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1、,1,第七章 汽轮机旁路控制系统,7.1 概述 7.2 旁路系统结构和容量 7.3 旁路系统的功能 7.4 旁路控制系统的组成与作用 7.5 旁路系统的控制特性 7.6 苏尔寿旁路控制系统 7.6 旁路控制系统实例分析,2,7-1 概 述,3,一、问题的提出,1、汽轮发电机组采用中间再热（1）中间再热 在中间再热式机组的运行过程中，由锅炉过热器来的新蒸汽经汽轮机高压缸做功后，送到再热器进行再加热，使其温度达到或接近新蒸汽温度而成为再热蒸汽，再热蒸汽送到汽轮机中压缸继续做功，这就是一次中间再热。,4,（2）采用中间再热意义:对在高压缸做功后的蒸汽进行再热，不仅提高汽轮机终端的排汽干度，而且改善了
2、汽轮机末级的工作条件；如果再热蒸汽压力选得合适，采取一次中间再热后可提高机组热效率达4%5%。2、汽轮发电机组采用单元制 根据中间再热式汽轮发电机组的运行要求，再热蒸汽的压力要随机组的负荷变化而变化，即机组出力不同时，对再热汽压力的要求也不同。这样机组若采用母管制，则各台机组的出力不同对再热蒸汽压力要求不同，再热汽分配就成问题。因而中间再热式机组不能采用母管制热力系统，而只能采用单元制热力系统，即一机对 一炉的运行方式。,5,3、机、炉间的协调(1)在单元制运行方式下，锅炉、汽轮机、发电机纵向成为一个独立的整体，机、炉一一对应而使锅炉产生的蒸汽无法存储，这就要求机组之间要相互配合协调动作。(2
3、)在机组正常运行时，这种协调关系由机炉协调控制系统来完成，即协调系统根据外界负荷的要求，协调机、炉的工作，使之既满足外界负荷要求又保证机组安全运行。(3)协调控制系统目前的功能范围还不能做到全程控制，这样在单元机组启动、停机，甚至发电机组急甩负荷的情况下，如何协调机、炉的动作就是一个新问题。,6,4、解决锅炉的过剩蒸汽 由于机、炉特性上的较大差异，使得机组在起动和低负荷工况下，由于单元机组不再有储备蒸汽的蒸汽母管，就必须解决锅炉的过剩蒸汽，否则锅炉对空排汽将损失大量的凝结水。5、解决再热器保护 设置在锅炉内的再热器，均需经常流动一定量的蒸汽以冷却其管路，使再热器管壁不超温。依据再热器选用的金属
4、材料及炉内布置情况，通常要求冷却再热器的蒸汽流量约为设定值的14%左右，而汽轮机空载时的进汽量仅为额定值的5%8%，特别是汽机甩负荷时瞬时流量为零，停机不停炉运行时汽轮机完全不进汽。由此可见，中间再热器机组必须解决再热器保护问题。,7,二、汽轮发电机组采用中间再热带来的新问题 1.中间再热式单元机组的出现带来两个问题：机组启动和低负荷下，如何处理锅炉的过剩蒸汽；中间再热器的保护。2.解决措施 实践表明，在中间再热器式单元机组中设置汽轮机旁路系统可解决上述问题，同时还给机组的运行带来了灵活性，提高了机组在电网中的适应能力。,8,7-2 旁路系统结构和容量,9,一.定义 所谓汽轮机旁路系统，就是汽
5、轮机并联上一个由蒸汽管路及减温减压装置组成的蒸汽旁路系统。从而可使高参数不经过汽轮机的通流部分，而由并联的蒸汽减温减压装置进入低一级蒸汽参数的管路或凝汽器。二.汽轮机旁路系统的结构方式 在结构上有一级大旁路系统、两级串联旁路系统和三级旁路系统等三种典型方式。三.旁路蒸汽容量 汽机旁路系统的容量，是指经旁路系统的最大蒸汽量占锅炉额定蒸发量的百分数。一般来说，旁路系统的容量越大，对加快机组的启动越有利，有30%、50%、100%等。,10,上图给出了一个停机10h后起动时间与旁路容量关系的例子。由图可以看出，当旁路容量大于50%后增加旁路容量对加快机组的启动不如小于50%旁路容量那样显著，对于主要
6、为改善机组起动性能的旁路系统来说，其容量一般在30%50%左右。,1、起动时间与旁路容 量关系,11,2、旁路系统容量选择的考虑因素（1）锅炉稳定燃烧的最低负荷 锅炉稳定燃烧的最低负荷与炉型、煤种有关，有时需要通过试验来确定，对于停机不停炉工况，其旁路系统的容量应按最低负荷考虑。（2）保护再热器所需的最小蒸汽量 满足保护再热器所需的最小蒸汽量为机组容量的30%-40%，根据运行经验，保护再热器所需的蒸汽量为额定蒸发量的10%-20%左右。,12,（3）冲转汽轮机所需的蒸汽量 对于承担基本负荷的机组，其起动工况多为冷态或温态、起动次数较少。滑参数起动时所需冲转压力及其相应的蒸汽量较低。一般30%
