裴道传
浙江大唐国际绍兴江滨热电有限责任公司 浙江省绍兴市 312366
摘要：介绍M701F型燃机的汽轮机主要控制，轴封蒸汽控制，冷却控制，启动程序控制，停机过程控制
关键词：M701F型燃机；汽轮机；控制
0 引言
本厂机组为三菱M701F4型燃气-蒸汽联合循环供热机组，全厂配置两套机组；每套机组的配置由一台燃气轮机、一台余热锅炉、一台蒸汽轮机和一台发电机组成。按燃气轮机、蒸汽轮机、发电机的顺序排列，从发电机端向燃气轮机端看，机组转向为顺时针方向，功率输出方式为冷端输出。
空气经由燃气轮机的进气装置(内部设有过滤器和消声器)引入压气机压缩后，进入环绕在燃机主轴上的分管式燃烧室。天然气经过调压站分离、过滤和调压，再经过天然气前置模块的计量、加热、再过滤后，与进入燃烧室的压缩空气进行混合，通过燃料喷嘴喷入燃烧室燃烧后成为高温烟气进入透平膨胀做功，带动转子转动，拖动发电机发电。
做功后的烟气温度依然很高，高温烟气进入余热锅炉烟道。烟气中的热量被余热锅炉各模块充分吸收和利用，最后经余热锅炉的烟囱排入大气。
汽轮机型号是TC2F-35.4，汽轮机为三压、再热、双缸、向下排汽、可背压可纯凝运行。高压缸与中压缸合缸为一个高中压缸。
1轴封蒸汽控制
机组启动前,由燃气锅炉提供汽轮机的轴封用辅助蒸汽,轴封蒸汽母管压力由2 个气动调节阀(调压阀(SSFV) 和溢流阀(SSDV) ) 控制。
为了将低压轴封蒸汽温度控制在150 ℃左右,机组配置了低压轴封蒸汽喷水减温装置，使用凝结水泵作为冷却水源。
轴封蒸汽控制过程如下
1）、将轴封蒸汽母管压力控制在27 kPa 。在第1 次起动前,手动调整SSFV 开度,以保证在轴封母管压力达到设定值时其开度约在60 %左右。在汽轮机进汽负荷升高后,高压缸轴封漏汽供中压缸和低压缸轴封汽,轴封用辅助蒸汽流量由5 t/ h 逐渐减少到2 t/h 。
2）、SSDV 控制压力设定值为35 kPa ,当调压阀失灵等导致轴封蒸汽母管超压时,由SSDV 控制轴封蒸汽母管压力。
2 冷却控制
机组的转速控制由燃气轮机完成,汽轮机调节阀不参与调速。机组起动初期汽轮机由燃气轮机的静态励磁变频器(SFC) (该装置可以使发电机作为变频同步电动机运行) 升速。燃气轮机在吹扫后转速降至550 r/ min 左右(与压气机进口温度有关) 进行点火准备(建立油压(机组跳闸电磁阀通电) ,开启燃气截断阀(燃气放空阀关闭) 和再热汽阀以及低压主汽阀,汽轮机复位) 。点火后,汽轮机由燃气轮机和SFC 共同驱动升速。在升速过程中,汽轮机的所有调节阀均处关闭状态,当汽轮机转速超过2 000 r/ min 时,低压调节阀开至冷却开度(20 %左右,防止低压叶片超温) 。
低压调节阀冷却开度取决于低压蒸汽压力。低压蒸汽压力经过函数运算得到低压调节阀冷却开度控制指令,其控制指令经过低压调节阀的特性曲线函数计算得出阀门开度指令。
3 启动程序控制
对于单轴联合循环机组,燃气轮机启动由程序控制。由于燃气轮机产生的高温烟气温度和压力很均匀,所以汽轮机也采用程序控制。
当燃气轮机并网后,汽轮机主汽阀缓慢开启至5 %开度左右,对调节阀进行升温。如果并网3 000 s后还未达到汽轮机进汽条件,则逐渐加大主汽阀开度,以增加暖阀汽量;当主汽阀开启至10 %开度或调节阀内部金属温度大于260 ℃后,保持主汽阀开度不变。
当蒸汽参数满足以下条件时,汽轮机开始自动进汽:
(1) 主汽阀入口蒸汽温度< 430 ℃;
(2) 高压缸入口金属温度比主蒸汽温度低56 ℃且主蒸汽与高压缸入口金属温度差< 110 ℃;
(3) 主汽阀入口蒸汽温度过热度> 56 ℃;
(4) 中压蒸汽截止阀入口蒸汽温度过热度> 56℃;
(5) 中压叶片环温度比中压蒸汽温度低56 ℃;
(6) 高压缸主蒸汽压力为5. 3 MPa ;
(7) 中压缸蒸汽压力为1. 37 MPa ;
(8) 低压缸蒸汽压力0. 29 MPa 。
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根据汽轮机高压缸入口金属温度,机组分为热态(金属温度高于400 ℃) 、温态(金属温度400 ℃～230℃) 、冷态(金属温度低于230 ℃) 3 种起动方式。起动方式的选择决定了燃气轮机暖机负荷,其中冷态为52MW、温态为78 MW、热态120 MW。
