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M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组主蒸汽旁路系统控制策略介绍及优化发布时间：2021-03-25T02:24:39.647Z 来源：《河南电力》2020年9期作者：黄永昆[导读] 随着当前环保压力不断加大，燃气-蒸汽联合循环电厂在当前形势下有了长足的发展。
本文主要介绍的是M701F4型燃气轮机联合循环机组的旁路系统，该机组主要由M101F4型燃气轮机以及配套的燃机发电机、余热锅炉、蒸汽轮机以及配套的汽机发电机等主设备组成，采用 “一拖一，双轴”的布置方式，单套机组装机容量为460MW。
（广东粤电中山热电厂有限公司广东中山 528445）摘要：旁路系统是蒸汽轮机主蒸汽系统的重要组成部分，它在燃气-蒸汽联合循环机组启停过程以及甩负荷时起着十分重要的作用。
本文主要介绍了M701F4型燃气轮机联合循环机组的主蒸汽旁路系统的主要作用，通过对主蒸汽旁路系统几种控制模式的介绍，描述旁路系统在机组运行过程中的控制过程，并通过介绍机组运行过程中一次特殊工况，分析现有旁路系统控制逻辑存在的问题，并提出解决方案。
关键词：M701F4燃气轮机；联合循环；旁路系统；控制模式随着当前环保压力不断加大，燃气-蒸汽联合循环电厂在当前形势下有了长足的发展。
本文主要介绍的是M701F4型燃气轮机联合循环机组的旁路系统，该机组主要由M101F4型燃气轮机以及配套的燃机发电机、余热锅炉、蒸汽轮机以及配套的汽机发电机等主设备组成，采用 “一拖一，双轴”的布置方式，单套机组装机容量为460MW。
在燃气-蒸汽联合循环机组中，旁路系统在机组启停过程以及甩负荷时起着重要作用，它的功能是，当余热锅炉产生的主蒸汽不满足蒸汽轮机运行需求时，这部分主蒸汽会通过旁路系统回到凝汽器，从而防止余热锅炉蒸汽管路超温、超压；另外，在汽轮机跳闸或甩负荷时，旁路系统可以联锁快开从而有效抑制主蒸汽压力、温度参数波动，防止汽包水位波动，维持余热锅炉及燃汽轮机正常运行，从而缩小事故范围，减少机组损失。
752022年4月上 第07期 总第379期工艺设计改造及检测检修China Science & Technology Overview1. 概述本机组采用40%BMCR 的高低压二级串联旁路系统。
高旁为40% 额定容量，低旁为40% 额定容量。
高压旁路管道从主蒸汽总管上接出，经旁路阀减温减压后接至低温再热总管，高旁减温水取自给水泵出口的给水母管。
（1）旁路控制系统：汽轮机采用旁路系统，可以有效地降低能耗，增大机组运行的可靠性。
（2）旁路系统的作用：在机组启动期间，加快锅炉和主蒸汽、再热器管道的升温、升压速度，使蒸汽参数尽快地达到汽轮机冲转的要求，缩短机组启动的时间。
同时在启动期间还回收了工质、降低了噪音。
（3）汽轮机高压旁路系统：主蒸汽管路和冷段再热蒸汽管路之间，直接由一根连接管连接起来，而高压旁路控制阀位于连接管道上。
高压旁路阀用来旁通到高压缸的过热蒸汽，同时该阀将主蒸汽压力减压至再热冷段压力水平。
在将主蒸汽通过旁路系统减压到再热冷段之前，其蒸汽温度必须减温至预先设定值。
2. 高压旁路阀常见故障分析（#1机组为例）2.1 高压旁路阀内漏（1）气动门关闭压力不足，造成阀门关闭不到位，封闭不严，介质蒸汽通过阀门密封面结合不严之处泄漏至阀门后流向排汽装置。
（2）机组启动期间，蒸汽品质不良，蒸汽中含有氧化皮等微小金属颗粒蒸汽快速高压蒸汽带动下，冲击阀门密封面，使密封面表面受损，造成密封不严阀门内漏。
（3）机组启动期间，高压旁路阀前主汽管道暖管不充分，在高压旁路阀开启期间，管道有大量疏水，汽水混合物通过高压旁路阀，形成“水刀”对阀门密封面造成快速冲刷，结合面受损；机组启动后，关闭高压旁路阀，结合面不严造成泄漏。
