三菱二拖一联合循环机组自动解并汽策略研究及应用程伟

三菱二拖一联合循环机组自动解并汽策略研究及应用程伟

程伟

（神华国华（北京）燃气热电有限公司北京100020）

摘要：某燃气-蒸汽联合循环机组解并汽过程存在负荷点选择不合理、旁路自动控制不完善、重要参数波动等问题。通过对二拖一燃气-蒸汽联合循环机组解并汽存在的问题进行分析，找出问题原因，制定控制优化策略。在解并汽过程旁路自动控制、解并汽方式几个方面进行逻辑优化和策略制定，实现了三菱二拖一燃气-蒸汽联合循环机组解并汽过程的安全、经济、可靠。

关键词：联合循环；自动控制；旁路；解并汽

引言

某燃气一蒸汽联合循环机组为二拖一燃气-蒸汽联合循环机组：两台燃机经过天然气在机内燃烧做功发电后，产生大约600℃的废烟气，经过两台余热锅炉进行余热回收，产生蒸汽带动汽轮机做功发电，汽轮机进汽采用母管制进汽方式。由于电网日常调峰，需要进行频繁的启停操作，启停过程了实现了全自动并网，解汽、并汽过程基本上能保证安全稳定，参数不剧烈波动，但是也存在一些问题影响经济性和安全运行的问题。

1.实现自动解并汽存在的主要问题

1.1.解并汽负荷点的选择问题

我公司解并汽负荷点设计值140MW，解并汽过程中保持不变，但是负荷全程不变化也带来不经济的问题，解并汽过程的高温高压的过热蒸汽长时间排入凝汽器，造成不节能浪费蒸汽。

1.2.解并汽对汽机轴向位移的影响

解并汽过程汽机负荷会有突变过程，如程序设计不完善会导致轴向位移发生大幅变化，需要确定解并汽原则、设计合理的程序保证过程平稳。

1.3.旁路控制与解并汽程序的配合问题

自动解并汽需要旁路的自动控制来配合完成，其控制方式是否完善直接影响解并汽效果。

1.4.解并汽过程汽包水位大幅波动

汽机调门与解并汽程序配合不好的情况下，会出现该解出汽未解出、该并入的蒸汽未及时并入，从而导致蒸汽流量波动进而应汽包水位。

2.自动解并汽策略

2.1.解并汽的负荷点选择问题

（1）旁路系统容量因素：负荷点选的高的话，待解并机组旁路开度大，要考虑旁路减温水容量问题，旁路后温度是否可控？凝结水系统的安全系数？最终通过试验确定旁路因素能够承受的负荷。

（2）汽机负荷因素：解汽前，两台机负荷需要至负荷点，如果负荷点过低的话，在解汽后汽机负荷会降低一半使负荷过低，导致高排温度超限，影响汽机安全运行，同样在并汽前正常炉带负荷过低导致汽机负荷也会过低，根据试验确定负荷点下限为120MW；如果负荷点选择过高的话，解并汽后汽机负荷甩掉一半冲击过大；

（3）汽机压控因素：选择的解并汽负荷点应保证，待并机组并汽后汽机压控定值不会大幅变化，待停机组解汽后汽机压控定值不会大幅变化，负荷点宜选择汽机定压控制段，这样解并汽前后机前压力会比较稳定，根据汽机压控定值曲线燃机负荷应在140MW以下；

（4）燃机温控因素：最经济的方式为运行机组维持高负荷，待解并机组选择低负荷，而能否实现这种方式由燃机的温控曲线来决定，只有燃机低负荷与高负荷有温控重合点的情况下可以选择此种方式，三菱机组不具备此条件。

2.2.解并汽过程中旁路控制

要实现解汽与并汽的全程自动，旁路必须有完善的控制策略，来保证并汽时待并炉压力与运行炉压力偏差在一定范围内，解汽时通过旁路将汽平稳解出，为此旁路设置并汽模式、退汽模式。

