600MW汽轮机中压缸起动中二级旁路系统控制分析
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6 0 0 MW 汽 轮 机 中压 缸 起 动 中 二 级 旁 路 系统 控 制 分 析 郑凤才,许怀志,柴家香(1 山 东电力研 究 院,山 东 济 南 2 5 0 0 0 2;2 潍坊 发 电厂,山 东 潍 坊 2 6 i 0 0 0)汽轮发电机组 中压缸起动与传统的高中压缸联合 起动相比具有明显的优点,如可以缩短机组起动时间、暖缸 充分均 匀、胀 差 易控 制 等。虽 然 机 组 热力 系 统 和 运行操作相对复杂且技术要求较高,但随着计算机控 制技术的发展,其控制技术 已完全可 以满足运行操作 要求。中压缸方式起动 的机组,对二级旁路系统(由高 压旁路和低压旁路组成的串联旁路系统,简称旁路 系 统)的控制提出了较高的要求,旁路系统的结构特点、控制方式、功能、流量等因素在中压缸起动的机组中须 特别 关注。1 中压缸起动特 点 汽轮 机的起 动过 程是 汽轮机 热力状 态 和机 械状 态 最复 杂 的 阶段,热应 力、热变 形、膨胀、胀 差、振 动是 影 响汽轮机起动的主要问题。作为国产 中间再热机组 的 典型运行方式 高中压缸联合起动,由于在起动 阶 段高压缸排汽温度和再热蒸汽温度低、中压缸和中压 转子 升温 慢,从 而 限制 了机 组起 动 速 度。机 组 的 中 压 缸起动,解决了中压缸温升大大滞后于高压缸温升的 问题,使汽轮机的起动速度得以提高,满足 了机组的快 速起 动 和参与 调峰 的性 能要求。机组中压缸起动是指在汽轮机冲转 时,高压缸不 进汽,主蒸汽通过高压 旁路系统进入 中压缸 冲动汽轮 机的转子,并 由中压调节阀控制机组的转速,待汽轮机 并 网带一定的负荷后,再逐渐 由中压缸进汽过渡到采 用高压调节阀控制机组负荷。中压缸起动具有以下优 点:(1)由于冲转 时再热蒸汽参数可 以较低,且 冲转时 为全周进汽,因此,中压缸进汽 的容积流量增大,对 中 压缸和中压缸转 子加热均匀,温升 比较合 理,容易膨 胀,减少了起动过程 中中压缸和转子 的热应力;(2)高 压缸在冲转前已被加热胀出,高压转子提前跨越脆性 转变温度,降低了起动时高压转子的疲劳寿命损耗,也 避免了高压末级叶片起动时的过热 现象,提高 了机组 起动时的安全性和经济性。2 旁路系统结构特 点和功 能 旁路系统是实现 中压缸起动的关键:(1)二级旁路 系统中,高压旁路系统 可实现 中压缸起 动和切缸前的 高压缸隔离,低压旁路系统控制再热蒸汽压力,在起动 初期低压旁路系统控制可完成调节和控制中压缸起动 的运行参数并 回收部分工质;(2)旁路系统容量决定机 组冲转参数的调节控制能力和切换负荷的大小,其容 作者简 介:郑凤才(1 9 6 8 一),男,山东济南人,山东电力研究高级工程师,从事电站汽轮机技术的试验研究。量越大,中压缸起动的切换负荷就越高,中压缸起动所 具有的优点就越明显,但不是旁路系统容量越大就越 好,它受到轴向推力的限制,并且过大的旁路系统容量 对进一步提高负荷切换点没有实际意义。鲁 能河 曲发 电有 限 公 司 6 0 0 MW 汽轮 机(东 方 汽 轮机厂制造)旁路系统采取了由高压旁路阀、高压旁路 喷水阀、高压旁路 喷水隔离阀组成 的高压旁路系统和 由低压旁路阀、低压旁路喷水阀组成 的低压旁路系统(2套);高压旁路进 口蒸汽量为锅炉最大 连续 出力 的 3 O 9 6;高、低压旁路驱动装置为变频智能型电动执行机 构,旁路系统控制纳入 D C S,形成一体化控 制。高压 旁路管道从主蒸汽总管上接 出,经高压旁路阀减温减 压后接至低温再热总管道,高压旁路减温水取 自给水 泵出口母管。低压旁路管道从热段再热管道上接 出,蒸汽经减温减压后进人凝汽器,低压旁路减温水取 自 凝结水泵出口管道,该机组高低压旁路系统结构如图 1 所 示,主要 有 以下 功 能。过热器 再热 器 汽包 高压 旁路 阀!