王曉峰

（中航世新安裝工程（北京）有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110043）

燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力裝置可以簡化的表示成由壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)廨啓C(jī)這三個(gè)基本的部分組成。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，空氣首先進(jìn)入到葉輪式壓氣機(jī)之中，然后再壓縮到一定的壓力之后，送入到燃燒室內(nèi)，再和燃油進(jìn)行混合燃燒，燃燒的燃?xì)鉁囟韧ǔＤ軌蜻_(dá)到1800～2300K。這時(shí)將二次冷卻空氣和高溫燃?xì)膺M(jìn)行混合，使得混合的氣體能夠降低到需要的適當(dāng)?shù)臏囟?，最后再進(jìn)入到燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)。在燃?xì)廨唭?nèi)的混合氣，首先在靜葉片組成的噴管中進(jìn)行膨脹，再把熱能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，這就能夠形成一種高速的氣流，氣流沖進(jìn)固定在轉(zhuǎn)子上的由動(dòng)葉片組成的氣流通道，最后形成推力來推動(dòng)葉片，使得轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而輸出機(jī)械功。燃?xì)廨啓C(jī)所做出的功除了用來帶動(dòng)壓氣機(jī)以外，還將剩余部分的凈功量對外進(jìn)行輸出。最終從燃?xì)廨啓C(jī)排出的廢氣排入大氣，放熱之后完成整個(gè)循環(huán)。

1 燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽機(jī)旁路控制系統(tǒng)的原理

旁路控制對機(jī)組暖機(jī)/提速、啟動(dòng)/停止、加/減負(fù)荷都有積極的作用，直接增加了機(jī)組的熱力系統(tǒng)的循環(huán)倍率，要根據(jù)聯(lián)合循環(huán)主設(shè)備的熱力特性，根據(jù)它們的應(yīng)力曲線來設(shè)計(jì)旁路控制的啟閉規(guī)律。旁路控制是由旁路管道、減壓減溫閥門以及控制機(jī)構(gòu)等部件組成。其主要作用是在機(jī)組啟動(dòng)階段的時(shí)候，或者是事故狀態(tài)下的時(shí)候，把鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽不通過汽輪機(jī)而直接引入到下一級的管道或者是凝汽器中。

所謂的布雷頓循環(huán)特性參數(shù)，其實(shí)就是循環(huán)增壓比和循環(huán)增溫比。循環(huán)增壓比也就是循環(huán)最高的壓力和最低的壓力的比值，通常用π來表示。循環(huán)增溫比就是循環(huán)的最高溫度和循環(huán)的最低溫度的比值，通常用τ來表示：

布雷頓循環(huán)的熱效率取決于循環(huán)增壓比π，隨著π的增大熱效率逐漸提高，而和循環(huán)增溫比τ沒有關(guān)系。燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際運(yùn)行循環(huán)的每個(gè)過程中都存在不可逆的因素，在這里只考慮壓縮過程及膨脹過程中所存在的不可逆性。

2 燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽機(jī)旁路控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

燃燒室旁路調(diào)節(jié)閥可調(diào)整到燃燒室的空氣流量，從而保證燃燒器穩(wěn)定燃燒，因此，燃空比可以通過此閥來調(diào)節(jié)；燃燒室旁路閥的控制信號輸出為機(jī)組負(fù)荷、燃燒室壓力、壓氣機(jī)入口空氣溫度和機(jī)組轉(zhuǎn)速的函數(shù)。

表1 高旁升壓的速率

在等待進(jìn)氣時(shí)，主蒸汽閥前疏水閥將打開，高壓主蒸汽閥在并網(wǎng)5分鐘后也逐漸打開一定開度（高壓主蒸汽閥屬于液壓調(diào)節(jié)閥，因此不像中、低壓主蒸汽閥那樣保安油壓一建立就打開），進(jìn)行主蒸汽閥的暖閥。汽機(jī)的旁路系統(tǒng)將按照最小壓力模式下的壓力設(shè)定值調(diào)節(jié)，維持各系統(tǒng)在設(shè)定的壓力。

旁路在最小壓力的模式下，能夠?qū)φ羝膲毫υO(shè)定值曲線，增加限速模塊來配合系統(tǒng)合理的升溫和升壓。TCS 能夠根據(jù)燃?xì)鈾C(jī)組啟動(dòng)時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)，把機(jī)組的啟動(dòng)狀態(tài)分為熱、溫、冷三態(tài)。在熱、冷、溫三種模式下，高旁升壓速率的曲線分別由壓力的設(shè)定值來充當(dāng)變量的三組分段函數(shù)管線，如表1所示。

中旁升壓的速率沒有分為啟機(jī)狀態(tài)，通過f( x)的一個(gè)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，如表2所示。

表2 中旁升壓的速率

伴隨著燃?xì)鈾C(jī)組負(fù)荷的提升，在最小壓力的控制模式下，旁路的壓力設(shè)定值也會(huì)伴隨著升壓曲線同時(shí)通過速率的限制回路作用進(jìn)行上升。低、中、高旁路的設(shè)定值速率閉鎖增定值分別是0.2MPa、0.1MPa、0.03MPa。