2.3.解并汽方式

燃气-蒸汽联合循环机组的锅炉为三压余热锅炉，对应高中低压蒸汽，由于低压缸为双分流对称布置，实际对轴向位移影响大的主要是高中压解并汽，由此解并汽方式有三种：高中压同时解并汽、先高压后中压、先中压后高压。

(1)高中压同时解并汽方式

并汽启动时，将两台炉负荷控制在解并汽负荷点，通过旁路自动控制待并炉蒸汽压力，使其略高于母管压力，待两台炉压力、温度偏差在要求范围后，开启高中压并汽阀，待并汽阀全开后同步关闭高中压旁路，进入汽机的主再热流量增加，同步开启对应炉的冷再调阀，控制返回冷再的流量等于并入的主蒸汽流量，旁路阀全关后并炉结束，通过该方式并汽汽机轴向位移变化较小，对汽机而言较安全且并汽操作快。

解汽停机时，先将两台炉负荷同步降至解并汽负荷点，通过程序同步开启高中压旁路，减少进入汽轮机的主再热蒸汽流量，同时对应炉冷再调门逐渐关小，控制对应炉返回冷再的流量等于进入汽机的流量，待通过旁路解出大部分蒸汽后，同步关闭高中压并汽阀，机前压力通过汽机压控保持稳定。此种解汽方式高中压同步，主再热进入汽轮机的蒸汽流量同步减少，对汽轮机轴系有利。

(2)先高压再中压

并汽启动时，待两台炉参数满足条件后，先开启高压并汽门，再逐渐关闭高压旁路阀，同步开大待并炉冷再调阀，控制并入的蒸汽流量等于返回冷再的流量，保证蒸汽平衡，待高压旁路阀全关闭后，高压并汽结束。然后再并中压蒸汽，先开启再热并汽门，然后逐步关闭中压旁路阀，进入汽机的再热蒸汽流量逐渐增加，待中压旁路阀全关闭后，中压并汽结束。退汽过程为并汽过程的逆向操作，基本一致。此种方式需要分别进行主再热蒸汽的并汽与解汽，汽轮机轴系要经历2次反方向的大幅波动，负荷越高影响越大，对汽机轴系安全来说是不利，操作上也复杂化。

(3)先中压后高压

并汽启动时，待两台炉参数满足条件后，先开启再热并汽门，再逐渐关闭中压旁路阀，进入汽轮机的蒸汽流量逐渐增加，待中压旁路阀全关后中压并汽结束；再进行高压的并汽操作，先开启高压主汽并汽门，然后逐渐关闭高压旁路阀，同步开启冷再调阀控制蒸汽流量平衡，待高旁全关后并汽结束。退汽过程为并汽的逆向操作，基本一致。此种方式同样使汽机轴系经历2次反方向变化，同时对再热汽入口压力也会有大幅波动。

综合以上三种方式，高中压同时并解汽对汽机轴系是最安全的，同时操作时间短、操作简单，但必须通过自动程序进行，否则很难实现高中压的同步。

2.4.并解汽过程中汽包水位的控制

并解汽过程汽包水位的波动幅度是衡量程序是否完善的一个重要指标，而要保证汽包水位稳定，只需保证汽包压力稳定即可，即解并汽前后主再热蒸汽压力的稳定。

并汽前通过旁路控制待并炉蒸汽压力，汽机压控控制运行炉蒸汽压力，一般在并汽前控制待并炉蒸汽压力微高于母管压力，这样并汽可以保证有效并入，并汽过程中随着旁路阀的关闭，逐渐并入蒸汽，由汽机压控保证机前压力的稳定，并汽结束后完全转为压控控压。在解汽过程中随着旁路的开启，待解炉蒸汽压力逐渐转为旁路控制，进入汽机的蒸汽流量逐渐降低，汽机压控负责机前压力的稳定，解汽结束后解汽炉由旁路控制蒸汽压力，运行炉由汽机压控控制。