止 门 低压缸 凝 汽器 低压缸 凝汽器 t 倒 暖 阀 低 压 旁 路 阀 Ms V一高压蒸汽阀 I s V 一 中压 主蒸汽 阀 c V一高压调节阀 I C V一 中压调节阀 VV 一通风阀 B DV 一 紧急排放阀 图 1 旁路系统的结构(1)根据机 组 初 始 状 态(冷、温、热、极 热 态)起 动 曲线,自动给出高低压旁路压力定值曲线,并按照该压 力定值曲线 自动控制锅炉过热器和再热器出 口蒸汽的 压力 和温度,以满 足机 组 中压缸起 动 时全过 程 的需要。(2)机组正常运 行过程 中,高低 压旁路 阀关 闭且 闭锁。(3)旁路系统具有快关功能。(4)为防止高压旁路出 H蒸汽带水,设 计 了高压 旁路减压阀闭锁旁路喷水,即先开汽阀,后开水 阀的逻 辑功能。(5)为防止低压旁路出 H蒸汽超温,设计 了低压 旁路喷水阀闭锁低压旁路减压阀,即先开水阀,再开汽 阀的逻辑 功 能。瞳 I 垫 垄皇:!I(6)旁路系统没有停机不停炉和带厂用 电(电气 主开关跳闸后,汽轮机带厂用电运行,维持锅炉在最低 负荷)的功能。(7)旁路系统设计时只考虑 了机组的起 动需要,不具备机组甩负荷的保护功能,甩负荷后,机组处于热 态或极热态,由于旁路系统 尚在全关位置,其管路系统 没 有 预热,处 于 冷 态,无 法 立 即投 入。此 时,可 以采 取 高中压缸联合起动,汽轮机极热态起动平稳且带负荷 迅速。该机组在试运期间甩负荷试验后采用高中压缸 联合起动,没有开启旁路系统,机组起动正常,节省 了 开启旁路系统管路的暖管时间。3 中压缸起动 中旁路 系统控制分析 机组 中压 缸起 动 工 况 下,由 中压缸 起 动 自动 切 换 到高压缸起动(切缸),不仅 要求 高压缸金属温度 与主 蒸汽温度合理匹配,还要考 虑到通过高压缸的蒸汽流 量与高压旁路蒸汽流量及再热蒸汽压力的合理 匹配,即通过高压缸的蒸汽流量必须介于切缸最大可用蒸汽 流量和切缸最佳蒸汽流量之间。这就需要旁路系统能 够满足汽轮机切缸的要求,将 中压缸起动转为高压缸 起动,同时防止机组负荷 的大幅波动。中压缸起动工况下,由中压缸带负荷升至 5 4 Mw 左右时,准备切缸,机组继续升负荷,随着 总阀位指令 的增加,中压调节 阀逐渐 打开,再热 蒸汽压力开始下 降,由于旁路系统控制在 自动方式,为了使再热蒸汽压 力维持在1 1 MP a,将低 压旁路 阀逐渐关小。总阀位 开度指令上升至 2 O 时,中压调节阀开度约在 7 5 9 6 左 右,高压调节阀开启,低压旁路阀为维持再热蒸汽压力 逐渐关至一定位置,高压旁路 阀开度基本不变。机组 负荷以 5 mi n的升负荷率 迅速增加,随着 负荷 上 升,中压调节阀全开,负荷升至 1 2 0 Mw 时,总阀位指 令上升停止,与机组参数匹配,高压调节阀稳定在一定 开度(机组参数高时,高压调节阀开度则较小,反之高 压调节阀开度较 大;参数较高时易引起机组 负荷大幅 度波动)。高压旁路 阀开始快速关闭,同时低压旁路 阀 也快速关闭,当高、低压旁路阀全关后,发出闭锁信号 使高、低旁 路系统控 制闭锁,VV 阀(通风 阀)全部关 闭。随着高、低压旁路阀的关闭,再热蒸汽压力逐渐下 降,机组负荷开始以高压缸带主要负荷,中压缸根据机 组再热蒸汽 的参 数带次要 负荷,机组 负荷逐渐下 降。高、低压旁路关闭后,根据机组参数,负荷一般稳定在 5 4 Mw 左右(与切缸前负荷相似),即完成 自动切缸。冷态中压缸起动工况下,机组并 网切缸结束后一 般参数见表 1。表 1 机组并网切缸结束后一般参数 主蒸汽压 力及再热蒸汽压力及主蒸汽流 再热 蒸汽流 负荷点 温度 MP a 温度 MP a 量 t h 一 量 t h-1(额定)6 0 3 8 5 0 5 3 6 5 2 5 0 1 4 0 9 机组冷态中压缸起动 中,实时记录的总阀位指令,发电机功率与高、中压调节 阀开度关系和切缸过程 中 高、低压旁路阀动作情况分别见图 2和图 3。