7、的旁路容量就可以满足。总之，机组旁路系统的容量选择应保证锅炉最低稳燃负荷运行的蒸汽量能从旁路通过，同时能满足机组起动或甩负荷工况下，为保护再热器所需的冷却蒸汽量通过。,13,四三级旁路系统 三级旁路系统的组成示意图如下图，它由大旁路装置，高压旁路装置及低压旁路装置组成。,图.三级旁路系统,14,(1)大旁路装置 位于蒸汽主管道和凝汽器之间，锅炉来的新蒸汽经过减温减压后直排凝汽器，这样在机组发生事故甩负荷时，通过大旁路可维持锅炉在最低稳燃负荷下运行。(2)高压旁路系统 位于主蒸汽管道和再热器入口之间的减温减压装置是汽轮机高压缸的旁路。由锅炉来的新蒸汽可不经过高压缸而由旁路减温减压后进入再热器；,
8、15,（3）低压旁路 经锅炉再热器加热后的蒸汽可经过位于再热器和凝汽器之间的减温减压装置进入凝汽器，该旁路装置与汽机中、低压缸并联而称为低压旁路。低压旁路装置和高压旁路装置以串联方式，将锅炉的新蒸汽不经过汽机的高、中、低压缸，而直接由主蒸汽管道引至再热器再排入凝汽器，从而冷却了再热器。,16,五两级串联旁路系统 两级串联旁路系统的组成如下图，它与上图所示的三级旁路系统不同之处，就是没有设置位于主蒸汽管道和凝汽器之间的大旁路装置，而高压旁路装置和低压旁路装置以串联方式组成汽轮机的旁路系统。,图.二级串联旁路系统,17,(1)高压旁路系统 为保护锅炉再热器以及机组起动间的暖管暖机而提供汽源；(2)
9、低压旁路系统 将再热蒸汽引入凝汽器，可提供再热汽系统暖管并回收工质。旁路系统的这种结构方式不仅可以保护再热器，而且基本上能满足机组启动时蒸汽参数与汽轮机金属温度匹配的要求，当汽轮机甩负荷时可使汽轮机保持空负荷运行或带厂用电运行。,18,六一级大旁路系统 下图是一级大旁路系统的组成示意图，它仅由位于锅炉和凝汽器之间的减温减压装置组成，由锅炉来的新蒸汽经旁路系统减温减压后直接排入凝汽器。,图.一级大旁路系统,主要作用：为锅炉产生一定参数和流量的蒸汽以满足机组起动和事故处理的需要，并回收工质。,特点：设备简单，但不能保护再热器，故只能应用在再热器不需要保护的机组上。,19,7-3 旁路系统的功能,2
10、0,一、改善机组起动性能 机组冷态或热态起动初期，当锅炉产生的蒸汽参数尚未达到汽轮机冲转条件时，这部分蒸汽由旁路系统通流到凝汽器，以回收工质和热能，适应系统暖管和储能的要求。特别是在热态起动时，锅炉可用较大的燃烧率、较高的蒸发量运行，加速提高汽温使之与汽机的金属温度匹配。,21,机组的启动过程曲线,（1）点1表示开始停炉，此刻锅炉出口主汽温度为汽机入口温度（金属）。在停炉期间内，锅炉温度要比具有良好保温的汽机金属温度下降快得多。,（2）点2为锅炉重新开始点火起动，此刻向汽机送入低温蒸汽是不容许的，因为会给汽机造成过大的热应力。通过旁路系统将锅炉产生的蒸汽排入凝汽器，从而容许锅炉采取较大的燃烧率
11、、提高汽温的上升速度，直到满足汽机冲转条件（点3），缩短起动时间。,（3）汽轮机在定速（点4）并网带负荷过程中，旁路系统仍起着调节和保护作用，从而改善了机组的起动性能。,22,（1）点1表示开始停炉，此刻锅炉出口主汽温度为汽机入口温度（金属）。在停炉期间内，锅炉温度要比具有良好保温的汽机金属温度下降快得多。（2）点2为锅炉重新开始点火起动，此刻向汽机送入低温蒸汽是不容许的，因为会给汽机造成过大的热应力。通过旁路系统将锅炉产生的蒸汽排入凝汽器，从而容许锅炉采取较大的燃烧率、提高汽温的上升速度，直到满足汽机冲转条件（点3），缩短起动时间。（3）汽轮机在定速（点4）并网带负荷过程中，旁路系统仍起着调
12、节和保护作用，从而改善了机组的起动性能。,23,二、适应机组的各种起动方式 在机组起动时，可通过控制高压旁路阀和高旁喷水阀来控制新蒸汽压力和中、低压缸的进汽压力，以适应机组定压运行或滑压运行的要求。单元机组滑参数运行时，先以低参数蒸汽冲转汽轮机，随着汽机暖机和带负荷的需要，不断提高锅炉的主蒸汽压力和主汽流量，使蒸汽参数与汽机的金属状态相适应。三、保护再热器 在锅炉起动或汽轮机甩负荷工况下，锅炉新蒸汽经旁路系统进入再热器，以确保再热器不超温,24,四、汽轮机短时故障，可实现停机不停炉运行 停机时，锅炉产生的新蒸汽经旁路系统减温、减压后进入凝汽器，回收了工质。五、电网故障时，通过旁路系统的能量转移