并解汽过程中需要保证两台炉汽包水位平稳，首先要保证蒸汽压力稳定，正常运行炉通过汽机压控控制压力，而待解并炉通过旁路来控制；只要保证解并汽前后汽机压控定值稳定即可保证运行炉压力稳定，根据压控曲线，燃机负荷在140MW以下一拖一与二拖一压控曲线一致，因此只要将并解汽负荷控制在140MW以下即可保证压控定值稳定；对于待解并炉，并汽前待并炉由旁路控制压力稳定，并汽过程中通过汽机压控维持稳定，并汽结束后汽机压控控制压力稳定，关键点在于并汽前旁路控制定值与汽机压控相匹配，而解汽前和解汽中由汽机压控保证压力稳定，解汽后由旁路控制，同样是旁路与压控的匹配问题；因此只要保证解并汽前后汽机压控定值稳定、旁路控制与汽机压控相匹配即可。汽机调门的特性也起着决定性因素，压力控制策略再完善，如何汽机调门特性差无法有效控压，往往会出现压力和流量的波动，大多数电厂往往是这个因素导致并汽解汽过程中汽包水位大幅波动。

2.5.并解汽程序整体策略

（1）并汽时首先要保证冷汽不能进入汽机，一般通过设置两台炉的温度偏差作为程序启动条件，由于温度测点布置等问题，并不能实际反映出并汽门前后蒸汽的实际情况，有时候为了加快并汽，通过调整减温水、负荷等凑够温度条件，仅仅通过这个温度偏差作为并汽条件极有可能导致冷汽进入汽机，而如果将并汽门前后疏水温度加入判断条件，则可以大大降低并汽风险，具体疏水温度条件需要根据实际进行调整，通过增加疏水温度这个条件，在实际的并汽过程中母管蒸汽温度一般会有10℃～20℃波动期，但时间很短。

（2）并解汽中汽机受冲击最大，一般通过自动解并汽高中压5min可以完成，这么短的时间内汽机负荷增加或减少一半对汽机轴系影响很大，低压由于汽量少对汽机影响也少，但高中压影响大，因此通过高中压同时解汽和并汽减少对汽机的轴系影响；高中压同时并汽的具体策略为：第二台机并网后，升负荷至并汽负荷，运行炉负荷降至并汽负荷，两台炉负荷偏差小于15MW时，旁路控制模式由最小压力切至并汽模式，待并炉压力比母管压力高0.05Mpa，等待温差条件满足后，自动并汽程序启动，高中压并汽门同时开启，此时并不是真正的并汽，待并汽门全开后，旁路根据并汽门状态自动转入程序关模式，高中旁路同步关闭，冷再调门根据设定自动开启，汽机压控为保证压力稳定，控制调门逐渐开启，此时为实际的并汽，待高中压旁路全关，待并炉冷再全开后并汽程序完成；高中压同时解汽的具体策略为：负荷降至退汽负荷后，启动退汽程序，旁路控制模式切至退汽模式，高中压旁路同步开启、待解炉冷再调门逐渐关闭，汽机压控为保证压力稳定，调门逐渐关小，待高中压旁路阀位>40%时认为解汽基本完成，高中压并汽门同步自动关闭，全关闭后解汽程序完成，高中旁路转成并汽模式，待解炉降负荷与运行炉负荷偏差>15MW时旁路进入最小压力。

3.应用及优化

3.1应用中主要问题解决方案

（1）解汽过程中高中旁路开启不协调，高压旁路已至40%，而中旁只有30%，待中旁至40%高旁已至60%左右，导致高中解汽不协调，主要原因为高中退汽模式设定值的问题，退汽模式下旁路设定值为当前实际压力加一负偏置，将中旁负偏置由-0.3Mpa提高至-0.4Mpa后，解汽过程中高中压可达到同步；

（2）机组启动过程中旁路的控制尤为重要，这也是常规电厂启动过程中操作量非常大的一个环节，锅炉升温升压、汽机冲转、锅炉并汽、锅炉退汽都需要旁路系统的密切配合。本项目的旁路控制设置了七种模式，根据机组的运行状态和参数自动切换，满足了电厂启停包括事故状态下所有运行方式对旁路系统的控制要求，尤其是解并汽过程中要想保持参数的平稳，旁路控制的精准显得尤为重要，我公司共设计了七种旁路模式，具体控制策略如下：