（4）机组启动期间，高压旁路阀前主汽管道疏水管阀门开启不及时，造成大量疏水进入高压旁路阀的入口管道，途径高压旁路阀，对阀门密封面造成快速冲刷，结合面受损；机组启动后，关闭高压旁路阀，结合面不严造成泄漏。
汽轮机启动方式分类及操作步骤释义汽轮机的启动方式是由机组的结构特点、机组启动前金属温度水平及锅炉的启动方式综合考虑后确定的，汽轮机的启动按下述方法进行分类一、按冲转时汽轮机的进汽方式分类按冲转时汽轮机的进汽方式不同，汽轮机启动可分为高中压缸联合启动和中压缸启动1.高中压缸联合启动。
启动时，蒸汽同时进入高中压缸冲转转子这种启动方式可以使汽缸和转子所受的热冲击减小，加热均匀，启动时间也短，尤其是高中压缸合缸的机组分缸处加热比较均匀，是传统的启动方式，但这种方式因高压缸排汽温度低，造成再热蒸汽温度低，中压缸升温慢，限制了启动速度。
① 带旁路；② 冷态或热态；③ 启动时，高中压缸同时进汽冲动转子，对合缸机组有好处，减少热应力，缩短启动时间。
2.中压缸启动。
启动初期，高压缸不进汽而中压缸进汽冲转，待汽轮机蒸汽参数达到一定值后，才开始向高压缸送汽。
为防止高压缸鼓风摩擦发热，高压缸必须抽真空或通汽冷却，用控制高压缸内真空度或高压缸冷却汽量的方法控制高压缸温升率。
待转速达一定值或待少量负荷后，再逐步向高压缸进汽，这种启动方式可克服中压缸温升大大滞后于高压缸温升的问题，提高启动速度，对控制相对膨胀有利，可以将高压缸的相对膨胀排除从而使汽轮机寿命延长，且运行灵活、可靠；其缺点是操作复杂、启动时间较长。
二、按冲转转子的方式分类按冲转转子的方式分类，启动可分为调速汽门启动、自动主汽门启动和电动主汽门的旁路门启动1.调速汽门启动。
启动时在自动主汽门和电动主汽门汽门全开的情况下，用调速汽门来控制进入汽轮机的蒸汽流量，这种启动方式是在喷嘴调节的汽轮机启动时采用。
这种启动方式可减少蒸汽的节流作用，但汽机进汽处圆周方向温差较大，受热不均匀，且蒸汽通过喷嘴后焓值下降，调节级汽温降低，这在热态启动中极为不利。
2.自动主汽门启动。
启动时，调速汽门全开，进入汽轮机的蒸汽量由自动主汽门控制，这种启动方式称为自动主汽门启动。
这种启动方式在启动初期，汽轮机全周进汽，汽轮机上下左右各侧受热均匀，但容易造成自动主汽门的冲刷，使自动主汽门关闭不严，降低了自动主汽门的保护作用。
第八章旁路系统大型中间再热机组均为单元制布置，为了便于机组启停、事故处理及特殊要求的运行方式，解决低负荷运行时机炉特性不匹配的矛盾，基本上均设有旁路系统。
所谓的旁路系统是指锅炉所产生的蒸汽部分或全部绕过汽轮机或再热器，通过减温减压设备（旁路阀）直接排入凝汽器的系统。
1 •旁路系统的作用1）缩短启动时间，改善启动条件，延长汽轮机寿命2）溢流作用：即协调机炉间不平衡汽量，溢流负荷瞬变过程中的过剩蒸汽。
由于锅炉的实际降负荷速率比汽机小，剩余蒸汽可通过旁路系统排至凝汽器，使机组能适应频繁启停和快速升降负荷，并将机组压力部件的热应力控制在合适的范围内3）保护再热器：在汽轮机启动或甩负荷工况下，经旁路系统把新蒸汽减温减压后送入再热器，防止再热器干烧，起到保护再热器的作用4）回收工质、热量和消除噪声污染：在机组突然甩负荷（全部或部分负荷）时，旁路快开, 回收工质至凝汽器，改变此时锅炉运行的稳定性，减少甚至避免安全阀动作2 •机组旁路系统型式1）两级串联旁路系统由高压旁路和低压旁路组成，这种系统应用广泛，特点是高压旁路容量为锅炉额定蒸发量的30%〜40%,对机组快速启动特别是热态启动更有利。
2）两级并联旁路系统由高压旁路和整机旁路组成，高压旁路容量设计为10%〜17%,其目的是机组启动时保护再热器，整机旁路容量设计为20%〜30%，其目的是将各运行工况（启动、电网甩负荷、事故）多余蒸汽排入凝汽器，锅炉超压时可减少安全阀动作或不动作。
3）三级旁路系统由高压旁路、低压旁路和整机旁路组成，其优点是能适应各种工况的调节，运行灵活性高，突降符合或甩负荷时，能将大量的蒸汽迅速排往凝汽器，以免锅炉超压，安全阀动作。
