联合循环汽轮机背压试验分析

摘 要：背压运行工况是燃气-蒸汽联合循环汽轮机的运行模式之一。本文主要从以下三方面做了介绍：首先联合循环机组的常见工况介绍，其次说明了TAB与背压实验的关系，最后重点介绍了背压试验过程及遇到问题的解决方案。

关键词：背压试验；TAB；联锁保护

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

0 引言

背压运行工况是燃气-蒸汽联合循环汽轮机通过SSS离合器实现的一种运行模式，该运行模式在燃机功率一定的情况下实现了对外供热最大化。该工况很好的适应了北方冬季供热的需求，实现了热电比合理优化和企业利润最大化的有机结合。

1 联合循环机组的常见工况介绍

本论文源于北京京西燃气热电有限公司，该公司规模为上海电气/西门子SGT5-4000F（4+）型燃机组成的1套“二拖一”和1套“一拖一”燃气-蒸汽联合循环发电供热机组。

蒸汽轮机采用的是上海汽轮机有限公司生产的三压、再热、双缸、向下排汽、可背压可纯凝运行蒸汽轮机。汽轮机主系统图见图1。该汽轮机运行工况较多，主要包括纯凝运行、抽凝运行、背压运行和全切运行。下面简要说明该论文涉及的抽凝运行和背压运行两个工况。

蒸汽轮机抽凝运行时，热网蒸汽来自于余热锅炉的低压主蒸汽和蒸汽轮机的中压缸排气，热网蒸汽经换热后，经疏水泵与凝结水前置泵出口凝结水混合，再经过凝结水泵送入锅炉尾部低压省煤器，并进入低压汽包兼除氧器。余热锅炉产生的高压、再热过热蒸汽分别进入蒸汽轮机的高压、中压缸作功，一部分中压缸排气进入低压缸作功，一部分中压缸排气和低压主蒸汽直接进入热网供热，从而完成整套汽水循环。

蒸汽轮机背压运行时，热网蒸汽来依然自于余热锅炉的低压主蒸汽和蒸汽轮机的中压缸排气，热网蒸汽经换热后，经疏水泵与凝结水前置泵出口凝结水混合，再经过凝结水泵送入锅炉尾部低压省煤器，并进入低压汽包兼除氧器。余热锅炉产生的高压、再热过热蒸汽分别进入蒸汽轮机的高压、中压缸作功，低压缸无蒸汽进入而随转，中压缸排气和低压主蒸汽直接进入热网供热，从而完成整套汽水循环。

2 低压缸TAB与背压试验的关系

TAB是启动升程限制器，其主要作用为在其升降过程中根据逻辑设计去开关相应的汽轮机的相关阀门或为开关相应的阀门做准备条件（关闭调阀的跳机电磁阀）。

TAB提供一个模拟量信号去中央低选逻辑。启动前，和遮断信号存在时，保证阀门可靠关闭。在启动时，启动装置的信号高中压缸TAB和低压缸TAB同时开始升高，在汽轮机顺控第十五步高中压缸TAB升至62，低压缸TAB升至100，使转速控制器进行转速控制，当汽机达到正常速度，并且已并网后，在汽轮机顺控第三十二步高中压缸TAB升至100，这样主控制器信号不再受限制。

由于该汽轮机具有抽凝运行和背压运行工况，低压缸TAB在相应的工况转换时会随之升降。当汽轮机由纯凝运行转换成抽凝运行时低压缸TAB将由100降至62，当汽轮机由抽凝运行转换成背压运行时低压缸TAB将由62降至30。反之，当汽轮机由背压运行转换成抽凝运行时低压缸TAB将由30升至62，当汽轮机由抽凝运行转换成纯凝运行时低压缸TAB将由62升至100。低压缸TAB在升降过程中动作的阀门详见表1。

3 背压试验过程及相关联锁保护简介

3.1 汽轮机由抽凝工况切换至背压工况

在抽凝工况下，当抽汽供热负荷不断上升，同时低压缸的蒸汽流量已经接近最小冷却蒸汽流量时，即在最大抽凝工况下仍不能满足供热量的需求时可操作退出低压缸，汽轮机转为背压工况运行。

抽凝工况切换至背压工况联锁保护：

（1）低压缸连通管蝶阀、低压缸启动阀和低压主汽阀全关后30秒内低压缸转速没有下降60rpm，则自动重新启动低压缸，取消低压缸退出工作，联通管抽汽调节阀逐步打开，快速增加汽轮机负荷15MW，恢复抽凝工况运行。

（2）SSS离合器脱开后30分钟后（根据机组实际测量的惰走时间调整）低压缸转速仍然高于500rpm，则要求重新启动低压缸，运行人员确认后启动低压缸。

3.2 汽轮机由背压切换至抽凝工况：

背压切换至抽凝工况发出指令，低压缸TAB从30%升到62%，打开低压缸低压主汽门，低压缸联通管蝶阀保持全关，由低压缸启动阀冲转，目标转速设定为660rpm，当低压缸转速上升至660rpm时，暖机结束后，目标转速设定为3000rpm，开始继续升速在2950rpm时执行SSS离合器预锁定。低压转子3000rpm步后，此时汽轮机进入抽凝模式。

