没有开指令的情况下，高旁喷水隔离阀在机组带负荷过程中自动打开。在DCS上人为发关指令之后，高旁喷水隔离阀就地关闭，但是约5分钟之后，此阀门关反馈消失，约45分钟之后，开反馈出现，就地检查此阀已全开。怀疑为机械或油路问题导致。由于旁路厂家人员暂时到不了现场，所以最后决定把这个阀门关指令信号由原来的脉冲信号改为长指令信号。这样更改之后，此阀再没有在没有开指令的情况下打开。

5 改进的旁路系统逻辑

5.1高旁阀

1）快开允许条件：未修改。

2）快开触发条件：未修改。

3）高旁阀快开开度改进为：

a．负荷在30％～50％之间，如果发电机负荷突然甩至30MW以下，高旁阀预开至30％并且维持8秒之后自动切为自动，维持此8秒之后的当前主汽压力；如果发电机负荷突然甩至30MW以上，高旁阀预开至30％维持8秒之后自动切为自动，向此时的主汽压力加上0.5Mpa，并自动设定为此时高旁阀的设定压力，维持此压力运行。在此过程中，电厂运行人员可以人为干预，可以解掉高旁自动，也可以在自动状态下改变高旁阀的压力设定值。

b．负荷在50％～70％之间，如果发电机负荷突然甩至30MW以下，高旁阀预开至60％维持8秒之后自动切为自动，维持此8秒之后的当前主汽压力；如果发电机负荷突然甩至30MW以上，高旁阀预开至60％维持8秒之后自动切为自动，向此时的主汽压力加上0.5Mpa，并自动设定为此时高旁阀的设定压力，维持此压力运行。在此过程中，电厂运行人员可以人为干预，可以解掉高旁自动，也可以在自动状态下改变高旁阀的压力设定值。

c．负荷在70％～100％之间，如果发电机负荷突然甩至30MW以下，高旁阀预开至80％维持8秒之后自动切为自动，维持此8秒之后的当前主汽压力；如果发电机负荷突然甩至30MW以上，高旁阀预开至80％维持8秒之后自动切为自动，向此时的主汽压力加上0.5Mpa，并自动设定为此时高旁阀的设定压力，维持此压力运行。在此过程中，电厂运行人员可以人为干预，可以解掉高旁自动，也可以在自动状态下改变高旁阀的压力设定值。

4）快关条件：未修改。

5.2 高旁喷水调节阀和高旁喷水隔离阀

逻辑未修改。

5.3低旁阀

1）快关条件：未修改。

2）快开条件：未修改。

3）快开开度修改为：无论高旁快开多少，低旁阀均快开至50％，且自动从当前状态切为手动运行。

5.4低旁喷水调节阀

1）低旁阀开度≥3％，自动投入自动，在自动状态下指令被限制至最大只能开至50％。当低旁阀快开时，低旁出口蒸汽温度被自动设定为80℃，另外，在这种情况下设定温度还可以人为改变。

2）低旁阀开度＜2％时，逻辑未修改。

5.5 低旁喷水隔离阀

逻辑未修改。

6 采取改进措施后旁路系统运行情况

某日，机组满负荷运行，早上7:04分汽轮机跳闸，高低旁快开。下图3中所示就是这次高低旁动作情况。

图 4 满负荷时跳闸高旁快开至80%，

低旁快开至50%时再热器压力曲线

Fig.4 Reheater pressure curve when HP bypass valve opens to 80% and LP bypass valve opens to 50%

图4中：1表示高旁阀位反馈；2表示低旁阀位反馈；3表示再热器蒸汽压力。

在图4中，我们看到高旁阀快开至80%,低旁阀快开至50%之后的约两分钟时间内，再热器压力最高升至3.75MPa就开始下降，并且下降趋势很明显。在这约两分钟时间内，再热器安全门并没有动作。这些情况说明，高旁阀快开至80%，低旁阀快开至50%，完全可以维持再热汽压力在允许范围内。

图5中所示，是当时低旁喷水减温过程。

图5　低旁喷水减温过程图

Fig.5 LP bypass spray valve adjusting process

图5中：1表示高旁阀位反馈；2表示低旁阀位反馈；3表示再热器蒸汽压力；4表示低旁喷水调阀阀位反馈；5表示低旁出口蒸汽温度；6表示凝泵B出口压力。

从图5中可以看出，低旁喷水调阀再没有出现以前那样大幅度的调节情况。低旁出口蒸汽温度也再没有出现以前那样突升突降的情况，而是很平稳地慢慢下降，并且低旁出口蒸汽温度最高只升至195℃。

7 结论

从图5中看出，低旁阀在快开两分钟之后，凝结水压力就大幅度下降致使低旁阀又快速关闭。低旁喷水流量在采取了上述措施之后已经得到了减少，现在主要的问题就成了凝结水流量太小的问题。

在机组带满负荷过程中，由于许多疏水阀门关不严和有些高低加疏水调节阀不能调节，汽机危急疏水扩容器减温水和汽机本体疏水扩容器减温水一直保持全开。如果这些疏水阀门和高低加疏水调节阀能够运行正常，那在机组带满负荷过程中，就可以关闭汽机危急疏水扩容器减温水和汽机本体疏水扩容器减温水，从而增加凝结水流量。这样当低旁喷水调节阀开至50％开始减温时，对凝结水压力的影响就会降低，低旁阀就不会在快开两分钟之后，就快速关闭。

总之，在非试验工况下，机组小岛运行的安全很大程度上取决于火电厂众多辅机的配合情况。如果辅机的安全可靠性总体比较低，则小岛运行就不可能实现。