余热锅炉和汽轮机控制与保护.综述

• 压力调节
• 汽包压力调节 ➢ 通过调节主蒸汽阀开度和汽轮机主调汽阀开度来控制。
➢ 汽包压力调节主要包括压力高限制、压力低限制、压力 升速率限制和压力降速率限制。
➢ 压力高限制和升速率限制主要通过旁路系统实现；压力低 限制及压力降速率主要通过汽轮机调节阀实现。
除氧器/水箱压力调节
➢ 整体式除氧器中，余热锅炉启动或低负荷时，需从中压汽 包引出蒸汽经减压节流等措施进入除氧水箱。
喷水减温器还可布置在过热器出口主蒸汽管路上，不需要安 装导管，但过热气管壁最高温度较高。
主蒸汽管路上测温元件通过温度变送器把信号输入把信号输入 温度控制器，在温度控制器中测量数据并和设定点数据比较。 根据比较结果，温度控制器输出信号对温度控制阀进行调节， 增加或减少喷水减温器的喷水量。
饱和蒸汽部分旁通调节方式
➢ 自动控制燃机按升速率要求向目标值爬升，最后控制在目 标转速上，直至汽机达到额定转速。
➢ 转速设定值控制由上位机完成；可人为设定汽机负荷设定 值的目标值及负荷设定值的升速率。
➢ 转速负荷控制基准为负荷设定值函数和转速函数之和。汽 机并网之前，负荷设定为0，转速负荷控制系统简化为比 例控制，加上调节阀补偿控制积分环节。汽机并网后，开 度补偿值固定不变，为并网前的值。
➢ 流量控制型联锁保护
如果循环水泵流量低于某一限值，将发出报警，运行水 泵自动停泵，备用水泵自动启动。二者皆故障，余热锅 炉跳闸停炉。
二 汽轮机控制系统
燃气-蒸汽联合循环汽轮机数字调节(DEH) 控制功能 • 操作员自动
启动速度控制时，控制系统根据汽机缸壁温度将汽机划为 冷态、温态、热态三种状态。
协调控制系统中切换器选择汽机主控输入命令TM，TM与DEH中的控 制阀门指令值相比，根据其偏差的极性和大小控制A/D模数转换器发出 增/减脉冲，作为DEH的遥控增减信号，使DEH的控制阀门指令值增或 减变化，由此控制汽机调门动作。
➢ DEH可在ATC方式下投入遥控，与前者区别是ATC监视负荷变化率。 必要时,ATC将阻止负荷变化。向协调控制系统发出汽机速率保持，禁 止遥控降、禁止遥控增等信号。
➢ 除氧器压力低于设定值低限时，压力控制器调节阀开大， 增加蒸汽进入量。
➢ 除氧器压力高于设定值时，压力控制器发出信号使压力调 节阀关小，减少蒸汽进入量。
• 循环水量调节
➢ 运行水泵和备用循环水泵之间必须连锁保护，确保余热锅 炉安全可靠运行。
➢ 压差控制型联锁保护
循环水泵出、进口压力差低于某一给定值，压差开关动 作，发出报警，运行循环水泵自动停泵，备用循环水泵 自动启动。二者皆故障，余热锅炉跳闸停炉。
蒸汽流量达到20%额定流量后，综合考虑蒸汽流量和给水 流量相等的原则和水位偏差的大小来调节给水控制阀开度 。补偿虚假水位造成的调节偏差，纠正给水量的扰动。
• 汽包水位保护 ➢ 余热锅炉水位保护与锅炉容量、结构、运行方式有关。
• 除氧器给水箱水位调节 • 除氧器水位调节 ➢ 除氧器/给水箱水位调节通常采用单冲量水位调节系统。
➢ 余热锅炉的控制调节与常规锅炉相比无燃油或燃煤的燃烧 控制。
➢ 通常燃气蒸汽联合循环余热锅炉采用跟随燃机、汽机跟随 余热锅炉的控制方式(HRSG Flow GT & ST Flow HRSG)。 即燃机控制负荷，余热锅炉出力受燃机运行状态限制；而 汽轮机调节汽阀控制余热锅炉主蒸汽的压力。
余热锅炉的控制和保护系统
➢ 负荷升速率限制值与汽机热状态及投入运行的余热锅炉数 目有关。
二 汽轮机控制系统
• 遥控方式
➢ 操作员自动站在操作员自动方式下，接受机组协调控制系统来的指令 对汽机进行负荷控制的方式。
DEH 发 出 遥 控 请 求 信 号 、 协 调 控 制 系 统 发 出 遥 控 允 许 信 号 情 况 下 ， DEH进入遥控方式。
二 汽轮机控制系统
➢ 汽机并网后，负荷设定信号参与调节阀控制。汽机实际转 速与转速设定值之差，作用于主汽阀开度，使系统具有一 次调频能力。转速负荷控制系统投入调节阀实际控制时， 汽机调节阀开度由负荷设定值确定，实际负荷由调节阀开 度和主蒸汽状态决定。
