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1000MW机组高压旁路系统压力控制_0

  上海外高桥第三发电有限责任公司(外高桥第三发电厂)2*1000MW机组分别于2008年3月26日及6月7日通过168h试运行并进入商业运行。该机组高、低压旁路系统由德国BoPP和REUTHER公司制造的阀门组、油站及控制系统组成,其中油站由就地PLC控制,旁路阀门组的压力和喷水量由机组DCS(德国SIEMENS公司制造的T300ODCS)控制。

一、高压旁路系统

  高压旁路系统阀组共有12个阀门分为4组,每组旁路还包括有1个压力控制阀、1个温度控制阀及个喷水隔绝阀。每只压力控制阀的最大通流量为汽轮机调节阀全开功率(VWO)工况下锅炉主蒸汽流量的25%,其安装在炉侧过热器出口。同时,压力控制阀还起到过热器安全阀作用,因此其具有快速开启功能,可在0.5s内全部打开。每个压力控制阀配有3个安全快开电磁阀、1个快开电磁阀、1个比例阀。同时,为了使压力控制阀具有过热器安全阀的功能,在其就地控制设备中,每个阀门除了配有位置控制系统(PCS)柜之外,还配有1个MT5356保护柜。

二、高压旁路压力起动及运行控制

  在控制方式上,高压旁路系统的压力控制逻辑分为2层:第1层为压力主控,实现高压旁路系统的控制及工况切换等功能;第2层为从压力控制器接收压力主控信号并进行处理后输出控制阀门指令。高压旁路系统控制逻辑见图1。

  由于4个高压旁路阀特性不同(传递函数不同),仅设置1个PID控制器控制4个阀门,无法进行最优调节,甚至可能导致部分阀门产生调节振荡。对此,在控制逻辑中设置了从压力控制器对4个阀门进行针对性的调节,其增益设为1,即对压力主控传输信号不进行处理。在整个闭环回路的传递函数中增加1个惯性环节,以调节积分时间。

  (1)Al模式 高压旁路控制系统Al模式的主要作用:使主蒸汽压力逐步提高至起动压力;提高锅炉受热面和过热器集箱的温度。当锅炉点火起动时,高压旁路系统就进人Al模式,高压旁路系统压力主控发出O阀位信号,以保证阀门关闭且不进行压力控制,主蒸汽压力可以随意波动。Al模式期间,高压旁路阀未对压力进行控制,其开启曲线为预定曲线(图2)。

  (2)A2 模式 高压旁路控制系统从Al模式进人A2模式有3种状态:第1种为主蒸汽压力大于11MPa(可调整,一般为汽轮机允许冲转的最高压力);第2种为锅炉起动点火后待12min进人A2模式;第3种为主蒸汽压力达到期望的累积压力,其与锅炉起动点火时的压力有关,为一设定函数,锅炉冷态起动时超过点火时压力约0.1MPa,锅炉热态起动时超过点火压力大约1一1.5MPa。A2模式主要将高压旁路阀控制在小开度并保持不变,使主蒸汽压力逐渐提高;如果在锅炉温、热态起动时,可使受热面与过热器集箱内的蒸汽流量逐步缓慢地增加,受热面及过热器集箱温度也在允许范围内逐步提高,A2模式期间,高压旁路阀未对压力进行控制,其开启曲线为预定曲线(图2)。锅炉冷态与热态起动的控制方式不同:冷态起动时,高压旁路阀开至5%且持续1min后进入下一个控制模式(A3模式);温态、热态起动时,高压旁路阀开度保持5%左右约2min后,其在6min内逐渐开至17%左右,这样可以保证热态时蒸汽流量缓慢增加,减少过热器集箱与受热面之间的温差。

