联合循环机组主蒸汽减温水系统仿真机故障设置

【摘 要】单轴燃气-蒸汽联合循环机组起动过程，由于排烟温度最高达649℃，容易导致主蒸汽超温，造成机组甩负荷至全速空载后果。某电厂2010年共发生3起因主蒸汽超温引起的不安全事件。在仿真机上设置主蒸汽减温水系统改造，让运行人员反复演习加深印象，杜绝类似不安全事件。

【关键字】联合循环；主蒸汽超温；仿真机；设置故障

某发电厂#3机组、#4机组属STAG109FA单轴燃气-蒸汽联合循环机组，每套机组由一台PG9351A型燃气轮机、一台D10型三压再热系统双缸双流式蒸汽轮机、一台390H发电机和一台带凝汽器除氧自然循环锅炉组成。燃气轮机、蒸汽轮机、发电机在同一轴系运行，锅炉为三压、一次中间再热、卧式、无补燃、自然循环余热锅炉。

在无补燃的余热锅炉中，由于燃气轮机的排气温度不可能升得很高。设置新蒸汽温度控制的目的，只是起到温度限值的作用。它的作用一般是在剧烈的变工况运行时减小温度峰值。

高压汽包输出的高压蒸汽经二级高压过热器过热，在二级高压过热器之间设有减温器，减温水来自高压给水泵出口。通过减温水调节阀控制高压过热器出口汽温，以满足汽轮机对蒸汽温度的要求。

余热锅炉汽温控制其主要特点是，主蒸汽温度设定值的决定，在启动和正常运行过程中为了充分吸收燃机的排气热量，其温度设定值不为常数，在最小和最大限值之间，温度设定值是燃汽轮机IGV角度的函数。

同时在喷水控制回路中应该防止过量喷水，避免减温器出口温度进入饱和温度范围。

为了延长减温器寿命，防止减温器经常受热冲击，减温器必须保持一个最小喷水量。

高压主蒸汽温度控制过程如下：

1、二次过热器出口温度控制器控制器输入PV高压主蒸汽实际温度，SV高压主蒸汽设定温度。二次过热器出口温度控制器，为反作用控制器，其输出作为二次过热器入口温度控制器前馈信号。

2、二次过热器入口蒸汽温度设定值计算

二次过热器入口蒸汽温度设定值=二次过热器入口压力对应的饱和温度+固定过热度。

3、将1、2计算结果进行低选，作为二次过热器入口蒸汽温度设定值。

4、二次过热器入口温度控制器

控制器输入PV高压主蒸汽减温器出口温度，SV二次过热器入口蒸汽温度设定值。二次过热器入口温度控制器，为正作用控制器。

5、最小喷水流量控制器

控制器输入PV高压减温器喷水流量，SV高压喷水最大流量设定值。

6、二次过热器入口温度控制器输出与最小喷水流量控制器输出进行低选作为减温器喷水控制阀控制指令。

高压蒸汽温度控制方式逻辑

1、减温器出口饱和温度计算

减温器出口压力所对应的饱和温度，通过蒸汽表进行计算。

2、减温器出口压力计算

由于在本系统中未设计减温器出口压力测点，可以通过高压汽包压力与高压主蒸汽压力差，表示第一/第二级过热器的压降。通过已知的一次过热器压降对总压降的比例系数可以求出一次过热器压降，汽包压力加上一次过热器压降即为减温器出口压力计算值。

3、高压过热器减温器温度设定值计算

高压过热器减温器温度设定值为高压过热器出口温度实际值加一偏置，在此值上作低限和高限限制。

4、燃机入口可动导叶（IGV）

燃机入口导叶（IGV）开度代表燃机负荷水平，同时燃机入口导叶（IGV）开度也直接影响燃机排气温度（即HRSG 的蒸汽温度）。用燃机入口导叶（IGV）开度对应的函数来修正高压过热器减温器温度设定值。

5、高压减温水控制允许逻辑 （见附图）

满足下列条件高压减温水控制投自动：

⑴、机组无脱扣信号；

⑵、高压减温器出口温度不低；

⑶、高压过热蒸汽流量在一定范围内；

⑷、高压过热蒸汽温度在一定范围内；

⑸、高压过热蒸汽具有一定过热度。

单轴联合循环机组启动是通过发电机变频启动，轴系从静止状态到开始转动，清吹，点火，暖机，加速，同期并列，机组带部分负荷，HRSG 蒸汽发生，蒸汽合格具备进汽条件，汽轮机进汽，进汽结束，机组加负荷，当负荷加至120MW，由于此时燃气轮机所排烟气温度超过600℃，甚至高达649℃，如果高压主蒸汽减温水流量不足，就很容易超温。

机组的DCS控制系统设置了有关高压主蒸汽温度的保护项目。

1、机组全速空载（FSNL）保护项目为高压主蒸汽温度高II值（大于578.3℃延时3分钟，大于582.2℃不延时）。该保护动作后，机组从当前负荷开始减负荷到零，跳开发电机开关，机组保持全速空载。

2、机组快速减负荷（RUNBACK）保护项目为高压主蒸汽温度高I值（大于573.9℃延时15分钟，大于578.3℃不延时）。该保护动作后，机组快速减负荷，直到主蒸汽温度高消失为止。

某发电厂在2010年共发生三起因减温水没有及时投入，高压主蒸汽超温导致机组甩负荷至全速空载的不安全事件，其中#3机组两起，#4机组一起。为了杜绝类似事件，在仿真机上加强这方面模拟故障，让运行人员进行处理。

仿真机主蒸汽减温水系统设置了“过热器减温水阀门故障关”及“过热器减温水阀门卡在原位”两个故障，让运行班组轮流上机演练，加深运行人员主蒸汽减温水未投入或投入后调节阀卡住未随温度上升及时开大造成后果的印象，经过反复练习，杜绝类似安全事件的再次发生。