13、，机组可带 厂用电负荷运行。六、当主蒸汽压力或再热蒸汽压力超过规定值时，旁路阀迅速开启进行减压泄流，从而对机组实现超压保护。总之，汽机旁路系统具有起动、泄流和安全三项功能，从而较好地解决了机组起动过程中机、炉之间不协调问题，改善了起动性能。对于再热器保护问题，回收工质问题都可以解决。,25,7-4 旁路控制系统组成及作用,26,国内大多数单元机组配置两级串联的旁路系统，其控制系统应包括以下的子系统。一、控制系统的组成 1高压旁路控制系统（1）主蒸汽压力及汽轮机甩负荷压力保护回路；（2）主蒸汽压力自动给定和手动给定控制回路；（3）高旁后蒸汽温度控制回路。2低压旁路控制系统（1）再热蒸汽压力及汽轮
14、机甩负荷保护回路；（2）再热器出口蒸汽压力控制回路；（3）低旁后蒸汽温度控制回路；（4）凝汽器保护回路。,27,二、控制系统的作用 1高压旁路控制系统的作用（1）当主蒸汽压力超过限值，汽轮机甩负荷或紧急停机时，高压旁路系统可迅速自动开启进行泄流，维持机组的安全运行。（2）在机组起动过程中，主蒸汽压力给定值依据机组起动过程中各阶段对其值的不同要求，自动或由运行人员依据运行状况手动给出，控制系统按给定值自动调整旁路阀开度，保证主蒸汽压力随给定值变化。（3）在高压旁路开启后，为保证高压旁路出口蒸汽温度满足再热器的运行要求，控制系统自动调整喷水阀开度，控制喷水量达到调整温度之目的。,28,2低压旁路控
15、制系统的作用（1）当再热蒸汽压力超过限值，或汽轮机甩负荷时，控制系统可立即自动开启低压旁路阀和喷水阀，以保证机组安全运行。在手动或自动停机时，低旁阀也会自动快速开启。（2）在机组运行期间，再热蒸汽压力是一与机组出力有关的参数。低压旁路控制系统可依据机组的出力给出再热蒸汽压力定值，通过调整低压旁路阀的开度来保证再热蒸汽压力在给定值，而满足机组的运行要求。,29,（3）为保证凝汽器正常运行，低旁后的蒸汽温度应在规定的范围内变化，低压旁路控制系统可自动调整喷水量来保证温度在该范围内变化。（4）由于低压旁路系统出口蒸汽直接排入凝汽器，鉴于凝汽器的安全运行，应不能对凝汽器的真空和水位造成影响。因此，当出
16、现凝汽器真空过低，水位过高，喷水阀出口水压过低或喷水阀打不开等情况时，控制系统可迅速关闭低压旁路阀，解列低压旁路系统。,30,7-5 旁路控制系统的控制特性,31,一、定义 指系统中的阀门特性，是阀门特性的好坏以及执行机构的动作速度和可靠性。目前，旁路系统中的执行机构主要为电动执行机构和液动执行机构。二、液动执行机构 液动执行机构的特点是可靠性高、力矩大、动作速度快;一般可在35s内完成动作，在技术、设备上都比较完善。但系统设备投资大，系统比较复杂；需要专用油泵，而增加了运行费用和维护工作量。液动驱动装置布置在高温蒸汽管道区，因而要设置防火装置。,32,三、电动执行机构 电动执行机构的特点是设
17、备投资小、工作可靠性高；检修和维护工作量小、运行费用小。问题是力矩较小、动作慢，一般全开时间在45s左右，但目前德国西门子公司制造的电动执行机构采取高速、低速两个马达或多级变速马达驱动，而使其执行机构完成动作时间缩短到5s。,33,7-6 苏尔寿旁路控制系统,34,目前，国内大型火电机组中配备的汽轮机旁路控制装置几乎都是引进型。其中，较多的是从德国西门子公司引进的；其次是瑞士苏尔寿公司的产品；国内旁路控制装置有TELEPERM-C型 的集成运算放大器为核心的组件组装式仪表，以及TELEPERM-M型的以微处理机为核心的微机分散控制系统。苏尔寿公司的旁路控制装置有AV-4型、AV-5型和AV-6
18、型；AV-4型是以集成运算放大器为核心的组件组装式仪表，AV-5型则是一种过度型产品，AV-6型为微机分散控制系统。,35,瑞士苏尔寿(SULZFR)公司为电站提供阀门、液压执行结构、供油装置及控制装置在内的整套汽机旁路系统。采用电液伺服机构的旁路阀门具有较大的提升力和快速的启闭性能，因而能适应大型机组高蒸汽参数的汽机旁路阀门快速动作要求。某厂300MW机组上的旁路控制系统作一介绍，该控制装置为以微机为核心的分散控制系统AV6。,36,旁路阀,喷水调节阀,隔离阀,减压阀,喷水调节阀,图.机组的旁路系统,一、旁路系统的组成,37,由高压旁路和低压旁路以串联的方式组成的两级串联旁路系统，其中，高压