汽轮机启动方式取决于所有调节阀开启曲线,确保安全暖机,避免热应力超限损坏汽轮机。
当汽轮机开始进汽后,调节阀根据起动方式确定初始开度和阀门开启速率。调节阀慢速开启60 s 后, DCS 发出调节阀全开目标指令,此时调节阀仍然以初始速率开启。当调节阀开到一定开度后( 冷态为10 % ,温态和热态为15 %) 后,DCS 给出阀门快速开启指令,调节阀快速开启至全开。
再热调节阀与调节阀同时开启，再热调节阀控制指令取决于调节阀的控制指令。如图5。
汽轮机进汽后,低压调节阀根据起动方式确定阀门开启速率,以缓慢的速率从冷却开度(20 %左右) 逐渐开启。当其开度达到40 %后, DCS 给出快速开启指令,低压调节阀快速开启至全开。当调节阀和再热调节阀全开且发电机输出功率大于200 MW 时,汽轮机起动结束。
温态起动约需130 min,此时汽轮机调节阀的开启速率小于热态起动时的开启速率,大于冷态起动时的开启速率。热态起动大约需要80 min (机组停机后受余热锅炉保温保压状态的影响) ,由于热态起动热应力小,所以汽轮机调节阀的开启速率较快。冷态起动大约需要210 min ,蒸汽升压升温速度缓慢,同时为了减少热应力,汽轮机调节阀的开启速率非常缓慢。
4 停机程序控制
M701F 机组的停机分为正常停机和检修停机2种,其程序控制类似于启动程序控制,以给定速率关闭汽轮机调节阀。
正常停机(如两班制每日起停) 时,应保持汽轮机高压缸金属温度尽可能高,以缩短再起动时间。当机组发出停机命令后,燃气轮机减负荷至120 MW 并保持不变,低压调节阀关至最小冷却开度,冷却低压叶片。最终所有汽轮机调节阀以给定速率依次关闭。燃气轮机负荷为15 MW 时, 机组解列。燃气轮机在3 000 r/ min 冷却运行5 min 后,机组跳闸,所有主汽阀关闭。根据汽轮机所受的热应力计算得到停机过程中的速率曲线函数。
5 超速保护控制(OPC) 功能
OPC 功能是防止汽轮机因超速而跳闸的主要手段。M701F 机组汽轮机的OPC 动作条件为：
(1) 发电机出线开关断开且机组负荷大于100MW。
(2 ) 机组转速为额定转速的107. 5 % ( 3 225r/ min) 。
(3) 机组仅带厂用电,孤岛运行。
OPC 功能在机组甩负荷或汽轮机转速飞升时,快速关闭调节阀、再热调节阀和低压调节阀,20s 后打开低压调节阀(冷却低压叶片) ,防止汽轮机进一步超速。
6 阀门试验功能
1)、机组负荷大于200 MW 时,汽轮机所有主汽阀和调节阀处于全开状态,为防止阀门发生卡涩,DCS 设置了汽轮机阀门活动试验功能,试验共分为主汽阀和调节阀、再热汽阀和再热调节阀以及低压主汽阀和低压调节阀3 组。
2）、阀门活动试验应在机组稳定的高负荷下进行,其中调节阀活动范围为阀门行程的6 %～10 % ,主汽阀活动范围为阀门行程的15 %左右。
7压力控制
汽轮机起动结束,所有调节阀全开后,为了防止余热锅炉蒸汽参数突变或汽轮机旁路阀调节失灵等,对各阀除了采用程序控制模式外,增加了压力控制模式。当压力控制模式投入时,每个阀门开度值取程序控制和压力控制中的最小值,以避免由于程序控制导致蒸汽压力异常下降。压力控制模式分为高中压压力控制模式和低压压力控制模式。
高中压压力控制模式投入条件:
1) 汽轮机进汽命令发出或发电机输出功率超过200 MW 后,手动投入;
2) 汽轮机进汽命令发出或发电机输出功率超过200 MW 且高中压旁路阀全关后,DCS 自动投入。
(2) 低压压力控制模式投入:
1) 汽轮机进汽命令发出或发电机输出功率大于200 MW 后,手动投入;
2)汽轮机进汽命令发出或发电机输出功率大于200 MW后,低压旁路阀全关,低压主汽阀前电动门打开后,DCS 自动投入。
参考文献：
[1] 朱朝军 燃气轮机运行值班员[M].北京:中国电力出版社,2012年版
[2] 王 强 M701F燃气轮机的结构特点[J]，上海电力，2006（3）
[3] 贾文.M701F单轴燃气-蒸汽联合循环机组的运行[J].发电设备，2009年02期
论文作者:裴道传
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/15
标签：汽轮机论文; 调节阀论文; 蒸汽论文; 燃气轮机论文; 机组论文; 低压论文; 压力论文; 《防护工程》2018年第11期论文;