旁路系统的控制特点及其优缺点

1、 100%旁路系统的控制特点及其优缺点 Control features of 100%bypass system and advantages and disadvantages 邢伟 （山东中实易通集团有限公司，山东，济南，）【摘要】介绍了100%旁路系统的功能，重点介绍了高压旁路的运行及其逻辑控制方法，并介绍了100%旁路的优缺点。【关键词】100%旁路，控制，优缺点Abstract: Introduced the 100% bypass function,Focuses on the operation of high pressure bypass,Logic control met

2、hod;Describes the advantages and disadvantages of 100% bypassKey words:100%bypass,control,advantages and disadvantages引言 由于地域及技术体系的不同，对于旁路系统的配置及运行方式也有着很大的差别。如在美国，一般都采用20%BMCR的小旁路，仅用于机组启动阶段，锅炉过热器出口配置安全阀；有的大机组甚至不配旁路。日本其技术特点基本上传承了美国体系。而欧洲与美国（日本）在旁路系统的应用上，其理念与美（日）体系截然不同。在大机组上，高压旁路普遍配置100%BMCR。取消锅炉过热器出口安

3、全阀。低压旁路容量一般在60100%范围，特别是德国近年来建设的百万级机组，均采用了100%的旁路配置。但均配有再热器安全阀。在旁路的应用及发展方面积累了很丰富的经验。 在玉环电厂41000MW超超临界机组投产的40%旁路只是起到了启动旁路的作用；而在北疆电厂21000MW超超临界机组投产的100%旁路起到了启动及保护的作用。现以北疆电厂的100%旁路为例介绍其控制特点及优缺点。1. 旁路简介：1.1北疆电厂1000MW机组的高压旁路每台机组设4套，布置于锅炉房内主蒸汽联箱出口，经减温减压后接至再热冷段蒸汽管道。高压旁路的减温水取自高压加热器出口。高旁容量为100%BMCR。低压旁路系统低压旁

4、路每台机组设2套，从汽轮机中压缸入口前热再热蒸汽两根支管分别接出，经减温减压后接至凝汽器。低旁容量为65BMCR。高、低压旁路串联一起，完成整个旁路系统的工作。低旁减温水由凝结水系统引来。1.2 天津北疆电厂1#机组汽机旁路控制系统采用了CCI公司开发的AV6控制系统；低压旁路系统装置由液动低压旁路阀（低旁阀，包括减温器）、液动喷水调节阀、液动喷水隔离阀等组成。高压旁路系统装置由液动高压旁路阀（高旁阀，包括减温器）、液动喷水调节阀、液动喷水隔离阀等组成。2 控制系统的硬件结构 2.1 就地控制柜 与循泵出口液控蝶阀类似，不再磊述。 2.2 高旁DCS控制柜，采用汽机旁路系统控制器(CPU)AV

5、6+和冗余CPU保护控制柜（SC40HP）3 控制系统的主要功能 （1）高低旁路配合调整, 进行从锅炉点火到汽机冲转前的启动升温和升压控制。 （2）根据机组的热状态(冷态或热态) 自动地确定锅炉升压的定值。 （3）为防止锅炉超压及FCB 功能要求而设置的快开功能。 （4）为保护凝汽器而设置的低旁快关或禁开功能。 （5）高、低旁减温调节功能。 （6）手动控制。4 高压旁路的运行 4.1 机组启动 （如图3所示）（1） 四个高旁减压阀分别用一个M/A站来控制。投入高旁自动后，启动高压旁路开始，即激活最小开度（Ymin on）10%；（2） 当主蒸汽达到预定义的最小压力1MPa时，控制器则逐渐打开旁

