300MW純凝機(jī)組改為抽凝機(jī)組的熱工自動化設(shè)計(jì)

單煒 李敏娟 姚均天

(中機(jī)國能電力工程有限公司,上海 200061)

300MW純凝機(jī)組改為抽凝機(jī)組的熱工自動化設(shè)計(jì)

單煒 李敏娟 姚均天

(中機(jī)國能電力工程有限公司,上海 200061)

為了滿足城市供熱需要,秦皇島熱電廠#3和#4純凝機(jī)組將改造為抽凝機(jī)組,隨著機(jī)組性能的改造,汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)和分散控制系統(tǒng)(DCS)也需進(jìn)行改造;新增的“供熱首站”,將作為公用設(shè)備納入單元機(jī)組DCS控制。

純凝機(jī)組改抽凝機(jī)組 汽機(jī)抽汽調(diào)節(jié) 熱網(wǎng)加熱器控制 公用設(shè)備的單元化控制

1 系統(tǒng)概述

秦皇島熱電廠一期工程2×2 0 0 M W凝汽抽汽式供熱機(jī)組于1993年建成投產(chǎn)發(fā)電,并后續(xù)建成熱網(wǎng)供熱;二期工程2×300MW凝汽式機(jī)組于1996年建成投產(chǎn)發(fā)電;三期工程2×300MW凝汽抽汽式供熱機(jī)組5號機(jī)分別于2006年11月、2007年3月建成投產(chǎn)發(fā)電。是總?cè)萘?600MW的大型區(qū)域性熱電廠。

改造工程將秦皇島熱電廠二期工程的2×300MW純凝機(jī)組(#3機(jī)組和#4機(jī)組)改造為抽凝機(jī)組,計(jì)劃單機(jī)抽汽量250t/h,增加供熱能力以解決當(dāng)前日益增長的城市集中供熱對熱源的需求量,并且提高城市的環(huán)境質(zhì)量,減少污染,保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性。

2 熱工自動化控制要求

改造工程熱工自動化控制主要難點(diǎn)。

(1)新增抽汽系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制。純凝機(jī)組改造為抽凝機(jī)組后,新增加的抽汽管路涉及到汽機(jī)本體的改造,在保證抽汽品質(zhì)的同時,應(yīng)避免進(jìn)入低壓缸的蒸汽帶水。并且新增加的聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥、抽汽逆止閥、抽汽快關(guān)閥、抽汽調(diào)節(jié)閥如何進(jìn)行協(xié)調(diào)控制？

(2)新增“熱網(wǎng)首站”的公用設(shè)備如何納入機(jī)組單元化控制。#3和#4機(jī)組新增加的熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng),設(shè)置2臺熱網(wǎng)加熱器,每臺機(jī)組的汽機(jī)抽汽對應(yīng)1臺熱網(wǎng)加熱器,2臺熱網(wǎng)加熱器采用串聯(lián)加熱方式對熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行加熱。老廠#3和#4機(jī)組的DCS為單元制,彼此相互獨(dú)立沒有配置公用系統(tǒng),串聯(lián)加熱的循環(huán)水回路如何在兩臺機(jī)組上監(jiān)控？熱網(wǎng)公用循環(huán)水泵如何控制？循環(huán)水供水熱量和熱網(wǎng)回水流量如何在兩臺機(jī)組DCS中監(jiān)測？

以上兩個控制難題能否解決,直接影響到機(jī)組自動化控制水平的高低。

3 控制方案設(shè)計(jì)

3.1 汽機(jī)抽汽系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制

在上海汽輪機(jī)廠的改造方案中,在汽機(jī)中、低壓缸連通管加裝三通及聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥。在中、低壓缸連通管上引出一根Ф800×16抽汽管,在這根抽汽管上依次加裝抽汽逆止閥、抽汽快關(guān)閥和抽汽調(diào)節(jié)閥。

