汽轮机旁路控制系统

汽轮机旁路控制系统
1 旁路系统及控制方案

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一、旁路系统
单元机组，由于不再有储备蒸汽的蒸汽母管，这样当机组在起动或低负荷工况下，因此须解决锅炉的过剩蒸汽处理问题。中间再热式机组还须解决再热器保护问题。

汽轮机旁路系统是为汽轮机提供的一条旁路通道，它是由蒸汽管路及减温减压装置组成。其作用是将锅炉产生的蒸汽不经过汽轮机而引到下一级压力和温度的蒸汽管道或直接引入凝汽器，这样可平衡锅炉的产汽量和汽轮机的耗汽量，稳定锅炉和汽轮机的运行。

再热机组的旁路系统型式主要有一级大旁路、二级串联旁路系统、三级旁路（高压旁路串联低压旁路，再并联大旁路）。目前，大型单元机组多采用高低压二级串联的旁路系统。

高旁减压阀高压减温水

高压旁路系统

发电机高压缸中压缸低压缸～

喷水隔离阀喷水调节阀

过热器

再热器
低旁减压阀

低压旁路系统

低压减温水锅炉

喷水调节阀

凝汽器

低旁减压阀

压图16－1 高低压串级旁路系统

二、旁路系统作用：（1）加快启动速度、减小启动时间。（2）机组启动、停止和甩负荷时，可以回收工质，减少对空排放，提高运行的经济性。（3）正常运行时，起超压保护作用。（4）机组启动、停止和甩负荷时，保护再热器。（5）当汽轮发电机组或电网短时故障时，旁路系统的存在可使锅炉处于独立运行状态，从而使单元机组转入停机不停炉运行方式或带厂用电运行。

三、旁路控制系统
1、控制任务旁路控制系统的控制任务可分为以下两部分： 1、机组起停过程中的控制任务（1）保证主蒸汽压力按起动曲线变化；（2）保证高旁后蒸汽温度在再热器安全运行所允许的温度范围内；（3）保证再热蒸汽压力在与机组出力相适应的数值上；（4）保证低压旁路后蒸汽温度在凝结器安全运行所允许的范围内。 2、正常运行时的保护在正常运行时的保护包括：当蒸汽压力过高危及安全时，进行超压保护；汽轮机急甩负荷时的工质回收；保护凝结器；保护再热器。

2、旁路控制系统方案
高低压二级串联的旁路系统来说，旁路控制系统主要由高压旁路控制系统和低压旁路控制系统构成。

高压旁路控制系统主要由高压旁路压力控制系统和高压旁路温度控制系统组成。
主蒸汽压力主蒸汽压力设定运算模块（含：运行方式、阀位反馈、最大最小阀位限制等信号，以及速率限制、比例运算等）高旁出口温度

高旁主蒸汽压力调节器

设定值

高旁后汽温调节器

高旁流量

乘法器

高旁减压阀开度 (a) 图16-2 高压旁路控制原则性

方案

高旁喷水阀开度 (b)

低压旁路控制系统主要由低压旁路压力控制系统和低压旁路温度控制系统组成。
调速级压力再热蒸汽压力低旁出口温度

函数运算模块

低旁汽压力调节器

设定值

低旁汽温调节器

低旁流量

乘法器

低旁减压阀开度 (a) 图16-3 低压旁路控制原则性方案

低旁喷水阀开度 (b)

2 600MW机组旁路控制系统
以往的旁路控制系统均采用专用的电子控制装置进行旁路控制，但这一情况在 600MW机组上有所改变，一些机组已开始采用DCS实现旁路控制功能。

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一、高压旁路控制系统
高压旁路控制系统主要由高压旁路压力控制系统、高压旁路温度控制系统和喷水隔离阀控制系统三部分组成。

高压旁路压力控制系统
1、高压旁路系统的启动方式和运行方式 ? 1）冷态启动。按下“启动”键，若pT < pmin（最小主蒸汽压力设定值），即进入冷态启动方式。 ? 2）热态启动。按下“启动”键，若pmin < pT < psync（汽轮机冲转压力），即进入热态启动方式。 ? 3）重启动。按下“启动”键，若pT > psync，即进入重启动方式。这种方式适用于汽轮机短时间停机，而锅炉仍维持一定压力时的重新启动。

高压旁路控制系统的运行方式有“启动” 方式、“压力控制”方式、“压力跟踪” 方式和“快速开关”方式等4种。启动方式: 最小阀位控制、最小压力控制升压控制。

0

A
N

高压旁路压力设定值

主蒸汽压力

压力跟踪高压旁路自动

&

T1 Y △P A － △ K ∫ ＋ ∑

手动 Ymin A Y 最小阀位控制 T2 N A 0% ＞ N 高压旁路快关 T3 N 高压旁路快开 T4 A T

N

Y

A

0%

Y

A

100%

高旁减压阀开度指令
图16－4 高旁旁路压力控制

N 压力控制 T1 N ≥1 T2 N 升压控制 T3 T4 ∨≯ N 最小压力控制 T5

Y Y

A A

psync Ym pmin 减压阀开度Y + PID

最小压力控制
最小阀位控制

－

△ K ∫

Y

压力跟踪重启动关闭

≥1

Y

f(x )