  (3)A3 模式 高压旁路控制系统从A2模式转入A3模式有2种:第1种为A2模式起动所需时间(可调整,本系统设定为12min)已经满足;第2种为汽轮机达到冲转压力(在控制系统中应分为与A2模式中相同的汽轮机允许冲转的最高压力和经过数字式电液控制系统(DEH)计算得到的冲转值两部分,达到两者中的任何一个值)。A3模式下,调节高压旁路阀开度,以保证汽轮机冲转压力。根据锅炉起动工况(冷态、热态以及极热态等)的压力设定值与实际压力值比较取大值后再分别与8.5MPa(最小冲转压力)和11.5MPa(最大冲转压力)比较取限值后得到最终压力设定值。为了减小主蒸汽压力波动以及防止设备因压力剧变而引起的应力冲击等,在控制压力过程中,设置升压和降压速率。升压速率与当前的主蒸汽流量成正比,与锅炉内所储存的蒸汽量(由主蒸汽压力换算得到)成反比。另外,如果汽水分离器压力上升太快,需将升压速率乘以一个可调整因子(分离器压力的函数),并快速减小可调整因子。

  (4)B 模式 当高压旁路阀均已关闭后且高压旁路控制系统接收到DEH发出的所有蒸汽开关量信号(高压旁路阀全部关闭、实际负荷>100MW、DEH处于初压控制方式和负荷控制方式时发出该信号)后,由A3模式进入B模式。此时,高压旁路控制系统主要完成限压溢流功能。如果出现主蒸汽压力迅速或非正常上升,高压旁路控制系统将开启高压旁路阀将压力控制在机组协调控制系统压力设定值附近,以保证机组正常运行及设备的安全。

  (5)C模式 在汽轮机停机、跳闸或者辅机故障减负荷(RB)等状态时,高压旁路控制系统转至C模式。此时,高压旁路系统压力设定值为与协调控制系统锅炉负荷指令对应的蒸汽压力,并保持该压力不变,直至汽轮机重新起动或者锅炉停运。在具有100%大容量的旁路系统中才具有该控制模式。

  (6)D/E模式 D/E模式为锅炉停运后的模式。D模式下无法手动减小设定压力值,E模式下可手动设定压力值,这2种模式在实际应用中可同时使用。在锅炉停运后且正常情况下,高压旁路阀自动关闭并保持压力,压力设定值比当前实际压力略高0.2MPa左右,从而可缩短锅炉重新点火起动时间。但是,压力最高不能超过汽轮机最高冲转压力(或者给压力增加一个偏置)。如果因锅炉蓄热导致压力超过其设定值,高压旁路阀门将自动开启以维持压力。如果锅炉停运后,炉膛压力高于最大重新起动压力,高压旁路控制系统将根据降压速率进行自动降压。降压速率为主蒸汽压力的函数值,当前主蒸汽压力值越高,其降压速率越快。

三、高压旁路阀快速开启控制

  高压旁路系统安装于锅炉85m层过热器集箱出口,其兼有过热器安全阀功能。在设计上,主要由压力控制阀实现安全快速开启功能,其有2种快速开启阀门方式:通过DCS控制逻辑快速开启高压旁路阀,开启时间小于等于5s;通过控制台操作按钮及就地压力开关安全快速开启回路开启阀门,即当操作按钮按下或者压力开关动作时,安全快速开回路开启高压旁路阀,开启时间镇 小于等于0.5s。另外,当就地发出安全快速开启阀门指令时,PCS柜同时也会发出快速开启阀门信号。

  触发快速开启阀门的任一条件为:(l)发生机组快速甩负荷(FCB)或者汽轮机跳闸;(2)主蒸汽压力大于28.5MPa;(3)当就地发出安全快速开启阀门指令;(4)高压旁路控制系统在B或C模式下,主蒸汽压力与压力设定值偏差超过1.0MPa(B模式)或2.4MPa(非B模式),且主蒸汽流量大于锅炉最大蒸汽量的50%。

四、结语

  对外高桥第三发电厂超超临界1000MW机组100%高压旁路系统起动过程的控制可进一步优化,如对固体颗粒侵蚀问题、大容量机组FCB等功能的优化,以进一步提高机组控制水平。

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