3.1.2 控制要求

根據(jù)運(yùn)行要求,“抽汽壓力控制”和“供汽量控制”是抽凝機(jī)組改造的關(guān)鍵:

(1)“抽汽壓力控制”非常重要,壓力控制會影響汽機(jī)中壓缸排汽的蒸汽品質(zhì),如果壓力過低,就會造成蒸汽帶水,對中壓缸末級葉片造成損傷。對抽汽壓力的控制,可以通過調(diào)節(jié)中、低壓缸連通管上的“聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥”來實(shí)現(xiàn),控制低壓缸進(jìn)汽壓力,防止壓力過低對汽機(jī)安全運(yùn)行造成不利影響。

(2)“供汽量控制”不到位,會影響汽機(jī)中壓缸排汽至熱網(wǎng)加熱器的供汽量,而供汽量的多少則直接影響熱網(wǎng)循環(huán)水的溫度。對供汽量控制,可以通過調(diào)節(jié)抽汽管道上的“抽汽調(diào)節(jié)閥”來實(shí)現(xiàn),控制抽汽調(diào)節(jié)閥的開度,進(jìn)而控制進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器的供汽量,以適應(yīng)熱網(wǎng)供熱量的需求。

3.1.3 熱工自動化設(shè)計(jì)方案

(3)定期清管。應(yīng)根據(jù)管段輸送的氣質(zhì)情況、管道的輸送效率和輸送壓差，預(yù)測管道內(nèi)黑粉沉積規(guī)律，確定合適的清管周期和工藝[9]。可暫定清管周期為1年，后期根據(jù)粉末量再調(diào)整，直到找到合適的清管周期。清管前可在黑粉易積聚位置打孔，確定黑粉積聚情況，選擇合適的清管工藝。清管時應(yīng)根據(jù)黑粉積聚量，循序漸進(jìn)，多階段多次清管，防止一次清出量過多，導(dǎo)致卡堵。同時，也要對上游伴生氣輸送管線開展清管作業(yè)，減少輸往下游的黑粉量。

經(jīng)過設(shè)計(jì)院與汽機(jī)廠技術(shù)人員共同研討,聯(lián)通管和抽汽管道上新增加的調(diào)節(jié)閥門與汽機(jī)本體的安全運(yùn)行息息相關(guān),為了控制機(jī)組的發(fā)電量,同時還要保證熱網(wǎng)加熱蒸汽的品質(zhì),聯(lián)通管抽汽調(diào)節(jié)閥、抽汽快關(guān)閥和抽汽調(diào)節(jié)閥納入DEH控制最為安全可靠。

原廠DEH采用美國西屋公司的DEH III系統(tǒng)(WDPF II系統(tǒng)硬件),現(xiàn)采用北京日立控制系統(tǒng)有限公司的HIACS-5000系統(tǒng)對DEH進(jìn)行換型改造,以便與機(jī)組DCS統(tǒng)一硬件。汽機(jī)廠根據(jù)抽汽系統(tǒng)的控制要求對DEH的硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),共配置了2對DPU,分別由DEH完成以下4個功能:操作員自動控制(OA)、汽輪機(jī)超速保護(hù)(OPC)、轉(zhuǎn)子應(yīng)力控制器(RSC)、自動汽輪機(jī)控制(ATC)。

增加抽汽控制功能后,在抽汽工況下,由聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥和抽汽調(diào)節(jié)閥,協(xié)調(diào)控制低壓缸進(jìn)汽壓力和抽汽壓力,達(dá)到機(jī)組對外穩(wěn)定供熱的目標(biāo);在凝汽工況下,聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥全開、抽汽調(diào)節(jié)閥全關(guān),確保發(fā)電。

DEH新增以下主要控制功能:

(1)凝汽工況和抽汽工況手動切換功能。(2)熱網(wǎng)解列或汽機(jī)跳閘時,系統(tǒng)自動切換到凝汽工況。(3)抽汽工況汽機(jī)OPC時,聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥瞬間關(guān)閉,抽汽調(diào)節(jié)閥全關(guān),以穩(wěn)定汽機(jī)轉(zhuǎn)速;凝汽工況汽機(jī)OPC時,聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥不動。(4)負(fù)荷大于150MW時,抽汽方式允許投入;小于100MW時抽汽方式自動解除。(5)為保證汽機(jī)安全運(yùn)行,根據(jù)汽機(jī)運(yùn)行工況設(shè)計(jì)抽汽壓力高、低保護(hù)功能,限制聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥和抽汽調(diào)節(jié)閥的開度。(6)在凝汽工況時,自動閉鎖聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥和抽汽調(diào)節(jié)閥的伺服閥,強(qiáng)制打開聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥,強(qiáng)制關(guān)閉抽汽調(diào)節(jié)閥,以防止閥門誤動。(7)DPU故障時,調(diào)節(jié)閥要能夠保位;DPU恢復(fù)運(yùn)行,邏輯能夠自動跟蹤當(dāng)前閥門位置,實(shí)際開度擾動量不應(yīng)大于1%。(8)由于其它原因DEH切手動狀態(tài),運(yùn)行人員能夠通過軟手操,控制調(diào)整聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥和抽汽調(diào)節(jié)閥開度。(9)抽汽工況初始投入時,聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥和抽汽調(diào)節(jié)閥均在手動方式;投入抽汽自動時,聯(lián)通管調(diào)節(jié)閥和抽汽調(diào)節(jié)閥應(yīng)按照電廠提供的調(diào)節(jié)閥匹配曲線,按照設(shè)定的速率動作,減少對汽輪機(jī)組的沖擊。

3.2 “熱網(wǎng)首站”熱網(wǎng)循環(huán)水公用設(shè)備的機(jī)組單元化控制

3.2.1 工藝設(shè)計(jì)方案

新增的公用系統(tǒng)—— “供熱首站”,設(shè)置2臺熱網(wǎng)加熱器,每臺機(jī)組的汽機(jī)抽汽對應(yīng)1臺熱網(wǎng)加熱器。熱網(wǎng)循環(huán)水回水由外部熱網(wǎng)進(jìn)入供熱首站,經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)泵(3臺變頻水泵)升壓,進(jìn)入每臺機(jī)組的熱網(wǎng)加熱器,且2臺熱網(wǎng)加熱器采用串聯(lián)加熱熱網(wǎng)循環(huán)水的方式。熱網(wǎng)管道在熱網(wǎng)加熱器側(cè)設(shè)置旁路系統(tǒng),可以保證熱網(wǎng)加熱器分別和全部旁路運(yùn)行,增加熱網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性。

3.2.2 控制要求

為保證機(jī)組熱效率,根據(jù)電廠運(yùn)行人員要求,以下控制對象僅由單元機(jī)組DCS監(jiān)控:

#3機(jī)熱網(wǎng)循環(huán)泵及泵進(jìn)、出口電動閥;

#3機(jī)熱網(wǎng)加熱器及加熱器進(jìn)、出口電動閥;

#4機(jī)熱網(wǎng)循環(huán)泵及泵進(jìn)、出口電動閥;

#4機(jī)熱網(wǎng)加熱器及加熱器進(jìn)、出口電動閥。

為了保證機(jī)組供熱的靈活性和安全性,要求以下公用設(shè)備在#3機(jī)組D C S和#4機(jī)組D C S均能監(jiān)控:

公用熱網(wǎng)循環(huán)泵及泵進(jìn)、出口電動閥;

熱網(wǎng)循環(huán)水旁路電動閥;熱網(wǎng)供水熱量;

熱網(wǎng)回水流量。

3.2.3 熱工自動化設(shè)計(jì)方案

(1)公用設(shè)備單元化控制。

老廠#3機(jī)組和#4機(jī)組的DCS相互獨(dú)立沒有配置公用DCS域,如何實(shí)現(xiàn)公用控制設(shè)備在兩臺機(jī)組上監(jiān)控的同時,又能節(jié)省造價？