主蒸汽压力

∨≯
Y

＞ N 升压控制 T6 Y ∨≯

闭锁减

＜ N 重启动 T7 Y ∨≯

闭锁增

＜ N 关闭 T8 ＞＜ Y ∨≯

闭锁增

A A

pmin pmax

高压旁路压力设定值图16－5 高压旁路压力设定值形成回路

1）最小阀位控制：这时主蒸汽压力的设定值为最小压力设定值pmin，由于刚启动，虽然主蒸汽压力低于最小压力设定值pmin，但由于切换器T2接Y端，故使得减压阀开度为最小阀位开度Ymin。以保证锅炉启动时蒸汽能进入过热器和再热器，此后随着主蒸汽压力上升，减压阀保持最小开度，直到主蒸汽压力上升到pmin。这一阶段属于滑压运行。

2）最小压力控制：这时主蒸汽压力的设定值为最小压力设定值pmin，随着锅炉的燃烧，主蒸汽压力会上升，为了维持主蒸汽压力等于

最小压力设定值pmin，减压阀门开度逐渐开大，直至预先设定的开度Ym（由锅炉启动期间所期望的蒸汽流量确定）。这一阶段属于定压运行。

3）升压控制：随着锅炉的燃烧，主蒸汽压力会上升，减压阀开度Y会开增大，当Y大于设定开度Ym时，调节器PID的输出增加，这样主蒸汽压力的设定值增加，于是减压阀开度Y将减小，一直减小到Y＝Ym。主蒸汽压力的设定值增加的速率将受到中切换器T6的Y端速率限制器的限制。随着锅炉燃烧率的继续增加，主汽压力上升至汽轮机冲转压力psync，这一阶段属于滑压运行。

4）压力控制：这时主蒸汽压力的设定值为冲转压力psync，控制系统将维持主蒸汽压力 pT = psync，汽轮机开始冲转升速。

? 5）压力跟踪：当锅炉产生的蒸汽量全部进入汽轮机，高旁阀完全关闭时，旁路系统进入压力跟踪方式。在该方式下，高旁主蒸汽压力设定值跟踪主蒸汽压力pT，压力偏差△p信号经切换器T1后与主蒸汽压力pT相加（ps =pT +△p），构成高旁主蒸汽压力设定值，这样设定值ps始终大于主蒸汽压力pT，于是压力控制器的输入始终为负偏差，以保证旁路在机组正常运行时能可靠地关闭。这一阶段属于滑压运行。跟踪方式是旁路关闭后的正常运行方式。如果主蒸汽压力超过设定值一定值时，减压阀立即开启，直到主蒸汽压力实际值小于设定值时，高压旁路阀再次进入关闭状态。

最小阀位控制

最小压力控制

升压控制

压力控制

压力跟踪

压力/ 负荷

主蒸汽压力

蒸汽流量 0

汽轮机负荷时间

压力设定值

psync
pmin

0

时间

阀位 Ymin

Ym

时间 0

图16－6

高压旁路控制系统的冷态启动曲线

? 为防止锅炉超压或减少安全门动作，旁路系统设计了高压旁路快开功能，发生下列情况之一，高压旁路减压阀快速开启，并投自动方式： 1）汽轮机跳闸； 2）发电机断路器跳开； 3）锅炉主燃料跳闸； 4）主汽压太高； 5）压力变化率大于设定值； 6）接收到甩负荷信号。

满足下列任一条件，高压旁路减压阀快速关闭，并且自动切手动： 1）高压旁路阀后温度太高； 2）凝汽器真空低； 3）低压旁路阀故障； 4）汽机110%超速。

高压旁路温度控制系统

主蒸汽温度

主蒸汽压力 A 高压旁路关闭 × A × A T1

再热器入口温度

N
Y A △

∑1

K ∫

∑2
手动 N A T N 高压旁路阀门关闭或高旁快关 T2 N 高压旁路快开 T3 Y A 100% Y A 0%

高旁减温水控制阀指令

图16－7 高旁减温控制系统

二、低压旁路控制系统
低压旁路控制系统由低压旁路压力控制系统、低压旁路温度控制系统和喷水隔离阀控制系统三部分组成。

1、低压旁路压力控制系

统
压力设定值中压安全门动作设定值

pmax pmin
△p
p1

0

低压旁路压力控制系统

汽轮机调节级压力
f(x) N 汽轮机未冲转低旁两侧减压阀均关 A N T2 ∑1 T1 Y A pmax Y pmin A

再热器出口压力 + △ K ∫

－

BALANCER

＋ ∑2 手动 A T ∑4 －低压旁路快开 T4 低压旁路快关 T5 100% A ＋ A Y T3 低旁A、 B 均自动

－ ∑3 手动 A T

低压旁路快开 T6

100% A

0%
A

低压旁路快关
T7

0%
A