6、路阀；（3） 当阀门位置达到预定义的值(Ymax)30% 时,设定点生成器开始增加压力设定点升压，但最大梯度受限； （4） 达到汽轮机冲转压力8.4MPa后，设定点生成器切换到固定压力控制。汽轮机接收蒸汽后旁路开始关闭，直到旁路完全关闭； （5） 旁路关闭后，随着负荷的增加，压力设定点跟踪实际的压力加上dp，使旁路保持关闭，进入跟随模式及溢流模式。仍然要限制压力设定点的最大梯度。若设计蒸汽压力超过该梯度，旁路将逐渐打开，控制器返回压力控制模式。由旁路控制压力，直到恢复正常后旁路再次关闭进入跟随模式。（如图4所示） 4.2 旁路关闭 （如图5所示） （1） 在降负荷过程中，压力设定值“Ps ac

7、tual+dp”自动跟踪降低，降至一定值时，运行人员可以选择停机模式。（2） 在停机模式时，主蒸汽压力逐渐降低过程中，“Ps actual+dp”自动跟踪降低，只允许负的梯度，若主蒸汽压力大于“Ps actual+dp”，高旁自动切至压力控制模式，开启高旁，直至主蒸汽压力与“Ps actual+dp”匹配后逐渐恢复到停机模式。停机模式取消的条件是自动切除或者是并网信号消除，此时主汽压力正常情况下小于10MPa,则切换至固定压力模式。目标值瞬间跟踪实际压力，运行人员此时可以手动干预设定值，随着锅炉熄火，旁路逐渐关闭，将再次进入跟随模式。 4.3 正常运行中（压力大于10MPa）突然跳机，则快开旁

8、路，同时投入自动，进入固定压力控制模式，压力控制器的设定值跟踪实际压力，但最大不超过20MPa。随着旁路的打开，压力降低很快，此时记忆的压力设定值很大，锅炉燃料减少的很快，则旁路很快关闭，进入跟随模式，等待重启。 4.4 如果意外跳机，需要很快再次启动时，旁路关闭，锅炉存有一定压力。如果压力大于此时8.4MPa选择重启模式，此时压力设定值Ps actual跟踪实际压力变化，只允许负的压力梯度，（一旦锅炉锅炉压力开始增加），旁路阀开始打开，则进入固定压力模式阶段，等待冲转并网；如果再次启动时压力低于8.4MPa，则进入热态启动模式，压力设定器按照梯度升至8.4MPa，等待冲转并网。5 高旁各种模

9、式切换的逻辑说明，如图2所示， （1） 自锅炉点火（DCS BP_start_up_00），主汽压力小于1Mpa时（P_main_steam_H_Prmin取非），则进入冷态启动模式（BP_start_up_cold）。 （2） 自锅炉点火（DCS BP_start_up_00），主汽压力大于1Mpa时（P_main_steam_H_Prmin），则进入热态启动模式（BP_start_up_hot）。 （3）自锅炉点火（DCS BP_start_up_00），主汽压力大于8.4Mpa时（P_main_steam_H_Psync），且旁路开度2%（Bp_Ys）则进入固定压力控制模式（BP_pre

10、ssure_ctrl）。 （5） 当汽轮机加载（Hp_turbine on）且旁路开度2%时，高旁减温水调节阀自动投入到自动控制，根据高旁后蒸汽温度与温度调节站设定值闭环调节，同时接受主蒸汽压力及高旁减压阀开度的前馈信号，提高调节品质。 （2）四个高旁共用一个温度控制站，最小温度设定值为280。运行中该温度设定值最好在320350，与冷再蒸汽温度匹配。8 低旁压力控制 （如图6所示） 在最小压力启机时，低旁压力设定点设置为Pmin，一般为0.2Mpa，如果需要较高的设定值，运行人员可以适当增加压力设定点（但最大为5Mpa）；在汽轮机加载后，由汽轮机第五级压力所转换成的汽机负荷函数作为低旁压力设

11、定值。9 高旁的联锁保护（1）汽轮机跳闸(主汽压力大于10Mpa时)，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。（2）发电机油开关跳闸(主汽压力大于10Mpa时)，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。（3）旁路不在启动方式运行，主汽压力大于10Mpa同时大于Ps actual 1.0Mpa时，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。（4）主蒸汽压力大于29.4Mpa(压力开关六选一）时，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。（5）手动快开旁路，联锁旁路快开且联投高旁为自动方式。（6）喷水压力低低(9Mpa) （二选二），关闭高压旁路阀（保护开优先）。（7）高旁出口蒸汽温度高高（420）左侧（二选一）及右侧（二选一

