摘要：本文对三菱M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组旁路系统的作用、在启停过程中的运行进行介绍，针对冷态启动过程发生的问题进行分析并提出改进措施，有利于机组安全和节能运行。
关键词：M701F4，旁路系统，优化
Introduction and Optimization of Bypass System of M701F4
Gas-Steam Combined Cycle Unit
LIU Zhongjie
(Zhejiang Datang International Shaoxing Jiangbin thermal power generation co.,ltd, Zhejiang Shaoxing, 312366)
Abstract: The paper introduces the function and operation during the start-up and shut-down process of the bypass system of M701F4 gas-steam combined cycle unit. Meanwhile, it analyses the problem during the cold mode start-up process and puts forward improvement measures which will help the unit operates safely and economically.
Key words:M701F4;bypass system; optimization
0 引言
某电厂安装两台三菱M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组，各设置一套100%容量高、中、低旁路系统，由DCS进行控制。由于国内联合循环机组多为两班制运行模式，启停频繁，因而对旁路系统更高要求。
1 旁路系统的作用
M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组旁路系统具有以下作用：
（1）缩短启动时间，延长汽轮机寿命。在机组的启停阶段，汽轮机主汽阀前的蒸汽参数是随着燃气轮机、余热锅炉负荷变化而变化，设置旁路系统可以调节蒸汽参数，以适应汽缸温度的要求，从而加快启动速度，缩短启动时间。设置旁路系统能满足机组启停时对汽温的要求，故可降低汽轮机寿命损耗系数，延长汽轮机寿命。
（2）保护余热锅炉受热面。在机组启停或甩负荷工况下，经旁路系统保持余热锅炉各受热面始终有一定蒸汽流量，防止受热面干烧。
（3）回收工质、热量和消除噪声污染。机组启、停和甩负荷等特殊工况下，汽轮机仅需低压缸冷却蒸汽维持运行，但余热锅炉依然会产生大量蒸汽，若直接将这些蒸汽排入大气，不仅会造成大量的工质损失和热损失，而且会产生严重的排汽噪音，污染环境。设置旁路系统则可达到既回收工质又保护环境的目的。
（4）防止锅炉超压，减少锅炉安全门动作次数。在机组突然甩负荷（全部或部分负荷）时，旁路快开，维持系统压力稳定，减少甚至避免安全阀动作。
2 启动过程中的旁路系统
机组启动前，高中低压旁路阀在自动、关闭位置。燃机点火后，旁路从实际压力跟踪模式退出，进入旁路初始压力设定跟踪模式，旁路压力设定点变更为主汽实际压力。随着燃烧增强，旁路前压力逐渐升高，当高压主汽压力超过点火时高压主汽压力0.3MPa且高压主汽压力已经大于0.5MPa时、或者高压主汽压力超过5.5MPa、或者高压旁路阀开度大于5%时，高中压旁路进入高中旁最小压力设定模式。当低压主汽压力超过点火时低压主汽压力0.03MPa且低压主汽压力大于0.1MPa时、或低压主汽压力大于0.15MPa时、或低压旁路阀开度大于5%时，低压旁路进入低旁最小压力设定模式。
进入最小压力控制模式后，旁路开始逐渐打开，旁路压力设定值逐渐升高。此阶段高、中、低旁路压力设定值升高速率各不相同，各个旁路压力设定值升高速率和实际主汽压力有关，由函数进行控制。其中高压旁路压力设定值升高速率还和汽轮机的冷温热态有关。
压力设定值增加时，其速率受到汽轮机的状态（冷态、温态、热态）影响，M701F4燃气-蒸汽型联合循环机组根据汽轮机高压缸入口金属温度确定汽轮机状态：温度低于230℃时为冷态，温度高于400℃时为热态，在230-400℃之间为温态。
汽轮机热态时，高压旁路压力设定值升速率见下表：
汽轮机温态时高压旁路压力设定值升速率见下表：
汽轮机冷态时，高压旁路压力设定值升速率见下表：
中压主汽旁路压力设定值变化速率和汽轮机状态无关：
低压主汽旁路压力设定值变化速率为固定值0.02MPa/min。
当高、中、低压旁路压力设定值分别达到6.2MPa、1.60MPa、0.27MPa后，各个旁路压力设定值为燃机负荷的函数，其压力设定值上升速率取决于实际主汽压力。
高压旁路压力设定值和燃机负荷的关系：
中压旁路压力设定值和燃机负荷的关系：
低压旁路压力设定值和燃机负荷的关系：
在蒸汽各项参数满足逻辑中的进汽要求时，暖机阶段结束，汽轮机开始进汽，高、中、低压主汽调节阀开始程序开启，相应旁路逐渐关闭。在高、中压旁路阀都收到关闭反馈后，高中压调节阀压力控制模式投入，高中压旁路控制模式由最小压力模式切换到后备压力模式。高、中压旁路的压力设定点是高、中压主汽的实际压力的函数，由于后备压力模式下旁路压力设定值高于主汽实际压力值，高中压旁路保持关闭：