➢ 负荷控制时需将功率调节回路投入，操作员设定目标值和 升负荷速率。
二 汽轮机控制系统
➢ 只有在ATC站判断汽机工况负荷的条件下和向操作员站发 出“ATC”允许信号情况下，才允许进入ATC方式。
➢ ATC投入运行，汽机发电机组全自动运行，控制系统根据 转子应力计算结果自动给出升速率或升负荷率，各阶段目 标值按顺序自动给出。
• 自动同步
➢ 汽机达到额定转速后，使DEH和电气自动同步装置接口。
除氧器/给水箱水位依靠水位控制器发出的信号对水位调 节阀进行调节。
➢ 间接控制除氧器/给水箱水位方案： 首先控制从补给水箱到凝汽器补水量，凝汽器水位变化后， 再由凝汽器水位调节控制进入除氧器的凝结水量。 设高位排水阀，防止水位超过给定值，接受水位调节器控制
➢ 除氧器给水箱水位调节系统是简单单回路定制调节系统，水 位信号与设定值之差进入PID调节器。采用双向执行机构。
➢ 使给水量适应蒸发量，并维持汽包水位在允许的变化范 围内。
调节系统分类 ➢ 单冲量调节：蒸汽流量低于20%额定流量时，蒸汽参数
较低，可忽略汽包内炉水密度影响，根据实际水位与与
水位设定值之差通过PI方式控制给水调节阀开度。
➢ 三冲量调节：余热锅炉高负荷条件下，负荷或压力变动时 ，由于汽包水容积中蒸汽含量和蒸汽比容改变产生“虚假 水位”。
➢ 根据汽包中饱和蒸汽温度和省煤器出口水温之间温差控制 省煤器再循环管路上电动调节阀开度。
采用增量式PI调节，输出信号以脉冲形式控制步进电机。
温差小于5.5ºC，输出开信号，调节阀增大；温差大于 10ºC，输出关信号，调节阀关小。
➢ 根据给水流量控制省煤器再循环管路上电动调节阀开度。 给水流量低于设定值时，电动调节阀开启，循环水泵部分 水经再循环管路流入省煤器。
• 除氧器水位保护
• 温度调节
• 过热蒸汽温度调节
➢ 蒸汽温度高于设计值，主蒸汽管路和汽轮机材料强度会下降 ；低于设计值，蒸汽焓下降，做功能力下降。蒸汽初温低， 增加汽轮机末级叶片含湿量。
➢ 主蒸汽温度随燃机排气温度变化，运行中实际考虑主蒸汽减 温问题。
➢ 主蒸汽减温调节方法
喷水减温调节方法：
喷水减温器布置在过热器中间，过热器中间有导管，以便安 装喷水减温器与蒸汽混合要求。
二 汽轮机控制系统
• 余热锅炉负荷限制系统 ➢ 滑压运行，余热锅炉产汽量和流向汽机的蒸汽量二者不能平衡
时，汽包内压力不断下降至某一较低压力下运行，汽机运行安 全难以保证。 ➢ 余热锅炉出口蒸汽压力降至一定程度时，余热锅炉负荷限制系 统控制汽机调节阀关小，汽机定压运行。
二 汽轮机控制系统
➢ 余热锅炉负荷控制系统未处于实际控制主汽阀开度情况下， 若实际压力值与设定值之差大于0.03MPa，余热锅炉负荷 限制值为100%，即余热锅炉限制退出； 差值在，余热锅炉负荷控制输出信号跟踪汽机调节阀基准。 差值小于0MPa，余热锅炉负荷控制器投入运行，参加汽机 调节阀控制。实际压力与设定值之差进入PI调节器，余热 锅炉负荷限制值不断减小，汽机调节阀逐渐关小，直到实 际压力大于设定值。
汽包出来饱和蒸汽大部分经过热器吸收热量后到主蒸汽管。 其余饱和蒸汽经旁路调节阀进入主蒸汽管。利用调节旁通管 路上温度控制阀开度可以调节过热器出口过热蒸汽温度。
• 省煤器出口温度调节系统
➢ 立式布置强制循环预热锅炉，采用省煤器再循环措施防止 启动或低负荷时省煤器出现蒸发现象。将高压循环水泵出 口得水通过省煤器再循环阀引一部分到省煤器入口，增大 省煤器水流量，确保省煤器出口水温低于饱和温度。
➢ 除转速负荷控制系统外，其他子系统可有四种状态： 退出调节阀控制，输出基准为100%； 被限制量接近限制值时，输出信号跟踪调节阀控制基准；
被限制量等于或超出限制值时，调节器投入，参与调节阀 控制基准的MIN最小选择。 输出基准为最小，该子系统实际控制调节阀。
三 汽机保护系统
➢ 保护系统对转速、轴向位移、热应力、振动等运行参数进 行监控；