19、旁路由一条蒸汽管路及减温减压阀组成，而低压旁路则由两条容量相同的蒸汽管路及阀门组成。高压旁路中，旁路阀BP可以减温减压，其最大通流量可达900t/h；BPE为喷水调节阀；BD为隔离阀，用于蒸汽减温的减温水来自锅炉的给水，给水压力很大，因此BD阀同时具有减压作用。在低压旁路中，LBP为减压阀，其最大通流量可达600t/h；LBPE为喷水调节阀；减温水为凝结水。其中，高压旁路阀除了减温减压外，还可代替安全阀，这是苏尔寿公司的独创。,38,苏尔寿旁路控制系统配备的全部是液压执行结构，电液伺服控制阀控制阀门开闭的全行程时间，一般可在1015s范围内；在高压旁路阀执行机构和低压旁路阀执行机构上装有快行程
20、装置，在保护性快速动作时，全行程时间达23s。二、高压旁路控制系统 主要作用是在机组起动过程中，通过调整高压旁路阀的开度来控制主汽压力，以适应机组起动的各阶段对主汽压力的要求。它包括三个控制回路：高压旁路阀(BP)开度控制回路和喷水阀(BPE)开度控制回路，和减温水隔离阀控制系统组成。,39,（a）机前压力控制原理(b)喷水减温控制原理,40,机前压力控制系统的作用是在机组从点火、启动至带负荷正常运行的不同阶段，控制高压旁路阀BP的开度，调节锅炉出口(即机前)蒸汽压力。机前压力控制系统的原理方框图如上图所示。系统由压力整定值形成回路、机前压力控制回路、和阀位控制回路组成。其控制变量为BP阀开度
21、。在机组运行的不同阶段，尤其是机组启动时，需保证机前蒸汽压力按规定的升压曲线变化。因此要求压力整定值形成回路输出的压力整定值与升压曲线相符。所以此系统的核心在于压力整定值形成回路。,41,高压喷水减温控制系统的作用是通过改变减温水调节阀BPE的开度，控制减温水流量，调节高压旁路阀BP出口汽温为给定值，保证锅炉再热器的安全运行。上图(b)所示为高压喷水减温控制系统的原理方框图。该系统为带二个前馈信号的前馈一反馈复合调节系统，,减温水隔离阀控制系统的作用是当高压喷水减温调节阀关闭时，关闭减温水隔离阀，以保证减温水可靠关断。该系统采用二位逻辑控制。,42,43,图.高压旁路系统,1三种运行方式 机组
22、从锅炉点火、升温、升压到机组带负荷运行至满负荷，旁路控制系统经历阀位方式、定压方式、滑压方式三个控制阶段。,44,45,（1）阀位方式：在锅炉点火、暖管阶段，高压旁路阀按规定的“阀位控制”方式运行。分为三部分：最小开度控制、开度渐升控制、最大开度控制。最小开度控制。在旁路系统投入的初期，主蒸汽压力PT小于系统设定的最小压力定值Pmin，高压旁路阀BP不会自动开启，而是通过预置的最小开度Ymin强制开启高旁阀BP到Ymim。值。最小开度的设定可根据机组的情况设定。随着锅炉升温升压，主汽压力PT上升，而旁路阀BP保持在此开度上。锅炉产出的蒸汽经高压旁路系统到再热器，再到低压旁路系统，从而加热管路系
23、统，并使主汽压力逐渐升高。,46,开度渐升控制。随锅炉燃烧的加强，主蒸汽压力PT上升到最小值Pmin时，高压旁路控制系统根据压力偏差开启高旁阀BP，增大高旁的进汽量，并维持主蒸汽压力PT在最小值Pmin。最大开度控制。当高旁阀的开度达到最大值Ymax时，高旁阀BP保持在该值，主蒸汽压力设定值Pset按不超过预定的压力梯度 逐渐增大，从而提高主蒸汽压力；同时主蒸汽压力PT的上升率也就受到设定速率限值。随着主蒸汽压力的不断增加，压力定值也跟踪升高，主蒸汽压力和压力定值始终保持跟踪上升的关系。最大开度Ymax在操作台上预置。,47,（2）定压方式：当锅炉主汽压力达汽机冲转压力时，旁路系统进入“定压运
24、行”方式。此时，压力设定值保持不变，以保证汽机起动时的主蒸汽压力，实现定压起动。20kgcm2压力定值阶段。在定压运行初期，主蒸汽压力PT和定值都维持在20kgcm2的汽机冲转压力值。当满足冲转条件所需的主蒸汽压力和主蒸汽温度时，汽机冲转，耗汽量增加，高旁阀BP朝关闭方向动作，以维持PT在20kgcm2。在此条件下，汽机转速由600rmin逐渐上升到1700rmin，并在1700rmin的转速下暖机。,48,35kgcm2压力定值阶段。当汽机暖机结束时，压力定值Pset手动增加到35 40kgcm2，汽机升速到3000rmin，并带上5的初负荷。此间，高旁阀BP起调节主蒸汽压力的作用，当主蒸汽