圖1

3 燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽機(jī)旁路控制系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行

燃?xì)廨啓C(jī)的旁路系統(tǒng)有三項(xiàng)功能：啟動(dòng)、溢流和安全。①啟動(dòng)功能是利用旁路系統(tǒng)來改善機(jī)組啟動(dòng)的條件，使用旁路系統(tǒng)來控制蒸汽的溫度，就能夠使汽輪機(jī)進(jìn)汽的溫度和汽缸的溫度相匹配的過程更加的合理和快速。旁路系統(tǒng)還能夠配合汽輪機(jī)組實(shí)現(xiàn)中壓缸的啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行，在低熱應(yīng)力及低消耗的條件下，縮短整個(gè)機(jī)組啟動(dòng)的時(shí)間。②溢流功能是在事故狀態(tài)時(shí)，旁路系統(tǒng)能夠排放機(jī)組在負(fù)荷突降過程中剩余的蒸汽，進(jìn)而來保證在汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，也就是帶廠用電運(yùn)行或者是空載運(yùn)行時(shí)，或者在停止運(yùn)行狀態(tài)下，來維持鍋爐在不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷下的運(yùn)行，目的就是在事故排除后，能夠以最快的速度來恢復(fù)帶負(fù)荷。③安全功能是在汽壓過高的時(shí)候，旁路系統(tǒng)能夠快速進(jìn)行開啟，能夠把余蒸汽排入到凝汽器中，以此來代替安全門的相關(guān)功能，還不會(huì)出現(xiàn)工質(zhì)的損失以及產(chǎn)生噪聲。這三項(xiàng)功能在調(diào)峰運(yùn)行的機(jī)組上作用更加的明顯，如果單元機(jī)組實(shí)行的是兩班制運(yùn)行，則可以利用旁路系統(tǒng)來縮短熱態(tài)啟動(dòng)的時(shí)間，提高整個(gè)機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)性。

汽輪機(jī)從開始沖轉(zhuǎn)之后，其用汽量就逐漸增加，因此主蒸汽的壓力就會(huì)下降，控制器PI1的輸入偏差也會(huì)下降，控制器的輸出控制指令也逐漸減小，因此高壓旁路的減壓閥也逐漸關(guān)閉，會(huì)使主蒸汽的壓力有所回升。所以汽輪機(jī)在沖轉(zhuǎn)、升速直到并網(wǎng)帶負(fù)荷之前，都是使用旁路控制系統(tǒng)來維持主蒸汽的壓力。使用逐漸關(guān)小旁路閥的方式，使得之前全部高壓旁路系統(tǒng)旁通的蒸汽，逐漸進(jìn)到汽輪機(jī)的高壓缸中進(jìn)行做功。在定壓運(yùn)行的階段，主汽壓不是穩(wěn)定不變的，而是操作人員根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行情況而逐步提高的。操作人員在改變壓力定值之后，機(jī)組的旁路控制系統(tǒng)就會(huì)通過改變高壓旁路的減壓閥開度，來控制主蒸汽的壓力為操作人員設(shè)定的壓力定值。

為了改善溫度控制的特性，旁路系統(tǒng)引入旁路蒸汽的流量，來修正噴水控制的強(qiáng)度。考慮在不同的負(fù)荷之下，相同的溫度差則會(huì)有不同噴水的強(qiáng)度，在系統(tǒng)中采用主蒸汽的壓力和高壓旁路減壓閥開度之間的關(guān)系，經(jīng)過處理后計(jì)算出旁通蒸汽的流量，使用這個(gè)蒸汽流量的信號，來作為乘法系數(shù)修正噴水量的控制信號，進(jìn)而使噴水閥的開度指令伴隨著旁通蒸汽的流量增加而逐漸增加。

4 結(jié)語

對于燃?xì)廨啓C(jī)的高壓旁路及低壓旁路以串聯(lián)的方式構(gòu)成的旁路系統(tǒng)，在整套機(jī)組的啟動(dòng)過程中，高低壓旁路需要協(xié)調(diào)動(dòng)作，這樣才能實(shí)現(xiàn)旁路系統(tǒng)的所有功能。通過燃機(jī)與DCS通信功能的實(shí)現(xiàn)，可以獲得聯(lián)合循環(huán)電廠的一體化控制的優(yōu)勢，同型號DCS一體化控制系統(tǒng)會(huì)帶給人們很多便利，安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛海明，吳東黎，楊爽，安鳳栓，張薇，陳衛(wèi)，鄭玲紅.超超臨界1000MW二次再熱機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)[J].熱力發(fā)電，2017，46（02）：125-129，135.

[2]姚峻，李林，侯新建，祝建飛.二次再熱超超臨界機(jī)組控制策略的研究[J].中國電力，2016，49（10）：17-18.

[3]劉錦寧，汪萬偉，何師.一種鏈?zhǔn)絊TATCOM故障鏈節(jié)在線旁路控制方法[J].電力電子技術(shù)，2016，50（08）：38-40.

[4]萬文軍，陳世和，陳詠康，胡康濤.面向?qū)ο蟮幕痣姍C(jī)組旁路控制算法設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 中國電力，2015，48（10）：43-45.