但缺点是设备多、系统复杂、金属耗量大、布置困难等。
4）大旁路系统锅炉来的新蒸汽绕过汽轮机高、中、低压缸经减温减压后排入凝汽器，其优点是系统简单、投资少、方便布置、便于操作；缺点是当机组启动或甩负荷时，再热器内没有新蒸汽通过，得不到冷却，处于干烧状态。
600MW汽轮机启动曲线说明(高中压缸联合启动)1冷态启动1.1起机前第一级金属温度为105摄氏度，由冷态启动转子暖机规程时间为1小时，此时间从中压进汽温度达260摄氏度时开始计算，任何情况下不得缩短。
1.2在暖机期间要限制主蒸汽温度不超过425摄氏度，再热进汽温度保持在260摄氏度以上。
1.3冲转参数为主蒸汽温度340摄氏度，主蒸汽压力6MPa。
1.4如要做超速试验，则在试验之前应在10％负荷下至少运行4小时。
1.5蒸汽室金属温度达到当时的主蒸汽压力的饱和温度后，才能进行控制阀门的切换。
1.6初始起机，在5％负荷下至少要停留30分钟，且在停留期间主蒸汽温度每变化3摄氏度再增加1分钟的停留时间。
2温态启动2.1起机前第一级金属温度为260摄氏度，由温热态启动推荐值确定从冲转至并网转速最短只需10分钟。
2.2冲转至额定转速蒸汽参数为主蒸汽压力8MPa，主蒸汽温度420摄氏度，由温热态启动推荐值确定，最低负荷保持时间为5分钟。
2.3由变负荷推荐值确定，在最低负荷保持至额定负荷时间，汽轮机不受限制，可以根据锅炉状况而定。
3热态启动3.1起机前第一级金属温度为400摄氏度，由温热态启动推荐值确定，从冲转至并网转速需10分钟。
3.2冲转参数为主蒸汽压力8MPa，主蒸汽温度470摄氏度，由温热态启动推荐值确定最低负荷保持时间及至额定负荷时间不受限制。
4极热态启动4.1起机前第一级金属温度为450摄氏度由温热态启动推荐值确定，从冲转制并网转速需10分钟分钟。
4.2冲转参数为主蒸汽压力10MPa，主蒸汽温度520摄氏度，由温热态启动推荐值确定温热态启动推荐值确定最低负荷保持时间及至额定负荷时间不受限制。
高中压缸联合启动(未改，应按东芝作)冷态启动高中压缸联合启动温态启动高中压缸联合启动热态启动高中压缸联合启动极热态启动。
汽轮机中压缸启动方式下的高低压旁路控制方案分析 殷建华 李民 （内蒙古电力科学研究院热控技术研究所） 摘要：本文主要针对汽轮机的中压缸启动方式下的旁路系统的控制方案做了详尽的分析与阐述，并对其控制方案中的优缺点做了分析。 关键词：中压缸启动 高低旁 Analysis Of HP-LP Bypass Control Mode Of
IP Cylinders Sart-Up Mode YIN-Jian hua LI-Min (The Thermal Automation Institute of Inner Mongolia Electric Power Research Institute) Abstract: The article elebrate the HP-LP Bypass control mode of ip
cylinders start –up mode and analyze advantage&disadvantage of the control mode Keywords: IP Cylinders Sart-Up ; HP-LP Bypass
(The Thermal Automation Institute of Inner Mongolia Electric Power Research Institute) 概述 高低压旁路系统作为电厂热力系统的重要组成部分，不但起到了配合机组启动，协调机炉控制，将多余的蒸汽回收至凝汽器的作用，而且当机组发生甩负荷时，能够通过快速开启高压旁路系统，起到防止锅炉超压的作用。 高低压旁路系统在中压缸启动的汽轮机启动过程中起到的至关重要的作用，其不仅能很好的配合锅炉和汽轮机的整个启动过程，同时其具备的快开功能也能起到防止锅炉超压，汽轮机超速等功能。 