經(jīng)過與電廠運(yùn)行人員討論,現(xiàn)場采用信號分配器(即:信號隔離放大器)實(shí)現(xiàn)對公用設(shè)備的“一進(jìn)二出”。

信號分配器在自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣,它用來對各種工業(yè)信號變送、轉(zhuǎn) 換、隔離、傳輸、運(yùn)算的儀表,可與各種工業(yè)傳感器或檢測儀表配合,取回參數(shù)信號,進(jìn)行隔離變送傳輸,滿足用戶本地監(jiān)視遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的需求。

本工程將兩臺機(jī)組同時需要控制的公用設(shè)備的模擬量和開關(guān)量信號先接至信號分配器,通過分配器隔離放大后,轉(zhuǎn)換成兩個信號分別送入#3機(jī)組和#4機(jī)組的DCS,采用這種可靠的設(shè)計(jì)方式既省去了建立DCS公用域,也避免了重復(fù)設(shè)置熱工檢測元件,不失為一種節(jié)約投資的好方法。

(2)熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的控制。1)熱網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式如下:①#3熱網(wǎng)加熱器和#4熱網(wǎng)加熱器串聯(lián)運(yùn)行;②#3熱網(wǎng)加熱器單獨(dú)運(yùn)行;③#4熱網(wǎng)加熱器單獨(dú)運(yùn)行。2)循環(huán)泵的順序控制(以下僅列出#3機(jī)組控制系統(tǒng),#4機(jī)組控制系統(tǒng)同理):①#3機(jī)循環(huán)泵的投運(yùn):#3機(jī)循環(huán)泵啟動,待升至一定轉(zhuǎn)速后,打開#3機(jī)循環(huán)泵進(jìn)口電動閥和#3機(jī)循環(huán)泵出口電動閥,然后進(jìn)行升速,以適應(yīng)供熱負(fù)荷需求。②#3機(jī)循環(huán)泵的停運(yùn):關(guān)閉#3機(jī)循環(huán)泵進(jìn)口電動閥和#3機(jī)循環(huán)泵出口電動閥后,立即停運(yùn)#3機(jī)循環(huán)泵。3)熱網(wǎng)加熱器順序控制(以下僅列出#3機(jī)組控制系統(tǒng),#4機(jī)組控制系統(tǒng)同理):①#3熱網(wǎng)加熱器的投運(yùn):打開#3熱網(wǎng)加熱器進(jìn)水電動閥和#3熱網(wǎng)加熱器出水電動閥,待兩個電動閥全開后,關(guān)閉#3熱網(wǎng)循環(huán)水旁路電動閥。②#3熱網(wǎng)加熱器的切除:先開旁路閥,待旁路閥全開后,再關(guān)閉進(jìn)水閥和出水閥。

采用以上控制方式可以保證熱網(wǎng)加熱器分別和全部旁路運(yùn)行,增加了熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性。

(3)熱量結(jié)算。加熱后的循環(huán)水通過供水母管接至廠區(qū)熱網(wǎng)循環(huán)水總母管,再接至各個熱用戶。這里的供水需要參與貿(mào)易結(jié)算,采用在供水母管上安裝“流量演算器”來計(jì)算供水熱量。首先在母管上安裝壓力(P)、溫度(T)和流量(F)檢測元件。通過壓力和溫度參數(shù)算出熱水的焓,當(dāng)知道了焓值和流量便可以計(jì)算出熱量(Q)。

4 結(jié)語

本次純凝機(jī)組改為抽凝機(jī)組的設(shè)計(jì),在保證原有汽機(jī)安全運(yùn)行的前提下,對DEH進(jìn)行了必要的改造,滿足了供熱需求,并且節(jié)約了投資,最重要的體現(xiàn)就是對供熱首站的公用設(shè)備采用單元化控制,節(jié)省了建立“公用DCS域”的費(fèi)用。