后备压力模式下的高压旁路压力设定值
后备压力模式下的中压旁路压力设定值
在高压调阀已经程序开启且逻辑接收到低压旁路阀关闭信号后，低压旁路控制模式由最小压力模式切换到后备压力模式。低压旁路压力设定点为低压主汽压力的函数，由于后备压力模式下低压旁路压力设定值高于低压主汽实际压力值，低压旁路阀保持关闭。
后备压力模式下的低压旁路压力设定值
高中低压旁路均关闭并进入后备压力模式后，旁路系统启动完成。
异常情况下主汽压力值超过旁路压力设定上限值（见上图，高压主汽压力11.6MPa、中压主汽压力4.1MPa、低压主汽压力0.87MPa）时，旁路打开防止主汽压力过高损坏设备。
高压旁路阀逐渐开启后，高压旁路减温水调节阀自动开启控制高压旁路后蒸汽温度396℃，中压旁路阀逐渐开启后，中压旁路减温水调节阀自动开启控制中压旁路后蒸汽温度180℃。由于低压蒸汽温度较低未设计低压旁路减温水。
为防止启动过程中旁路压力设定值和实际主汽压力偏差值过大造成旁路动作剧烈，进一步影响汽包水位控制，逻辑中设定两者偏差值达到一定数值时旁路压力设定值上升速率将变更为0并持续30秒。若30秒后实际偏差值低于偏差设定值，旁路压力设定值按照设定速率继续上升，否则旁路压力设定值继续维持不变。其中高压旁路的偏差设定值为0.03MPa，中低压旁路偏差设定值均为0.02MPa。
3 停机过程中的旁路系统
根据M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组设计，在机组负荷降低至225MW（50%负荷）后发出停机令。停机令发出后，低压主汽调节阀根据固定速率关闭到30%冷却开度，冷却汽轮机低压缸末级叶片。在低压主汽调节阀开始程序关闭时，低压主汽旁路阀从后备压力模式进入实际压力跟踪模式，维持低压主汽阀前压力为0.27MPa直至机组停机完成。
在低压主汽调节阀关闭至30%后，高、中压主汽调节阀开始同时程序关闭，5分钟后高中压主汽调节阀完全关闭。在高、中压主汽调节阀开始关闭时，高、中压旁路阀从后备压力模式进入到实际压力跟踪模式，高、中压旁路压力设定点为模式切换瞬间的高、中压主汽实际压力并在之后的停机过程中保持不变。
由于停机过程中高、中压旁路压力设定点维持不变，在高、中压主汽调节阀关闭过程中高、中压旁路开启维持主汽压力基本不变，有利于汽包水位控制。随着燃机降低，为维持高、中、低压主汽压力，高、中、低压旁路逐渐全关。
在机组熄火时，安全油压卸去，高、中、低压主汽阀瞬间关闭，低压主汽调节阀从30%瞬间全关。在机组惰走至300rpm时开始破坏真空，真空下降至-56KPa时逻辑闭锁中、低压旁路开启。
4 冷态启动过程中高压旁路存在的问题和优化措施
根据旁路逻辑，启动过程中一旦高压旁路压力设定值和实际主汽压力值达到0.03MPa，旁路压力设定值会保持不变30秒。在实际冷态启动过程中，频繁发生由于达到该偏差值造成高压旁路压力设定点30秒不变的情况，高压旁路压力设定点上升速度慢导致高压主汽实际压力上升慢。由于高压主汽压力大于4.7MPa后汽轮机才允许进汽，造成实际暖机时间大幅延长。某次冷态启动为例，高压主汽压力达到4.7MPa时用时73分钟，长时间暖机造成主蒸汽温度偏高，汽轮机进汽后由于蒸汽温度和汽轮机缸体温度不匹配造成汽轮机上下缸温差大。
此次启动汽轮机进汽时中压主汽温度达到336℃，较正常进汽温度270℃高出66℃，进汽过程中汽轮机中压缸上下缸温差持续上升达到32℃，为避免温差达到42℃报警值，维持负荷不变后温差继续上升，被迫逐步降低负荷至155MW，通过降低主汽温度减少上下缸温差，待温差降低后逐步增加负荷。这次启动暖机和汽轮机进汽时间达到215分钟，较正常用时超时72分钟，启动过程中中压缸上下缸温差最大值达到39℃。
为解决冷态启动过程中高压旁路压力设定点频繁保持不变的问题，多次试验后将高压旁路压力设定值和实际主汽压力值偏差值从0.03MPa修改为0.06MPa，高压旁路压力设定点保持时间从30秒改为1秒。旁路逻辑修改后的启动曲线为：
此次启动暖机时间为31分钟，汽轮机进汽时中压蒸汽温度272℃，启动过程中上下缸温差最大值达到21℃。高压旁路逻辑修改后，统计冷态启动平均暖机时间为30分钟，较设计暖机时间50分钟缩短20分钟，提高经济效益1.88万元。计算暖机时间缩短后高、中压汽包升温率分别为4.1℃/min和5.2℃/min，低于规程许可值4.4℃/min和9.3℃/min。
对于热态启动和温态启动，修改高压旁路逻辑无明显影响，原因在于热态和温态启动时已经有一定蒸汽压力，机组启动后高压主蒸汽压力很快达到4.7MPa的进汽条件。
5 结语
旁路系统在保证机组正常运行和启停过程中的安全至关重要，本文针对M701F4联合循环机组旁路系统进行说明，并针对冷态启动过程中出现的问题进行分析和处理，实现冷态启动过程中的安全和节能要求，对同类型机组有一定借鉴意义。
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作者简介：刘忠杰（1983-），男，汉族，大学本科学历，工程师，浙江大唐国际绍兴江滨热电有限责任公司，主要从事燃气轮机运行技术管理工作。
论文作者:刘忠杰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：旁路论文; 压力论文; 设定值论文; 低压论文; 汽轮机论文; 高压论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2019年第16期论文;