M701F4型燃气—蒸汽联合循环机组汽轮机旁路系统控制分析

宋小帆 赵光锋

摘要：三菱M701F4型燃氣-蒸汽联合循环机组汽轮机为东方汽轮机有限公司生产的TC2F-35.4型高中压合缸、双排汽、单轴再热凝汽式蒸汽轮机。汽轮机高压级为8个冲动级，汽轮机中压级为8个冲动级，汽轮机低压级采用双流反向布置，共6×2个反动级组成，末叶片高度：899.4mm（35.4英寸）。此汽轮机除了高、中、低压主汽进汽管外还分别各配置了100%容量的旁路管并引入凝汽器，同时高、中压旁路配备了喷水减温器。在启停及运行过程中，汽轮机旁路系统的配合动作控制主蒸汽管路压力变化，对汽轮机进汽控制、管路升温升压控制、管路超压保护及保温保压控制起着重要的作用。

关键词：联合循环；旁路；控制；逻辑；模式切换

1、汽轮机旁路系统的作用

a、在机组启动过程中，将锅炉所产生的过量蒸汽旁路，以回收工质和热量，同时调整蒸汽参数，使与汽机的金属温度相匹配，缩短启动时间。

b、在启动工况，保证过热器和再热器有适当的蒸汽流量，使它们得到足够的冷却，从而使其得到保护。

c、在正常运行期间，负荷变化较大或机组跳闸后，起主蒸汽压力调节和超压保护作用。

2、汽轮机旁路控制逻辑

M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机旁路由PCS（过程控制系统）控制。三个旁路均采用闭环控制，在不同的运行阶段取不同的设定值Sv，将旁路前主蒸汽压力实际值Pv与设定值Sv的差值dsp作为PI控制器（比例积分控制器）的输入，PI控制器的输出驱动阀体执行机构，调节旁路阀的开度。同时PI控制器的输出也采取了高低区间限制，实现在各种工况下旁路阀开度的相应配合。逻辑图见图1（以高压为例）。

根据机组启停过程中的起到的作用不同旁路阀控制分为三种工作模式：实际压力跟踪模式、最小压力模式、后备压力模式。

3、汽轮机旁路控制模式切换

3.1实际压力跟踪模式

机组启动时，点火前HPBTV CONTROLTRANKING ON未投入，点火后，发一0.2s脉冲，HPBTV CONTROLTRANKING ON置1，导致sv直接取旁路前主汽压力值，即sv=pv，此阶段旁路阀的输入dsp=0， 旁路阀不会开启。脉冲结束后，因HP/IPTBV MIN. PRESS. SET 为0，且点火瞬间HPTBV ACTUAL PRESS. SET RATE PASS由0置1，故sv（msv）跳变为管路压力pv，之后sv（msv）随着管道内的压力（即初始压力）的逐渐升高而升高，其变化率根据实际压力msv和pv偏差来控制。偏差小于等于0.02，sv按照汽轮机冷、温、热态的既定速率变化至pv，若偏差大于0.02MPa，则暂缓sv的变化，以稳定汽包水。由于sv（msv）恒小于pv，故旁路逐步打开。

故正常启动时，在炉侧高低压主汽压力及热再压力未达至进入旁路最小压力模式的设定值，且旁路阀开度小于5% 前， 主蒸汽压力控制模式一直是实际压力跟踪控制。

3.2最小压力模式

旁路控制“最小压力模式切换条件”置1是高、中、低压旁路控制系统进入最小压力模式的逻辑判断点。在最小压力模式下，旁路阀的设定值sv是根据燃机负荷变化的一个渐变值。

当满足下列判断条件之一时，最小压力模式控制投入：

高压旁路控制投入的判断条件：

a、点火成功后高压过热器出口压力大于4.8MPa（主要用于热态开机）；

b、点火成功后高压过热器出口压力大于0.5MPa 且比初始值高0.3MPa（主要用于冷态开机）；

c、高旁指令大于5%

中压旁路控制投入的判断条件：

a、点火成功后中压过热器出口压力大于1.5MPa（主要用于热态开机）；

b、点火成功后中压过热器出口压力大于0.3MPa 且比初始值高0.1MPa（主要用于冷态开机）；

c、中旁指令大于5%

低压旁路控制投入的判断条件：

a、点火成功后低压过热器出口压力大于0.15MPa（主要用于热态开机）；

b、点火成功后低压过热器出口压力大于0.1MPa 且比初始值高0.03MPa（主要用于冷态开机）；

c、低旁指令大于5%

在机组暖机阶段直到汽轮机进汽完成前，旁路控制一直处于最小压力模式下。

3.3后备压力模式

当汽轮机进汽完成后，“后备压力模式”置“1”，旁路控制模式由最小压力模式切换至后备压力模式。后备压力模式中，旁路阀压力设定值sv根据“后备模式控制函数”变化（见图2），略高于主蒸汽压力实际值Pv，保证旁路不会开启，同时此函数设有最大值，当主蒸汽压力超过后备压力最大值后，旁路开启，起到保护泄压的作用。

停机过程中，机组发停机令后旁路控制模式退出“后备压力模式”，高、中压主汽调门开始程控关闭导致控制逻辑中“最小压力模式切换条件”置“0”，设定值sv取高压主汽调门关闭时刻的旁路前主汽压力值并保持不变直至下次开机点火。由于设定值sv保持不变，随着主汽调门的关闭，旁路前的主汽压力值pv开始憋高输入dsp=pv-sv>0，旁路阀开启；若旁路阀开启过快，导致pv降低且小于sv，则输入dsp=pv-sv<0，旁路阀适当关闭。

此外，透平跳闸（TRIP）、超速保护（OPC）动作（孤岛运行）或者机组熄火，三个旁路阀也会自动切入此模式。不同的是，OPC及孤岛运行发生经延时后，旁路会由此模式进入最小压力控制模式。

4、结束语

汽轮机旁路控制系统在M701F4型联合循环机组启停及正常运行过程中非常重要，通过研究旁路控制逻辑及合理优化旁路动作速率都会机组的运行起到至关重要的作用，尤其对控制机组启停过程中锅炉汽包的压力进而调节汽包水位有着很大的帮助，对机组的安全性及经济性都会产生积极的影响。

参考文献：

[1]龚雷坚.燃气—蒸汽联合循环机组的环保效益探讨[J].绿色科技，2018（12）.

（作者单位：浙江浙能金华燃机发电有限责任公司）