在低压缸冲转过程中如中压排汽不足以冲到3000转，在满足低压补汽投入的条件下，由运行人员手动开启补汽阀来提供冲转所需蒸汽。

背压切换至抽凝工况联锁保护：

（1）抽凝切背压的连锁保护条件1，自动切抽凝。

（2）抽凝切背压的连锁保护条件2，运行人员手动确认后切抽凝。

（3）当低压启动阀全开，1分钟后离合器仍然没有啮合，认为中排压力不足以冲转到3000转，要求手动投入补汽调阀（此信号在切回到背压或者抽凝模式或者跳机后切除）。如果补汽不满足投入条件，则要求切回背压模式。

（4）在切换过程中，普通的升速率设为360rpm/min，当设定值比实际转速高出90rpm时，升速率变为0rpm/min，使转速设定值停止上升。

背压全过程试验TAB趋势如图2。

4 背压试验中遇到的问题及其解决方案

4.1 試验方案制定阶段的相关解决方案

在背压试验方案的制定过程中，为了防止出现不利于机组稳定运行的情况主要做了如下的方案设想和逻辑修改，具体修改如下：

4.1.1 低压联通管指令

修改前为：低压转子同步后打开连通管调阀10%，快速增加汽轮机负荷15MW。

修改后为：将低压转子同步后打开连通管调阀10%改为0%，阀门不再自动开启，由运行人员手动根据工况开启连通管调阀。

修改原因为：降低瞬间大量蒸汽进入低压缸对造成的冲击。

4.1.2 功控模式

修改前为：在汽机大顺控第34步投入初压模式，投入初压模式后将汽机大顺控第15步设定的满量程功率（二拖一为266MW）设定值切换为实际功率，为了实现在正常运行时功控模式不起作用，在实际功率的基础上增加2%的偏置，保证阀门小选块前功控指令比其它偏大。

修改后为：在汽机大顺控第34步投入初压模式，投入初压模式后仍保持机大顺控第15步设定的满量程功率（二拖一为266MW）设定值，2%的偏置未做修改，保证阀门小选块前功控指令为1.05。

修改原因为：防止在运行过程中，因功率异常波动将汽轮机控制模式切换至功控模式。

4.1.3 低压缸入口压力低禁止抽汽调阀开

修改前为：常数“1”，在背压试验时将常数改为“0”。

修改后为：低压缸与高中压缸转速差小于20，大于负10。

修改原因为：实现背压切换的自动准备工作，防止误操作的发生。

4.1.4 低压缸手动暖机

修改前为：背压转抽凝过程中，低压缸自动冲车至3000转。

修改后为：背压转抽凝过程中，运行人员手动输入暖机转速，暖机结束后，运行人员手动输入目标值冲车至3000转。如果发生抽凝转背压失败需要运行人员手动输入目标值冲车至3000转。

修改原因为：实现背压切换的自动准备工作，防止误操作的发生。

4.2 试验阶段遇到问题的解决方案

4.2.1 低压缸振动大投入主机保护条件

修改前为：抽凝转背压过程中、背压模式、背压转抽凝过程中，三个条件或后取非。

修改后为：低压缸与高中压缸转速差小于20，大于负10。

修改原因为：在实际实验过程中，三个条件的不能实现非此即彼的存在，状态切换时差较长导致低压缸振动大误投入主机保护导致跳机。修改后实现了背压和非背压的无缝衔接，不会出现误投主机保护的风险。

4.2.2 低压缸过临界区升速率

修改前为：过临界区（720-1800转）升速率为360转/分钟。

修改后为：过临界区（720-1800转）升速率为450转/分钟。

修改原因为：快速通过临界区减小振动，从而更好地达到机组运行时振动的优良指标。

5 背压试验小结

通过背压试验，首先静態检查和验证了现有的逻辑和设备的正确性；其次动态调试检验了逻辑组态的正确性及控制策略的合理性；最后发现问题并通过逻辑修改措施保证了其安全性和可靠性。

本次背压试验，为今后汽轮机背压工况的安全、稳定和经济运行提供了良好的技术支持。

参考文献：

[1]王军.350MW级燃气蒸汽联合循环机组汽轮机抽凝与背压供热工况切换方法与经济性分析 [J].中国电业（技术版），2015（03）.

[2]蔡志杰.基于9F级燃气—蒸汽联合循环机组经济运行的优化设计 [J].中国电业（技术版），2013（12）.

[3]叶冬挺.联合循环抽凝背机组工况切换运行研究[J].热力透平，2015（03）.

作者简介：刘鑫（1982-），男，本科，主要从事热控工作。