25、压力PT大于Pset时BP阀开大，反之BP阀关小。在“定压运行”阶段，高旁阀BP是逐渐关小的。42kgcm2压力定值阶段。随着锅炉燃烧率的增加，继续增大压力定值为42kgcm2，主蒸汽压力达到42kgcm2，压力定值按=5kgcm2min的速率逐渐增加到80kgcm2。当PT达到80kgcm2时，高旁阀BP应进入关闭状态，系统进入“滑压运行”阶段。,49,（3）滑压方式：机组负荷到达30时，旁路阀关闭，旁路系统的起动控制功能自动转为正常运行中的“升压保护”功能。进入滑压运行方式后，主蒸汽压力设定值自动跟踪主蒸汽压力实际值PT，并且只要新蒸汽压力的变化率小于所设定的升压率，则压力定值总是稍大于压
26、力实际值，从而保证高旁阀BP保持在关闭状态。在运行中，如果锅炉出口压力有扰动，且压力变化率大于设定的变化率，则高旁阀BP便立即开启。扰动消失后，压力设定值大于实际值，高旁阀再度进入关闭状态。BP阀一开启，滑压方式便转为定压方式，压力定值便等于转换方式瞬间的压力波动值加上压力阀限值。,50,起动过程中，旁路系统各种运行方式的实现，关键是压力给定值的形成、切换和跟踪。压力给定回路应能根据主蒸汽压力的变化给出不同值，使高压旁路阀自动的开大或关小。在机组起动阶段压力定值的变化较频繁，机组定压运行阶段压力定值为常数，滑压阶段压力定值跟踪主蒸汽压力而变化。2主汽压力控制 在汽轮机未冲转之前，主汽压力PT
27、的大小取决于锅炉的燃烧率大小和蒸汽管的通流阻力。因此调节高压旁路阀BP的开度，即可调整主汽压力。,51,高压旁路阀的开度跟随目标开度y变化，目标开度y是控制器SCO对入口偏差信号PT的运算后的输出信号。当PTPS时，PT为正，控制器输出的目标开度y增加，BP阀开大；若PTPS时，则PS为负，目标开度y减小，BP阀关小。高压旁路阀BP开度的变化，调整主汽压力PT 趋于设定值PS。(1)限值模块RIB。在主汽压力设定值回路中，模块RIB为变化率限值功能组件，其组成原理方框图如下图所示。如图可知，RIB的输入信号x与其输出信号y的差值e在限幅器限值以内时，这是一个积分加负反馈的闭合回路，实际为一个惯
28、性环节，即输出信号y跟随输入信号x变化。,52,图.RIB原理方框图,如果输入信号x的变化(设增加)造成x-y=ea，这表明输入信号的变化率较大，则限幅器的输出为a，积分器按固定的速率变化，即,RIB的输出信号的变化速度与限幅值a和积分器时间常数T有关，调整其中一个参数即可设定速率限制组件的限值。,53,(2)控制系统的工作过程分析 1）阀位阶段。锅炉点火后，运行人员在旁路系统操作站上按下“锅炉起动”按钮，并将高压旁路阀控制投入“自动”工况。在高旁系统图中，切换开关动作，控制回路如下图所示。,图.阀位控制阶段系统组成,54,由于RIB开始设置了最小压力值Pmin(为正)，在锅炉点火之后，因主汽
29、压力PT由零开始增加，所以PT为负，PI控制器输出应为零，即高压旁路阀的目标开度应为零。但为了疏水和加速锅炉的升温升压过程需要给调节器加一个最小开度Ymin，即Y=Ymin，这样锅炉点火，控制系统投入后，就开启高压旁路阀使之开度达到Ymin值。锅炉起动后一段时间内，主汽压力PT上升，在PTPmin之前，PT0，所以PI调节器输出一直保持在Ymin，即BP开度一直保持在最小开度上。一旦PT上升且高于最低压力Pmin，则P0，调节器输出Y从Ymin基础上增加，高压旁路阀在最小开度上开始开大。此后，尽管锅炉燃烧率不断增加，但由于BP阀也在迅速开大，从而迫使主汽压力PT维持在Pmin附近。,55,在高
30、压旁路阀开度Y尚未达到设定的最大开度Ymax之前，Y为负，P调节器输出信号P0为负，RIB输出不会增加只保持在Pmin值。只有在Y达到并超过Ymax时，Y为正，P0为正，RIB输出PS才会在Pmin基础上上升。在这样的条件下，可得下述关系：,56,上式中：KpPI调节器的比例增益；TiPI调节器的积分时间；K阀位调节器的比例增益；T阀位调节器的惯性时间常数。,由积分作用可知，有,57,实际投运中，一旦主汽压力接近冲转压力时，燃烧率的增加明显减小，同时由上式知,在K值较大时,上式表明：在高压旁路阀开度Y达到设定的最大开度Ymax后基本上保持不变。,58,从控制图可以看出，如果Y继续增加，使Y为正