1)压力跟踪模式：旁路阀设定压力一直跟踪实际主蒸汽压力，点火后，旁路投入自动前，旁路阀为压力跟踪模式，设定值一直跟踪实际压力，旁路阀处于关闭状态。

2)最小开度模式：旁路投入自动后，旁路设定值为暖管压力，维持暖管压力至启动开度(10%)，旁路投入条件满足后，旁路投入自动，设定值为暖管压力（高压0.5MPa,中压0.3MPa,低压0.1MPa）旁路阀逐渐开至10%。

3)最小压力模式：旁路设定值为最低冲转HP：6.76MPa，IP：1.67MPa；LP：0.39MPa，当主汽压力升到汽机冲转压力（6.76；1.67；0.39）时，控制回路自动转入最小压力模式，旁路设定压力为最小压力值，当主蒸汽压力超过最小压力设定值后，旁路阀逐渐打开以维持最小压力。

4)备用压力模式：旁路阀设定压力跟踪当前母管压力，比当前压力高一个偏置值(高压0.5，中压0.2，低压0.1)，但最高不超过额定压力＋偏置值，确保安全阀动作前旁路先开启，汽机并网投压控后旁路转入备用压力模式。

5)并汽模式：目标压力定值跟踪运行机组，比母管压力低一个偏置（0.1MPa），待并侧与运行侧燃气负荷之差小于15MW后进入并汽模式，并汽顺控启动后旁路逐渐关闭。

6)退汽模式：目标压力定值跟踪运行机组，比母管压力低一个偏置值（高压0.2；中压0.15；低压0.1），退汽顺控启动退汽模式。

7)保护模式：开启目标为高压主蒸汽流量的函数，快开后的压力设定值为跳闸前的主汽压力值，当燃机负荷>20%，汽机发电机出口开关断开或OPC动作，旁路进入快开保护模式。

不同的运行工况使用不同的控制模式，有效保证了解并汽过程的参数平稳，控制精准。

3.2解并汽中主要参数变化

4.结论

二拖一联合循环机组在第二台燃机启动和二拖一停一台燃机时需要将余热锅炉的高、中、低压蒸汽并入/退出蒸汽母管，这一过程有可能引起汽机轴向位移、汽包水位等参数的波动，操作风险比较大。其他电厂高中压并/解汽普遍先中压后高压或者先高压后中压，并/解汽时间较长，而且并/解汽时轴系位移也比较大，本项目采用高中压同时并/解汽汽的方式，有利于减少高中压缸出力不均而采引起的轴向位移，胀差波动，对汽包水位的影响也比较小，还缩短了并/解汽时间。并/解汽过程在10分钟内完成，汽包水位波动基本在±40以内，胀差和轴向位移均无明显变化。

联合循环机组实现解汽与并汽的自动、安全、可靠，主要难点在于负荷点的选择、减少对汽轮机轴系的影响、避免汽包水位的波动、解并汽过程中旁路的控制、两台炉串汽问题，通过完善的控制策略解决以上问题，对于提高联合循环机组日常调峰操作安全性意义重大。

参考文献：

[1]司派友，左川.“二拖一”燃气一蒸汽联合循环机组的并汽与退汽I-j]．热力发电，2010，39(12)：61—64．

[2]燕金栋.M701F型燃气一蒸汽联合循环机组汽轮机旁路系统特殊工况下的控制[J]．热力发电，2010，39(10)：92—95．

[3]王建伟，陈元锁．s209FA联合循环机组汽!轮机控制[J]．浙江电力，2008，27(4)：50-52．

[4]杨顺虎．燃气一蒸汽联合循环发电设备及运行【M】．北京：中国电力出版社，2003．

作者简介：程伟（1982-07），男，2004毕业于华北电力大学，工程师，现任神华国华（北京）燃气热电有限公司主控室值长