燃气轮机变工况运行时中压汽包水位波动原因及分析

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1、燃气轮机变工况运行时中压汽包水位波动原因及分析发表时间:2008-6-30作者：孙承志,孙钰,李子冲摘要：一、系统概述   前湾燃机电厂日本三菱公司M701F燃气轮机(简称M701F燃机)燃气-蒸汽联合循环机组配套的余热锅炉为杭州锅炉厂制造的三压、再热、无补燃、卧式、自然循环炉，单台机组额定出力390MW，其中燃气轮机约260MW，汽轮机约130MW。   余热锅炉分高、中、低压3个部分。其中，主蒸汽进入汽轮机高压缸做功后排汽进入冷段再热管道，与来自余热锅炉中压过热器的蒸汽汇合进入再热器，然后进入汽轮机中压缸做功，具有高、中、低压旁

2、路系统，高压主蒸汽旁路与再热器冷段相连，中低压主蒸汽旁路与凝汽器相连。机组热力系统见图1。                 在机组变工况运行时，高、中、低压汽包的水位均有所波动。由于中压汽包容量小(内直径1250mm)，运行时汽包正常水位为-100mm，水位高跳机值为+200mm，水位低跳机值为-35Omm。在某些工况下，中压汽包水位波动较大，甚至可能因其水位过低导致跳机。   机组运行时，中压汽包水位与高、中压旁路阀动作密切相关，本文依据旁路阀的控制模型和逻辑，结合运行调试中的实际情况，分析了变工况条件下中压汽包水位波动较大的原因

3、。二、汽轮机高压旁路阀控制模型   汽轮机高压旁路阀与中压旁路阀的控制模型完全相同，只是参数不同。   旁路阀开度指令y的函数为:              式中，K、T、L、H为常数，通常K=l.2，T=2，L=-2，H=l02;x(t)=p(t)-ps(t)；p(t)、ps(t)分别为主蒸汽压力的实际值和设定值，MPa，两者均为时间t的函数。   由式(1)可知，对旁路阀的控制是确定ps(t)。当y≤0，表明旁路阀具有全关指令;当y≥100，表明旁路阀具有全开指令。因此，在M701F燃机的控制系统中，旁路阀控制具有最小压力、后备

4、压力、实际压力3种控制模式，并且提供了ps(t)的不同算法。2.1最小压力控制模式   在机组点火至旁路阀全关(即汽轮机的起动结束)期间，ps(t)是机组负荷(P)的函数：                 机组从点火到负荷达到86MW期间，ps(t)的算法较复杂，需要综合考虑蒸汽温度与汽轮机缸体温度的匹配等。若设机组点火时刻为t1，则在t1时刻，ps(t)=p(t)。之后，ps(t)根据蒸汽压力、温度及汽轮机缸体温度的变化，缓慢增加至5.29MPa后，维持该值不变，直至机组负荷达到86MW。2.2后备压力控制模式   旁路阀全关后，

5、即进入后备压力控制模式。停机时调节阀关闭，退出后备压力控制模式。在后备压力控制模式下，总是ps(t)＞p(t)，因此旁路阀始终保持全关状态，其函数为:                 前湾燃机电厂主蒸汽压力额定值为9.93MPa，虽然式(3)给出了p(t)∈[l0.5，15]的范围，但机组实际运行中p(t)不超过l0MPa。2.3实际压力控制模式   实际压力控制模式适用于从机组停运到机组下次起动点火前的控制。在停机时调节阀开始关闭(设为t3时刻)，旁路阀从后备压力控制模式切至实际压力控制模式，即令ps(t)=p(t3)，并一直维持

6、到下一次机组点火之前。   以某日机组起停曲线(图2)为例，说明上述3种控制模式的适用情况。                 由图2可知，机组起动前，旁路阀为实际压力控制模式(t0时刻)。机组起动(t1时刻)，机组点火ps(t)=p(t)，此时旁路阀转入最小压力控制模式。ps(t)根据蒸汽压力、温度及汽轮机缸体温度的变化，缓慢增加至5.29MPa(t4时刻)。在t5时刻，机组负荷升至86MW，此时ps(t)适用式(2)。在机组点火初期，主蒸汽压力低，旁路阀全关，随着主蒸汽压力的上升，旁路阀逐渐打开。当汽轮机具备进汽条件后，主汽阀以一

7、定的速率打开，此时p(t)会下降，为了维持p(t)=ps(t),旁路阀将逐渐关闭至全关。旁路阀全关后(t2时刻)，其转入后备压力控制模式，此时ps(t)适用式(3)。机组停机过程中(t3时刻)，主汽阀开始关闭，旁路阀转入实际压力控制模式。三、变工况条件下中压汽包水位波动分析3.1停机阶段   停机时，当燃气-蒸汽联合循环机组总负荷大于200MW时，蒸汽参数始终满足汽轮机进汽条件，故汽轮机主汽阀及再热阀保持全开。   控制系统发出停机指令后，低压主蒸汽调节阀随低压主蒸汽压力的降低关闭至18%时(机组负荷在(180～160)MW)，调节

8、阀及再热调节阀开始关闭，旁路阀转为实际压力控制模式。调试期间的某日停机曲线见图3。                 (1)由曲线8可见，在t0时刻，机组负荷值逐渐下降(减负荷过程)时，调节阀(曲线1)在全开位置，此时高压旁路阀为后备压