31、，而P调节器K值很大，则P0增加较快，从而压力定值PS增加较快，而造成PSPT，PT为负，经PI调节器运算又使Y下降。Y下降，BP阀关小，又造成PT上升，在PTPS时，Y不再下降而又会回升，实际运行结果是Y保持在附近，PT在Pmin基础上上升，直到汽轮机冲转压力。在阀位控制阶段，主汽压力设定值和实际值，高压旁路阀BP的开度等变化曲线和上述分析是一致的。,59,2)定压阶段。当主汽压力上升到汽机冲转压力时，汽机随时可以冲转。汽机一旦冲转，系统图中开关KF复归，压力速率限制器输入信号由SP设定。压力定值设定器为具有模拟存储功能的操作器，在阀位阶段其输出始终跟踪RIB入口信号变化，一旦转入定压力方式
32、运行时将不发生扰动。由于汽轮机冲转，汽机进汽量不断增加，对主汽压力PT而言，由于通流阻力的下降，引起PT下降，从而有PTPS，PT为负，调节器输出BP阀目标开度Y开始减小，BP阀朝关闭方向动作。由于此阶段锅炉燃烧率并未减小，所以BP阀关小又促进PT回升。在冲转，升速至机组并网带负荷之前，主汽流量仅仅是原先完全由高压旁路系统流通，改变为一部分由汽机高压缸通流，即主汽流量逐渐转移到汽机而已。,60,在提高锅炉燃烧率的条件下，可提高主汽压力的设定值SP，使PS增加，PSPT时，高压旁路阀继续关小，主汽压力PT上升。机组并网带初负荷(15MW)，主汽压力PT提升到35kgfcm2。再次提高压力定值，机
33、组升负荷，达4050MW，PT=42kgcm2段；再提高压力定值，达到PT=80kgcm2，负荷约80100MW段，这时高压旁路阀完全关闭，即原先通过高压旁路的蒸汽流量完全转移到汽轮机。以上就是机组起动的定压方式阶段，主汽压力并不是不变，而是逐渐小幅度的提升，以加速机组的起动过程。,61,从锅炉点火，到机组带约30负荷这一起动过程可以看出高压旁路系统的作用：即利用旁路系统来平衡机、炉之间的能量供求不平衡矛盾。在汽机起动之前，锅炉产生的蒸汽由旁路通流，而不需对空排汽，避免损失大量工质。一旦汽机起动，旁路控制系统自动将蒸汽转移到汽机去做功。这就是高压旁路的自动调节功能。3)滑压阶段。在高压旁路阀关
34、闭后，系统图中切换开关KE动作，主汽压力设定值PS为,62,故使定值高于实际值P；由于在阀位阶段时已解除最小开度控制，所以保证调节器输出值在0位。除非在机组升压、升负荷过程中，主汽压力PT瞬时变化较快，而造成PTPS时，高压旁路阀才快速开启，进行泄流减压。4)正常运行时的保护功能。当机组处于正常运行时，如果主汽压力PS过高，而越过规定的限值时，逻辑回路动作，作用到执行机构的快开装置，执行机构快速动作开启高压旁路阀，进行泄流减压，待压力恢复时，自行关闭，起着安全阀作用。,63,在起动过程中，若高压旁路阀开启，而低压旁路阀在延时一段时间后仍不打开，或高压旁路阀后蒸汽温度过高，或减温水压力低时，控制
35、系统给出快关指令，强制性关闭高压旁路阀。3高旁后蒸汽温度控制 在机组起动过程中，高压旁路阀流通的蒸汽将直接引入再热器，根据再热器的运行要求，其入口温度要保持在一定范围，一般入口冷端温度保持在330左右。在机组正常运行时，主汽温高达540，此时高旁动作，不减温的蒸汽是不能进入再热器的。,64,高旁后的蒸汽温度的控制是通过改变喷水阀BPE的开度，调节喷水量来实现。高旁控制系统是一个单回路定值控制系统。实际上，由于温度控制对象的惯性较大，纯单参数反馈控制效果是比较差的，在高旁系统图中，压力控制器和温度控制器均称为“SCO”它不同于一般的PI调节器，应用了现代控制理论。在实际应用中，该系统将引入旁路蒸
36、汽流量来修正控制强度。考虑到在不同负荷下，相同的温度偏差应具有不同的喷水强度。系统中将用主汽压力与高旁阀开度经函数转换得到的通流面积相乘而计算出通流蒸汽量，该蒸汽量信号作为乘法系数修正喷水量控制信号，从而改变喷水强度。,65,在起动过程中，如果高压旁路阀快速关闭，则喷水阀BPE也快速关闭。减温水隔离阀BD的控制采用两位控制，由逻辑回路控制其状态。,在高压旁路阀关闭时，减温水隔离阀同时快速联锁关闭，起隔离喷水的作用；当高压旁路阀全开时，BD阀也同时联锁开启(100开度)，起着降低减温水调节阀给水压力的固定节流作用(BD后压力为BD前压力的0.6倍)，以保证减温水调节阀BPE的最佳压力条件，从而改