12、）延时20秒，关闭相应的高压旁路阀（保护快开优先）。10 低旁的联锁保护（1）凝汽器压力大于30kpa时,低旁快关。（2）凝汽器温度大于等于105时,低旁快关。（3）凝汽器水位大于等于3035mm(零位为热水井底部向上1800mm)时,低旁快关。（4）低压旁路喷水的压力低至2Mpa时，低旁快关。（5）系统电源失电11 旁路的优缺点 11.1 优点 （1）加快启动时间，改善启动条件。 （2）保护再热器干烧。 （3）减少安全阀的启跳次数，有助于保证安全阀的严密性，延长其使用寿命。 （4）可回收其工质，并降低排汽噪音。 （5）大容量的旁路，使蒸汽温度与汽缸温度可以很快匹配，从而满足SIEMENS汽轮

13、机DEH冲转时的温度。 （6）机组快速减负荷时，调门会快速关闭，造成调节级或调节阀（无调节级）的压降急剧变大，这会导致其承受过大的应力。而旁路系统采用滑压跟踪溢流方式，当调节阀或调节级压降超过设定值，旁路自动开启进行溢流，以限制压降的进一步增加，从而减少应力。 （7）停机不停炉及实现FCB:近年来在德国投产的多台8001000MW机组，无一例外的采用100%BMCR高、低旁的配置。从理论上来说，只要汽轮机凝结水及循环水等系统运行正常，在任何电负荷下都能保证停电不停机，停机不停炉以及轻易的实现FCB。并且在汽轮机、发电机或主变压器高负荷跳闸的情况下，锅炉不受快速甩负荷甚至MFT的冲击。在停机或F

14、CB后，锅炉可平缓的降负荷。若汽轮发电机或电网的故障很快被消除，则立即可再次启动汽轮发电机及在并网后迅速加负荷。 （8）确保汽轮机启动的蒸汽品质。每次启机时，先经过一个“带旁路启动”过程，锅炉的蒸汽借道旁路系统构成循环，其热负荷通常要达到45%BMCR甚至更高。经过一段时间的循环，直至蒸汽品质合格后再冲转。用这种方法，可以彻底杜绝低标准蒸汽对汽轮机通流部分所造成的伤害，这对高参数，大容量的汽轮机尤为重要。 （9）替代冲管:采用100%BMCR的高低压旁路，在带旁路启动阶段，锅炉进行适当时间的高负荷运行，可起到相当于冲管的效果。 （10）大大减轻汽轮机固体颗粒侵蚀:锅炉通过带旁路启动，减缓了启动

15、过程中过热器等蒸汽管道的温度变化，减少了固体颗粒的剥离，同时把启动过程中产生的固体颗粒直接排入凝汽器。 11.2 缺点 （1）正常运行时，运行人员无法由自动切手动 （2）在降负荷时，如果主汽压力太高，又没有选择Run down停机模式，则无法通过开启旁路来提前泄压，不太利于运行操作 （3）压力开关6选1来快开旁路，不太利于防止误动作，应当修改为6选2快开较好 （4）旁路系统逻辑已经固话在内部，检修人员很难修改，不利于维护 （5）旁路系统是一个独立的系统，需要与其他系统通讯，不利于稳定性，也不便于日后检修；但如果用西屋等其他系统来代替，其一些比较先进的控制策略如状态观测器等又暂时无法掌握，造成缺憾12 结束语 北疆#1百万机组旁路控制程序比较复杂，对热工及运行人员的水平要求相比较较小机组都有所提高；由于小汽轮机的汽源等问题暂时无法实现停机不停路及FCB，造成一定缺憾。相信随着国产设备技术及质量的提高实现停机不停炉及FCB是完全可能的。（图1：高旁压力设定值逻辑）（图2：高旁启动及运行模式切换逻辑）（图3：高旁启动运行曲