➢ 限制器在机组并网时起作用。调节阀前蒸汽的实际压力接 近最小压力值，进口蒸汽低压力控制基准跟踪调节阀控制 基准，如果小于等于最小压力设定值，其差值输入PID调 节器，不断减小进口蒸汽低压力控制基准，直至使主汽压 力回到高于设定值。
二 汽轮机控制系统
• 进口蒸汽压力降速率控制系统 ➢ 选择主汽阀前的蒸汽压力作为控制对象，主要在锅炉故障或
➢ 此方式下，汽机速度控制的速度目标值由电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ自动同步装 置确定。
➢ 经电气同步装置判断符合并网条件，发电机开关合闸并网。
➢ DEH回到操作员自动方式进行负荷控制。
二 汽轮机控制系统
• 限制功能
• 进口蒸汽低压力控制系统（最小蒸汽压力限制控制系统）
➢ 主汽压力限制器有手操(MTPL)、操作员自动(OTPL)、遥 控方式(RTPL)三种。
其他不正常情况下，主蒸汽压力剧降时起作用。
➢ 采用限制与主蒸汽压力相对应的饱和蒸汽温度降速率的方式 限制主蒸汽压力的降速率。
➢ 蒸汽压力对应饱和蒸汽温度实际降速率接近限制值时，蒸汽 压力降速率跟踪调节阀控制基准。大于或等于限制值，其差 值输入PID调节器，不断减小控制基准直到压力降速率小于 限制值。若蒸汽压力降速率基准升至100%,退出调节阀控制。
上下缸壁平均温度小于200ºC为冷态； 介于200ºC和360ºC之间为温态； 大于360ºC为热态。
➢ 汽轮机冲转过程中，由操作员按汽机启动曲线要求设定速 度自动目标值和功率，转速设定值根据汽机状态按一定速 率逼近目标值。
汽机热态：升速率为400r/min；非热态：300r/min
二 汽轮机控制系统
➢ 功率调节器控制调节阀开度按升负荷率要求向目标负荷爬 升。负荷设定值按设定速率逼近目标值，负荷设定值升速 率一般应小于负荷升速率限制值。
➢ 串接于功率调节器下游的调节级压力调节器有利于加快负 荷控制响应速度和稳定以及操作员自动方式的负荷控制。
二 汽轮机控制系统
• 自动汽轮机控制
➢ 汽机自动(ATC)是最高一级运行方式，包括转速和负荷及 他们的速率，由计算机程序或外部设备进行控制。
➢ 余热锅炉自动控制系统主要包括汽包、除氧器的水位和压 力调节、主蒸汽温度、压力调节、省煤器出口温度调节。
• 水位调节和保护
• 汽包水位调节和保护 • 汽包水位调节 • 必要性
➢ 汽包水位太高会减少汽空间，使蒸汽在汽空间停留时间 短，蒸汽中带水增多，蒸汽含盐量增加。
➢ 水位太低，下降管中可能带蒸汽，影响水循环可靠性。 汽包水位调节任务
➢ 启动过程中，应力监视站(RSM)站根据启动应力曲线和汽 机自动控制站(ATC)判断汽机工况，自动向操作员自动站 发出阀位限制、目标速度、升速率、自动同步控制等数据 信号。完成冲转、升速、阀切换、全速到同步并网过程。
➢ 负荷控制时，操作员自动接受RSM站和ATC站送来升负荷 率的限制。RSM站和ATC站连续分析计算机组报警情况。 通过CRT对操作员进行指导。
动作试验，防止阀门卡死， ➢ 阀门试验须在单阀方式负荷控制下进行。同时投入功率调
节和调节级压力回路投入。
二 汽轮机控制系统
• 综述 ➢ 转速负荷控制系统在汽机冲转、升负荷及稳定运行过程中
其主要作用。其他子系统均为限制性保护控制。
➢ 转速负荷控制系统设有手动、自动、全自动三种控制模式， 其他子系统只有自动模式。
二 汽轮机控制系统
• 阀门管理和阀门实验
• 阀门管理: 单阀方式：所有调门同时同步动作。机组启动或负荷增减变 化时使用。 顺序阀方式：根据负荷大小顺序打开调节阀，减少阀门部分 开造成的节流损失。
➢ 单阀和数序阀方式能在不影响负荷条件下自由切换。
• 阀门试验： ➢ 机组正常运行时，对自动主汽阀、调节汽阀分别进行开关
二 汽轮机控制系统
• 汽机升负荷速率限制系统
➢ 若负荷升速率接近限制值，汽机升负荷速率控制基准跟踪 调节阀控制基准。
➢ 负荷升速率大于等于限制值，其差值输入PID调节器，控 制基准不断降低，直到升负荷速率小于限制值为止。
➢ 负荷升速率小于限制值，PID调节器输出信号不断增大至 100%，汽机升负荷速率限制退出调节阀控制。