1 中压缸启动方式下的高低压旁路系统设置 中压缸启动方式的汽轮机与其配套的高低压系统旁路为高、低压两级串联旁路系统。高低压旁路由减压阀，减温阀及其油站系统组成。较为常见的是由瑞士SULZER公司设计制造的高低压旁路系统。本文着重以瑞士SULZER公司设计制造的高低压旁路系统为例，分析中压缸启动方式的高低压旁路控制方案的特点及优缺点。 2 中压缸启动过程简介 冷态启动时，主蒸汽经高压旁路进入再热器，冷段再热蒸汽经高压缸排汽逆止门旁路阀（倒暖阀）进入高压缸加热，高压缸处于暖缸阶段；低压旁路开启，调节再热器压力。由于设置有高低压旁路，汽轮机在盘车阶段(高速盘车，盘车转速为54r／min)即可预暖，当达到冲转参数时，由中压调门控制汽轮机进汽冲转升速，至1020转／分转速闭锁升速，进行低速暖机；当加热到一定程度时(高压缸外下缸法兰温度≥185℃)，高压缸排汽逆止门旁路阀关闭，高压缸抽真空阀开启，高压缸处于抽真空状态；当带到一定负荷(约15％额定负荷)，切缸条件满足后，抽真空阀关闭，高压缸主汽门、调速汽门打开，高压缸排汽逆止门打开，机组切换为高压缸运行，高低压旁路为维持设定压力而逐渐关闭。 3 高旁在机组冷态启动过程中的自动控制 高低压旁路系统包括一个高旁压力控制阀，一个高旁温度调节阀，一个高旁喷水隔离阀，两个低旁压力控制阀和两个低旁温度调节阀。 高压旁路控制系统包括：高旁压力控制，高旁温度控制，快开和紧急关以及喷水隔离阀的控制 低压旁路控制系统包括：低旁压力控制，温度控制，快开、紧急关控制。 锅炉冷态启动时，高压旁路系统即可投入自动控制。随着机组的启动，高旁压力控制器经历了以下的几个阶段：最小开度控制（Ymin）→最小压力控制（Pmin）→最大开度控制（Ymax）→定压控制（Psync）→滑压跟随控制（Pfo）。 图一详细描了高旁阀在机组的整个冷态启动过程中各个阶段随主汽压力、负荷、蒸汽流量等参数的变化情况： 当机组冷态启动开始，高旁压力控制器投入自动后，控制器的最小开度控制功能即被激活，旁路阀开至最小阀位Ymin，确保在点火后立即为蒸汽流提供从过热器到再热器的通道。 图一 高旁的冷态启动过程 Pressure/Load/Flow:主汽压力/负荷/流量; Min Press:最小压力; Fixed Pressure:固定压力; Steam Flow:蒸汽流量; Fire On:点火; Start Sequence:启动过程; Pressure Ramp :压力斜线上升; Follow:跟随; Turbine Load:汽轮机负荷; Turbine Loaded 汽轮机已加载; 当蒸汽到一定量时，而旁路门保持最小开度Ymin，主汽压力便随之增加。当主汽压力达到预定的最小压力Pmin时，控制器的最小开度控制随即退出，最小压力控制被激活，控制器便通过开启旁路阀来控制当前主蒸汽压力。 随着高旁阀的开度的增加，当旁路阀位达到一个预定的开度Ymax时（取决于锅炉启动时要求的蒸汽流量），高旁最大开度控制被激活，最小压力控制随之退出。高旁压力设定值生成器开始根据锅炉蒸发量来增加压力设定值，从而维持高旁的最大开度，同时控制器对高旁压力的设定值的最大梯度进行限制。 一旦主汽压力达到汽轮机冲转压力（Psync），设定值生成器便切换至（定）压力控制模式，最大开度控制随即退出。随着汽轮机开始流通蒸汽，旁路阀为维持汽轮机的冲转压力会逐渐关闭，直到汽轮机消化了锅炉全部蒸汽，旁路完全关闭。 旁路一关闭，设定值生成器便退出定压模式，设定值生成器开始进入压力跟随模式。压力设定值开始跟踪实际压力加上偏置差压。这个差压能维持旁路处于关闭状态。压力设定值的最大变化梯度仍在起作用。当当前主蒸汽压力变化超出了梯度限制，旁路将开启，控制器返回到压力控制模式。此时，压力得到控制，直到恢复正常操作，接着旁路关闭。 4 高旁的连锁保护功能： 主汽压力大于8MPa时,满足下列条件之一，高旁快开： (1)主汽压力升速率超过设定值（1MPa/min）； (2)汽机跳闸； (3)主汽压力超过17.76MPa。 