37、善调节阀的调节特性。,66,三、低压旁路控制系统,图.低压旁路控制系统,67,对于高压旁路和低压旁路以串联方式构成的旁路系统，在机组起动过程中，高、低旁路必须协调动作，才能完成旁路系统的功能。在汽机未冲转之前，锅炉产生的新蒸汽经高压旁路进入再热器，再热器送出的蒸汽将由低压旁路通流至凝汽器。鉴于苏尔寿公司的低压旁路均设计成双管路热力系统，因而有两个容量相同的低压旁路调节阀和两个相应的低压旁路喷水阀。低旁阀LBP1、LBP2只具有减压功能，因此还需设置两个减温器。,68,两条低压旁路管路处于并联工作状态，因此低压旁路阀开度指令来自同一个控制器输出，两个喷水阀开度指令也来自同一个控制器输出。1再热器
38、压力控制回路 再热蒸汽压力随机组负荷变化而变化，这是再热式压力控制系统设计所必须遵循的。再热蒸汽压力是通过调整低压旁路阀LBP1、LBP2的开度来实现。,69,低压旁路阀的开度指令由压力控制器SCO产生，目标开度Y的增加或减小取决于控制输入信号PH。这是一个定值变化的单回路控制系统，再热蒸汽压力PRH的给定值PS是由信号P1进行处理后获得。P1为汽机第一级压力，它与机组的负荷成正比，代表机组的负荷。在锅炉点火后，升温、升压，汽轮机冲转之前，汽机第一级压力P1=0，而设定值 PS=Pmin。,70,这样，在再热蒸汽压力PRHPmin之前，PH0，控制器输出Y=0，低压旁路阀LBP1、LBP2保持
39、在关闭状态。由高压旁路工作过程可知，在主汽压力PTPmin(主汽压力最小值)之前，高旁阀仅保持在一个较小开度上，即流过的蒸汽量很小，因此低压旁路阀不必开启。只有在高压旁路阀迅速开大，大量蒸汽进入再热器，使PRH迅速升高，达到PRHPmin(低旁阀开启的最低压力)时为正，控制器输出的目标开度Y迅速增大，低旁阀迅速开启。高压旁路阀、低压旁路阀迅速开启并达到最大开度升压速度大大加快。,71,当汽轮机冲转后，升速并逐渐带负荷，汽机第一级压力P1开始上升，当P1Pmin值时，再热蒸汽压力设定值PS=P1+P0这样导致PSPRH、PH0，控制器输出Y开始减小，低压旁路阀朝关闭方向动作，再热蒸汽压力PRH不
40、断上升，随着PS的增加，最后完全关闭低压旁路阀。随着机组负荷的增加，P1不断上升，PS最后被保持在最大值Pmax，Pmax整定得略低于再热器安全门动作值；这样，当再热蒸汽压力PRH超过PS=Pmax时，低压旁路阀开启，进行泄流减压，而不造成安全门动作，只有在低旁开启后仍不能阻止再热蒸汽压力的上升时，安全门才动作。,72,2、低旁后蒸汽温度的控制 低旁后蒸汽温度的控制采用的是喷水阀开度跟踪低压旁路开度的随动系统，由于减压阀和喷水阀特性存在差异，此外蒸汽量和喷水量之间关系的非线性(从维持温度角度)，因此在上图中，喷水阀开度指令是旁路阀开度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度的函数，由模块C来计算产生喷水阀
41、的目标开度。这是一种前馈控制方式，因此旁路阀后蒸汽温度一般只控制在凝汽器运行要求的范围内，精确度取决于计算模块的特性。,73,四、凝汽器保护 由于低压旁路来的蒸汽直接进入凝汽器，因此对凝汽器的安全运行影响很大。通常出现下列情况之一时，应快速解列低压旁路系统，即(1)凝汽器真空低；(2)凝汽器温度高；(3)主燃料跳闸。,74,7-7 旁路控制系统实例分析,75,一、汽机高压旁路控制 1.下列情况下高压旁路强制关闭：机组负荷大于设定值、给水泵全停、高旁出口温度高、高旁减温水压力低、汽机低压旁路全关。当高旁减温水自动未投，高旁出口温度测点故障，高压旁路控制强制手动操作。2.当汽机高压旁路开度小于1%
42、，高压旁路减温水调节门强制跟踪至0%。当高压旁路出口温度测点故障，高压旁路减温水调节门强制手动操作。3.在汽机高压旁路开度大于1%，根据高压旁路出口温度设定值与高压旁路出口温度实际值的偏差调节输出加上汽机高压旁路开度前馈控制高压旁路减温水调节门开度。,76,4.当汽机高压旁路开度大于2%，联开高压旁路减温水截止阀；当汽机高压旁路调节门开度小于1%,延时10秒联关高压旁路减温水截止阀。5.高压旁路控制控制方式分为启动方式、启动滑压方式和定压方式。6.锅炉冷态启动主汽压力小于最低压力设定值（1.5MPa），在高旁自动投入时，自动开启至最小开度5%。,77,7.锅炉启动升压时，主汽压力大于最低压力设
