高旁逻辑优化研究与应用

于栋苍

（神华国华宁东发电有限责任公司，宁夏银川750408）

1 高低压旁路系统概述

神华国华宁东发电厂2×660 MW扩建工程配套的高低压旁路系统，采用西门子液压控制设备，高旁按100%B-MCR容量设计，低旁按65%B-MCR容量设计，机组实现了APS启动功能，旁路系统实现了全程自动功能。

高低压旁路系统的用途：改善机组的启动性能，机组在冷态、温态、热态和极热态用高中压缸启动时，投入旁路系统，控制锅炉快速提高蒸汽温度，使之与汽机汽缸金属温度较快地相匹配，从而缩短机组启动时间，减少蒸汽向空排放，降低汽机循环寿命损耗，实现机组的最佳启动；使机组适应定压运行和滑压运行复合方式；当汽机负荷低于锅炉最低稳燃负荷时，通过旁路装置调节，使机组允许稳定在低负荷状态下运行；在启动和减负荷时，可保护布置在烟温较高区的再热器，以防烧坏；启动时，使蒸汽中的固体小颗粒通过旁路进入凝汽器，从而防止汽轮机调速汽门、进汽口及叶片的硬粒侵蚀；旁路装置能实现自动和手动（快速/正常）遥控功能，旁路具有快开/快关功能；机组正常运行时，高压旁路装置具有超压安全保护功能，锅炉超压时高压旁路开启，代替锅炉安全阀功能，高压旁路阀用作锅炉的高压部分安全阀，当压力超过安全压力上限时，旁路阀开启。

2 高旁阀原逻辑控制策略

2.1 最小开度控制模式

锅炉点火时，开始产生蒸汽，高压旁路阀置于最小开度的位置。随着燃料量的增加，蒸汽压力逐渐上升到最小压力。

最小开度控制方式下，高旁阀在自动时，当锅炉有火时，产生最小开度控制信号。设定值设定为跟踪模式，阀门根据高旁压力逐渐开启至最小开度15%（压力—最小开度曲线关系如表1所示），在启动阶段，产生蒸汽的过程中，阀门开启不得低于最小开度。当压力超过1.2 MPa时，控制模式就转变为最小压力控制模式。

表1 压力—最小开度曲线关系

2.2 最小压力控制模式

随着燃烧的加强，蒸汽流量增加，为了维持住蒸汽最小压力不变，高旁阀门连续开启，直至达到预定开度15%+10%。

最小压力控制方式下，高旁压力调阀在自动时，遥控模式下的设定值变化率为零，高旁阀门将连续开启，以维持住蒸汽压力的稳定。当阀门开度达到15%+10%时，控制模式将转变至升压控制模式。

2.3 升压控制模式

当阀门开度达到15%+10%时，随着燃烧的增强，主汽压力根据冷态启动曲线、温态启动曲线、热态启动曲线定义的速率不断增加，直至达到最终启动压力。

升压控制模式下，高旁压力调阀在自动时，压力设定值按照冷态、温态、热态升速率启动曲线增加（冷态升速率启动曲线如表2所示，温态、热态升速率启动曲线如表3所示），直至达到温态8.5 MPa，冷态6.5 MPa（视汽轮机冲转压力而定）。热态和极热态情况下冲转压力和当前压力比较，取大，加限幅。

表2 冷态升压率

表3 温态、热态升压率

如果燃烧减弱，控制器的输出将减少，高旁阀门的开度也将减小。当控制器的输出值达到了15%，升压率将为0。这意味着压力不再增加，且阀门的开度不能小于5%，以确保通过受热面的流量及均匀受热。当控制器的输出值高于15%+10%，压力将继续增加直至最终目标值。当蒸汽压力达到最终目标值，控制模式将转变为定压控制。

2.4 定压控制模式

蒸汽压力在旁路阀门控制下保持稳定的启动压力6.5 MPa，汽机可以挂闸、同步转速、带负荷。随着汽轮机组进汽，旁路阀门将相应关小。

定压控制模式，高旁压力调阀在自动，遥控模式下设定值的变化率为零，阀门处于压力设定值6.5 MPa的控制之下。当汽轮机组进汽时，旁路将相应关小。当“汽轮机同步转速”信号发出时，旁路阀门达到最小开度位置，此时最小开度允许全关。当旁路阀门全关，“汽轮机同步转速”信号出现的时候，操作模式转为滑压控制模式。

2.5 滑压控制模式

滑压控制模式，高旁压力调阀在自动。压力设定值为实际主汽压力加上偏置ΔP 0.06倍的滑压压力，因此旁路阀门位于关闭位置。如果压力波动超过设定值，或者当压力变化率大于设计速率时旁路阀门开启，设定值的速率变为零。由于阀门打开，压力下降而定值不变，所以泻压后阀门按照滑压斜率曲线（表4）应逐渐关小直到关闭为止。