满足下列条件之一,高旁紧急关: (1)阀后温度高(>360℃)； (2)控制卡件失电； (3)凝汽器保护动作。 5 汽轮机切缸时的高旁的配合 中压缸启动过程中，高压缸自动切换的进行不仅要满足高压缸金属温度与主蒸汽温度匹配的条件，还要考虑到通过高压缸的流量与高压旁路流量及再热蒸汽压力的合理匹配关系，即旁路流量大于高压缸流量。 高压缸切换以旁路流量大于高压缸流量为必备条件之一，因此，切缸时高压旁路必须有一定开度和流量，这样才能保证切缸时有足够的蒸汽通过高压缸，同时又有一定裕量防止中压缸断汽。 高旁流量q由高压缸流量基准值M和主蒸汽压力修正系数K共同决定： q=K·M 其中，K=0.102 3 高压缸流量Q由总流量指令F和定压修正因子Kp共同决定： Q=(F·1.1)/Kp
其中定压修正因子Kp=额定主汽压力/实际主汽压力
6 低旁自动控制过程 在锅炉启动期间，低旁减压阀处于手动控制。将再热蒸汽回收并暖管，直至将再热蒸汽压力调节到冲转压力。低旁处于“压力控制”阶段时，通过调节低旁减压阀的开度来维持汽轮机冲转所需的压力。 当机组并网后，低旁压力控制器切换至“负荷压力”控制阶段。低旁压力设定值变为高压缸第一级后压力P1的函数值f(x)， f(x)=KP1＋α； 在中压缸控制阶段，高压缸隔离，此时的高压缸后第一级压力为零，即P1=0 f(x)= α=1.5MPa，；当高压缸投入运行后，低旁的压力设定值自动跟踪机组的实际负荷。 此时低旁压力定值f(x)跟踪负荷，常数α为0.3 MPa，它可以确保在机组正常运行时低旁减压阀的关闭，此时低旁处于“滑压控制”过程。 在机组跳闸、甩负荷等异常工况下，低旁减压阀的压力定值自动由f(x)转换为1.5 MPa，以确保低旁减压阀的快速开启，防止锅炉再热器超压。 为了防止凝汽器超温变形损坏，低旁减压阀后的减温器上布置有两级减温水，减温水阀的开关直接感受减压阀的开度和减压阀后汽压信号。
图二 低旁的冷态启动过程 Pressure/Load/Flow:再热器压力/负荷/流量; Min Press:最小压力; Load Press:负荷压力; Hot Reheat Press:热再压力; Turbine Load:汽轮机负荷; Steam Flow:蒸汽流量; 7 低旁的连锁保护功能 为了适应机组跳闸、甩负荷、凝汽器超压、超温等工况，低旁系统设置有快开和紧急关保护。 汽机跳闸或高旁快开低旁减压阀快开；当阀后温度高、凝汽器保护动作（凝汽器真空低）、喷水压力低低旁阀紧急关。 8 低旁温度控制 由于低旁后的蒸汽接近饱和状态，故低旁阀后的温度并不能真实反应喷水效果所以低旁后温度控制器将计算系统必要的喷水流量作为喷水流量的设定值，并通过实际的阀位计算实际的喷水流量，并通过阀门特性，将其转换为阀位的设定值，从而控制低旁喷水减温阀的开度，达到预期的减温效果。 一旦低旁减压阀打开，低旁温度控制器将被置于自动模式，并且将喷水流量置为最小的喷水流量，以便迅速开启低旁喷水阀。当低旁减压阀关闭时，喷水阀同时被关闭。 8 存在的不足及改进 (1) 高旁最小开度控制： 当锅炉点火后，机组进入启动过程，高旁阀随即进入最小开度控制方式，减压阀直接开至最小开度Ymin，这样使得机组在冷态启动的过程中压力蓄积十分缓慢，加长了机组的整个冷态启动过程。为了使缩短机组的启动时间又不影响工质的循环流量，可以将高旁阀门的最小开度控制，阀位指令阶跃给定改为按照主汽压力的函数Y=f（P）并以一定的速率逐渐开启，开度达到最小开度Ymin后，阀门开度下限设定为Ymin，阀位保持不变，继续等待主汽压力的上升。 (2) 由于旁路系统在中压缸启动方式汽轮机的启动过程中起到的关键的作用，旁路系统应在汽轮机启／停机过程中与数字式电液调节控制系统相互协调配合。例如机组启动过程中的冷、温、热态曲线对旁路和汽机的要求；汽机切缸过程中旁路的配合等。如果在旁路系统中考虑到这些因素，会大大提高机组启动过程中的稳定性。 9 结论
