燃气轮机联合循环机组旁路控制说明

摘 要：本文对燃气轮机联合循环机组汽机旁路控制系统的调节方式、控制方式及其作用进行了简单的介绍和分析。国内投运的M701F型燃气轮机肩负着电网要求的日起停、调峰、调频需求。其中旁路系统起到极其重要的功能性作用。

关键词：燃气轮机联合循环机组；旁路系统

燃气轮机联合循环机组由以下三部分构成：燃气轮机、蒸汽轮机、发电机，机组的主要做功部分是燃气轮机和余热锅炉。燃气轮机在做功的同时，将高温度的排气排入余热锅炉进行二次利用，加热余热锅炉中的除盐水，进行蒸汽输出。蒸汽进入蒸汽轮机进行做功，旁路控制阀和主蒸汽调节阀用于调节气包压力及控制蒸汽品质。旁路控制参数的设定关系着机组的优化运行。本文着重介绍、分析了我公司联合循环燃机旁路系统的逻辑和工作状况。

1 旁路控制系统分析

M701F型燃气轮机配置的旁路系统为100%流量阀门。随着燃机的启动，旁路系统可以让余热锅炉出口蒸汽的温度、压力快速提升，让汽机尽快进汽做功。旁路系统还兼具着保护汽轮机的功能，当机组发生跳机或甩负荷时，旁路系统迅速将主蒸汽隔离，避免汽机超压。

旁路控制系统功能介绍：

（a）燃气轮机启动时，排气温度低，锅炉出口蒸汽温度、压力不达标，旁路系统将这些蒸汽排入凝汽器，并尽快让蒸汽品质达到进气要求提升汽机启动时间。

（b）燃气轮机运行时，旁路控制阀跟踪主蒸汽压力设定，配合主蒸汽调节阀进行压力控制，避免蒸汽压力波动。

（c）燃气轮机处于跳闸、甩负荷等极端状态时，旁路阀将蒸汽隔离，避免汽机超压，确保机组安全。

（d）燃气轮机负荷快切时，旁路系统可以对汽轮机进行温度保护，避免温差大引起的缸体变形。

（e）当余热锅炉气包蒸汽压力过高，在安全阀动作前，旁路阀尽快投入，避免蒸汽故障排放，缓解压力过高的同时合理回收蒸汽。

（f）旁路系统在燃气轮机启动时可以进行再热蒸汽加热，优化提升热效率。

旁路控制有三种控制模式：最小压力控制模式；备用压力控制模式；实际压力跟踪控制模式。

1.1 最小压力控制模式

燃气轮机启动阶段，燃机排气温度较低，余热锅炉出口蒸汽品质不满足汽机进气要求，使用最小压力控制模式进行旁路控制，确保主汽阀的阀前蒸汽压力高于阀门开启的最小设定值。旁路阀的控制设计选取了燃机负荷进行曲线控制。

处于最小压力控制模式，压力设定初始值为某一常数。随着燃机功率的增加，燃机排气温度会跟着增加，加快余热锅炉做功，蒸汽压力升高。汽轮机主蒸汽阀的开启选用顺序控制，燃机启动后，汽机旁路阀处于全开状态，旁路的最小压力设定也成为变量，该参数根据汽机功率进行计算，旁路阀慢慢由全开运行到50%开度，配合蒸汽阀门调节阀前蒸汽压力。

1.2 备用压力控制模式

燃气轮机正常运行后，排气温度慢慢上升。汽机主蒸汽调节阀程序控制开启，蒸汽品质合格后的主蒸汽进入汽轮机做功，汽轮机旁路阀由50%开度关闭到0%开度，备用压力控制模式在该阶段接手旁路阀的控制，通过使用“实际压力+偏置”的参数设定，对汽轮机进行超压保护，当压力高出时，旁路阀立即开起，将汽轮机进气压力降低到正常值。

1.3 实际压力跟踪模式

在燃机起动和控制模式转换时使用实际压力跟踪模式。该模式提高了对汽包水位的控制能力。控制系统根据汽机的启动模式分为三种速率来进行控制信号的限速器调速。汽机启动模式通过高压缸进口金属温度判定。通过限速器后的控制信号与预热锅炉出口蒸汽压力通过计算进行旁路阀的控制。

1.4 高、中压旁路温度控制

高、中压旁路温度控制系统用于在机组起停和汽轮机跳闸阶段的余热锅炉再热器保护。高、中压旁路温度控制系统主要由旁路阀和喷水减温器构成。当高、中压旁路蒸汽温度过高时，会对再热器造成超温伤害，此时需要进行喷水减温，喷水减温的喷水量由旁路阀阀后蒸汽温度进行计算。针对喷水阀响应速度慢的缺点，我方对喷水阀进行了前馈控制设定，通过对主蒸汽压力和旁路阀阀位的监控进行比例积分计算，加快了喷水阀的动作速度，达到了更好的控制效果。

以下状态，阀门将保持原有开度。

1）高压汽轮机旁路蒸汽温度信号反常；

2）高压汽轮机旁路喷雾控制阀手动。

2 旁路控制系统从启动到停机的工作状况说明

2.1 旁路压力控制系统机组启动说明

燃气轮机起动阶段，余热锅炉产生的蒸汽品质不符合汽轮机进汽条件，同时为了稳定汽包水位，汽轮机旁路阀需一定开度。从燃气轮机点火直到旁路阀开度大于最小开度（5%）之前，主蒸汽压力控制模式处于实际压力跟踪控制。旁路阀开度大于5%后，主蒸汽压力处于最小压力控制模式，压力设定值以预设的增速率增加而稍微小于实际压力。蒸汽参数达到汽轮机进汽条件后，旁路阀开度达到最大值，主蒸汽调节阀开始开启，旁路阀逐渐关闭。当机组负荷大于50%時，旁路阀关闭，主蒸汽调节阀全开，主蒸汽压力转为备用压力控制模式。各旁路阀的备用压力设定值将根据主蒸汽压力函数曲线设定而稍微大于主蒸汽实际压力。

2.2 旁路压力控制系统机组停机说明

燃气轮机联合循环机组停机阶段，将机组负荷减少到一半，低压主蒸汽调节阀往汽机透平冷却位置关闭，此时低压缸蒸汽进气为透平冷却蒸汽，保护停机过程中的缸体温降。低压旁路阀处于最小压力控制模式。当低压主汽阀关到透平冷却位置后，高压、中压主气阀处于全关位置，同时调节阀进行程序关闭。在该过程中，旁路阀由备用压力控制模式切换到最小压力控制模式，用于配合高压、中压主蒸汽调节阀关闭。

3 结论

M701F型燃机汽机联合循环机组为满足电网的日启停、调频、调峰需求。

使用旁路控制系统可以更快的提高余热锅炉的蒸汽品质，让汽轮机更快进气做功。因此旁路系统在乱喝循环汽轮机运行中起到十分重要的作用。

参考文献：

[1]莆田燃机调试报告.东方汽轮机有限公司.

[2]过程控制说明.三菱重工.

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