表4 滑压斜率

2.6 停机控制

当锅炉熄火后，旁路关闭，以维持锅炉蒸汽压力。旁路阀门关闭，高旁压力调阀在自动，操作模式切换至定压控制模式。

3 原逻辑存在的问题

（1）原逻辑不能满足机组APS启动功能要求；

（2）原逻辑自动控制由压力对应开度折线函数控制压力，对锅炉升压速率适应性差；

（3）原逻辑自动控制策略需运行人员干预，自动化程度低。

4 优化后逻辑控制策略

采用[A1]、[A2]、[A3]、[B]、[C]五种控制方式对旁路系统进行自动控制，实现了APS功能下高旁自动控制。

4.1 [A1]方式——旁路全关方式

当收到锅炉燃烧记忆及APS来旁路投入或DCS画面运行人员手动点击投入，高旁即进入[A1]方式。运行人员手动投高旁阀，高旁减温水调阀投入自动状态，高旁压力设定模块自动投自动。

[A1]方式下，高旁阀门全关，高旁压力设定模块设定值跟踪实际机侧主蒸汽母管主汽压力。高旁压力目标值：冷态6.5MPa，其他状态8.5 MPa。

4.2 [A2]方式——旁路阀位开度控制方式

当锅炉点火5 min后或点火时机侧主蒸汽母管主汽压力已大于最大允许冲转压力11.8 MPa（主机说明书没有最大冲转压力）点火后锅炉开始升压后，进入[A2]方式。

[A2]方式下，高旁压力目标值：冷态6.5 MPa，其他状态8.5 MPa。压力设定模块设定值跟踪实际机侧主蒸汽母管主汽压力。高旁阀1～3 min开至5%，速率：0.016 7/s；3～5 min开至15%，速率：0.016 7/s。

4.3 [A3]方式——升压阶段，汽机冲转至汽机控制压力旁路全关

当[A2]方式持续1～10 min后（具体时间根据点火时主汽压力的函数关系而确定）或主汽压力已达到最大允许冲转压力11.8 MPa，进入[A3]方式。

[A3]方式下，高旁压力目标上限选择机侧主蒸汽母管压力+0.2 MPa；高旁压力目标值下限选择机侧主蒸汽母管压力-0.2 MPa与计算高旁压力目标值（冷态6.5 MPa，其他状态8.5 MPa）取小；高旁压力设定模块发自动投自动信号，阀门开度受到低限的限制在8%～20%之间，低限是主蒸汽温度的函数，但实际上，在[A3]方式下阀门开度低限在15%～20%之间；开度高限由主汽压力确定，在50%～100%之间。

[A3]方式下，根据锅炉分离器的应力情况而确定升压速率。高旁按照升压速率进行升压（冷态、温态升压率如表5所示，热态、极热态升压率如表6所示）；当发电机并网且机组功率大于150 MW或MFT动作，高旁阀最小阀位取消，开始收旁路至全关，即开度＜5%。

表5 冷态、温态升压率

进入[A3]后，旁路阀接收升压指令调压力。进入[A3]瞬间的机侧主蒸汽母管主汽压力保持与汽机要求的冲转压力比较，取大值作为启动方式下的高旁压力目标值，即汽机冲转压力。之后高旁压力设定值以一定的升压率变化，直至达到冲转压力。汽机冲转并网运行：随着汽机冲转，并网带负荷，高旁阀逐渐关闭，直至高旁阀全关，此时由DEH决定是否从[A3]方式转入汽机运行[B]方式或[C]方式。

表6 热态、极热态升压率

4.4 [B]方式——汽机运行模式，旁路在滑压跟踪方式

进入[B]方式后，高旁的压力实际值叠加一定的量（1.6MPa），最高不超过29.4 MPa，使高旁完全关闭。此时，高旁进入滑压跟踪方式，高旁提供保护，只有当实际主汽压力偏高于29.4 MPa后，高旁才会溢流开出。

当高旁快开条件发生时，高旁快开至100%。

4.5 [C]方式——汽机故障或停机时，旁路进入压力控制方式

当汽机因为某些故障，无法进入全部蒸汽，旁路控制由[B]方式进入[C]方式。

进入[C]方式后，高旁的压力设定值就是机组的滑压曲线（剔除[B]方式下叠加的量），旁路控制主汽压力。

降压过程中，高旁阀门开度受到低限的限制，低限是主蒸汽温度的函数，在8%～25%之间，直到锅炉灭火进入[D]或[E]方式，阀门低限取消。

5 结语

逻辑优化后，高旁逻辑实现了锅炉点火后旁路系统全程自动控制，适应了APS启动过程对旁路自动控制的要求。机组的启动性能得到了改善，机组在冷态、温态、热态和极热态用高中压缸启动时，投入旁路系统，可控制锅炉快速提高蒸汽温度，使之与汽机汽缸金属温度较快地相匹配，从而缩短了机组启动时间，减少了蒸汽向空排放，降低了汽机循环寿命损耗，实现了机组的最佳启动。