1 一发电机功率2 一 机组转速 3 一高压调节阀开度 4 一主蒸汽压力 5 一 中压调节 阀开度 6 再热蒸汽压力 7 一总阀位指令8 一 高旁蒸汽流量 图 2 总阀位指 令、发电机功率与高 中压调节 阀开度关 系 4 中压缸起动 中旁路 系统控制注意事项(1)中压缸起动工况下切缸前旁路系统控制应在 自动 方式。1 发 电 机 功 率2 一 再 热 蒸汽 压 力 3 一 高 压 旁 路 网 网位 4 一切缸信号 5 高旁 流量 6 一 主蒸汽压力 7、8 低旁阀位9 一 高旁压 力控制 图 3 切缸过程 中。高低压旁路 阀动作情 况(2)到机组切缸结束前,应 注意确保 VV 阀一 直 开启,严禁 VV阀意外关闭,同时密切监视高压缸排汽 温度,严 防超 温。(3)切缸前控制好高压旁路 阀开度,高压旁路阀 后蒸汽流量不得过大,避免切缸后造成机组负荷太高。(4)切缸前机组 主蒸汽压力不应 太高,否则易导 致切缸前后负荷大幅波动。(5)切缸 中应注意汽包水位变化,加强机炉协调 控制,稳定燃烧,保持汽包水位正常。参 考 文 献 E l i 东方汽轮机厂 N 6 0 0 1 6 7 5 3 8 5 3 8 1 型 汽轮机运行 说 明书 Z 2 0 0 3 2 3 陆地 对国产 3 0 0 Mw 汽轮机 组采 用中压 缸起 动技术 的 探讨 J 电力学报,2 0 0 3,1 8(2)ANALYS I S OF DUAL S TAGE BYPAS S S YS TEM I N THE S TART UP PRoCES S BY US I NG I P CYLI NDER oF 6 0 0 M W S TEAM TURBI NE ZHENG Fe n gc a i ,XU Hu a i z h i ,CAI J i ax i a n g (1 S h a n d o n g El e c t r i c Po we r Re s e a r c h I n s t i t u t e,J i n a n 2 5 0 0 0 2,S h a n d o n g P r o v i n c e,PRC,2 W e i f a n P o we r Pl a n t,W e i f a n g 2 5 0 0 0 2,S h a n d o n g P r o v i n c e,PRC)Ab s t r a c t:Th e s t r u c t ur e a nd f u nc t i o ns of du a ls t a ge b yp a s s s y s t e m f o r 6 0 0 M W s t e a m t ur b i n e ha v e be e n br i e f l y pr e s e nt e d,a nd t h e c o n t r o l o f s a i d s y s t e m i n s t a r t u p b y u s i n g i n t e r me d i a t e p r e s s u r e(I P)c y l i n d e r b e i n g a n a l y s e d,a n d p r o b l e ms n e e d i n g t o p a y a t t e n t i o n i n c o n t r o l o f s a i d s y s t e m d u r i n g s wi t c h i n g o v e r f r o m I P c y l i n d e r s t a r t u p mo d e t o h i g h p r e s s u r e c y l i n d e r o p e r a t i o n mo d e b e i n g p oi nt e d o ut Ke y wo r d s:60 0 M W s t e a m t ur 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