43、定值（1.5MPa），不大于汽机冲转压力设定值（8.4MPa），高压旁路转为定压方式，控制主汽压力在1.5MPa，一直到高压旁路控制输出大于最大开度（60%）时，高压旁路转为滑压方式，高压旁路将汽水分离器入口温升控制在2/min。高旁开度不低于其设定的最大开度（60%）。8.当锅炉主汽压力大于汽机冲转压力设定值（8.4MPa），高压旁路转为定压方式，控制主汽压力不变。9.当汽机冲车和发电机并网后，随着汽机带负荷，高压旁路维持主汽压力（8.4MPa）不变，逐渐关闭至零。人为将汽机冲转压力设定值提高至9 MPa。防止汽机在定压运行方式下和高旁同时控制主汽压力。,78,10.锅炉热态启动时，当主汽压
44、力大于1.5MPa，设定汽机冲转压力低于主汽压力0.1MPa（为满足高旁定压投入条件），高旁自动投入后，控制设定汽机冲转压力不变。随着锅炉燃料量增加，重新设定汽机冲转压力至8.4MPa，高压旁路将汽水分离器入口温升控制在2/min，使锅炉主汽压力升高到冲转压力8.4MPa。11.当汽机停机时，负荷低于设定值，设定汽机冲转压力至8.4MPa，将高压旁路控制投入自动。随着汽机减负荷，锅炉主汽压力升高，高压旁路开启，主汽压力维持在8.4MPa不变。12.当锅炉MFT后，给水泵全停高压旁路强制关闭。,79,13.高压旁路减温水自动投入方法：在SWC1画面选择“4A”，选中标签1MBHBPM/A1270
45、（描述：HP BP OUT TEM CTL STA 高压旁路出口温度控制站)操作面板，检查无“强制手动信号”，检查操作面板上温度设定值为300度，在操作键盘按“AUTO”，自动即可投入。14.高压旁路压力自动投入方法：在SWC1画面选择“1A”，选中标签1MBHBPM/A1070（描述：HIGH PREE BP PREE CTL STA高压旁路压力控制站)操作面板，检查无“强制手动信号”，在操作键盘按“SET”,设定锅炉不同工况下汽机冲转压力，在操作键盘按“AUTO”，自动即可投入。,80,高旁控制,81,二、汽机低压旁路控制 1.下列情况下低压旁路强制关闭：机组负荷大于设定值（90MW）、低
46、压旁路出口温度大于100度、凝汽器压力高、汽机运行和汽机低压旁路开度小于1%。下列情况下低压旁路强制强制手动操作：低压旁路减温水自动未投，低压旁路出口温度测点故障。2.当汽机低压旁路开度小于1%，低压旁路减温水调节门强制跟踪至0%。当低压旁路出口温度测点故障，低压旁路减温水调节门强制手动操作。,82,3.在汽机低压旁路开度大于1%，根据低压旁路出口温度设定值与低压旁路出口温度实际值的偏差调节输出加上汽机低压旁路开度前馈控制低压旁路减温水调节门开度。4.当汽机低压旁路开度大于2%，联开低压旁路减温水截止阀；当汽机低压旁路调节门开度小于1%,延时10秒联关低压旁路减温水截止阀。5.低压旁路控制控制
47、方式为启动方式。6.锅炉冷态启动，再热汽压力小于最低压力设定值（1.0MPa），在低旁自动投入时，自动开启至最小开度20%。,83,7.锅炉启动升压时，再热汽压力大于最低压力设定值（1.0MPa），低压旁路转为定压方式，控制再热汽压力在1.0MPa，8.当汽机冲车和发电机并网后，随着汽机带负荷，低压旁路维持主汽压力（1.0MPa）不变，逐渐关闭至零。9.当汽机停机时，负荷低于设定值，将低压旁路控制投入自动。随着汽机减负荷，锅炉再热汽压力升高，低压旁路开启，再热汽压力维持在1MPa不变。,84,10.低压旁路减温水自动投入方法：在SWC1画面选择“5A”，选中标签1MBLBPM/A2370（描述
48、L-BYPS 1 STM TEM CTL STATION低压旁路1出口温度控制站)操作面板，检查无“强制手动信号”，检查操作面板上温度设定值为90度，在操作键盘按“AUTO”，自动即可投入。,85,11.低压旁路压力自动投入方法：在SWC1画面选择“2A”，选中标签1MBLBPM/A2170（描述：L-BYPS.1 PREE CTL STA低压旁路压力控制站）操作面板，检查无“强制手动信号”，在操作键盘按“AUTO”，低旁A自动即可投入。在SWC1画面选择“3A”，选中标签1MBLBPM/A3170（描述：L-BYPS.2 PREE CTL STA低压旁路压力控制站）操作面板，检查无“强制手动信号”，在操作键盘按“AUTO”，低旁B自动即可投入。,86,低旁控制,
