6000KW供熱背壓汽輪機(jī)組的控制策略分析

遼寧清河發(fā)電有限責(zé)任公司 劉昕成 鄒文英 董立南

充分利用大型火力發(fā)電廠抽汽集中供暖改造是大勢(shì)所趨，改造后的熱網(wǎng)運(yùn)行均不同程度存在高品質(zhì)工質(zhì)做功能量浪費(fèi)問(wèn)題。在供熱首站安裝6000KW背壓汽輪機(jī)組已經(jīng)成功運(yùn)行，可以充分回收供熱蒸汽的壓力勢(shì)能，背壓汽輪機(jī)組控制已經(jīng)直接影響機(jī)組及供熱的穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù)機(jī)組設(shè)計(jì)要求和機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際，對(duì)6000KW供熱背壓汽輪機(jī)組的控制策略進(jìn)行簡(jiǎn)要分析與論述。

1.前言

由于我國(guó)北方地區(qū)寒冷的天氣因素，冬季居民生活采暖有著巨大的需求。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民生活水平和品質(zhì)要求的提高，為百姓提供一個(gè)文明舒適的現(xiàn)代化居住環(huán)境將是大勢(shì)所趨。同時(shí)伴隨著國(guó)家下達(dá)的“十二五”總量減排任務(wù)，以及遼寧省環(huán)保廳倡導(dǎo)的藍(lán)天工程，減低小鍋爐的排放工作刻不容緩，在此背景下，近年來(lái)北方的火力發(fā)電企業(yè)也在積極的進(jìn)行集中供熱改造探索和研究，已經(jīng)有很多企業(yè)成功的進(jìn)行了對(duì)純凝機(jī)組進(jìn)行供熱機(jī)組改造。原有機(jī)組設(shè)計(jì)并未考慮供熱的需求，改造后熱網(wǎng)運(yùn)行均不程度存在高品質(zhì)工質(zhì)做功能量浪費(fèi)較大的問(wèn)題，因此在熱網(wǎng)首站安裝背壓機(jī)組以代替減溫減壓器用以回收供熱蒸汽壓力勢(shì)能，同時(shí)產(chǎn)生額外電能，提高供熱經(jīng)濟(jì)性。還可以極大降低發(fā)電企業(yè)的廠用電率，達(dá)到節(jié)能增效的目的。

本文闡述熱網(wǎng)首站6000KW供熱背壓汽輪機(jī)組的控制策略進(jìn)行簡(jiǎn)要分析與論述。

2.6000KW背壓汽輪機(jī)組技術(shù)規(guī)范（表1）

表1

3.6000KW背壓汽輪機(jī)組運(yùn)行系統(tǒng)組成

清河發(fā)電公司20115年新建熱網(wǎng)首站一座，承擔(dān)全區(qū)220萬(wàn)平方米面積，在熱網(wǎng)首站內(nèi)安裝兩臺(tái)6000KW的背壓汽輪機(jī)異步發(fā)電機(jī)組。背壓機(jī)進(jìn)汽汽源來(lái)自兩臺(tái)600MW汽輪發(fā)電機(jī)組的4段抽汽，背壓機(jī)組入口壓力按0.6MPa設(shè)計(jì)，排汽壓力0.15MPa絕對(duì)壓力，溫度180～200℃，排汽進(jìn)入3臺(tái)熱網(wǎng)加熱器。非供暖期背壓機(jī)組仍可運(yùn)行，通過(guò)技術(shù)改造背壓機(jī)組排汽通過(guò)一臺(tái)“熱網(wǎng)供熱蒸汽管道”，回到兩臺(tái)600MW汽輪發(fā)電機(jī)組的6號(hào)低加中由疏水系統(tǒng)、汽封系統(tǒng)等組成。

4.控制系統(tǒng)服務(wù)目標(biāo)

4.1 本體部分

汽缸：汽缸為鑄鋼結(jié)構(gòu)，具有水平中分面，分前、（中）后汽缸，通過(guò)垂直法蘭連成一體，進(jìn)汽口在前汽缸下半，左右兩側(cè)各一個(gè)，對(duì)稱布置，軸向進(jìn)汽；排汽口在后汽缸上半，向上排汽。

噴嘴組與隔板：噴嘴組與隔板為焊接式結(jié)構(gòu)，噴嘴組由螺栓固定在噴嘴室上；隔板由懸掛銷支持在汽缸內(nèi)，底部有定位鍵，上下半隔板中分面處有密封鍵和定位鍵.

轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子采用套裝型式，葉輪及聯(lián)軸器“紅套”在轉(zhuǎn)子上。通過(guò)膜片聯(lián)軸器與被驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接。

前、后軸承座：前軸承座裝有推力軸承前軸承，后軸承座裝有后軸承。前、后軸承座安放在前、后底板上，其結(jié)合中心設(shè)有縱向滑鍵，前軸承座可沿軸向滑動(dòng)；后軸承座與后汽缸之間裝有立銷，保證汽缸與后軸承座中心一致，后軸承座中心與汽缸“貓爪”橫向鍵中心交點(diǎn)為機(jī)組熱膨脹死點(diǎn)。

軸承：汽輪機(jī)前軸承和推力軸承成一體，組成聯(lián)合軸承。推力軸承為瓦塊式，推力瓦塊上裝有熱電阻，導(dǎo)線由導(dǎo)線槽引出。軸承殼體頂部設(shè)有回油測(cè)溫孔。

汽封：汽封分通流部分汽封、隔板汽封、前后汽封。通流部分汽封包括動(dòng)葉圍帶處的徑向、軸向汽封和動(dòng)葉根部處的徑向汽封、軸向汽封。

4.2 控制及保安部分

主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥：主汽閥為0.5秒電液聯(lián)動(dòng)快速關(guān)閉閥，裝在主蒸汽管路上。主汽閥由高壓油控制，當(dāng)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）動(dòng)作后，脫扣裝置脫扣，主汽閥迅速關(guān)閉，關(guān)閉時(shí)間小于0.5S。

調(diào)節(jié)汽閥也為電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥，調(diào)節(jié)汽閥由電子調(diào)節(jié)器通過(guò)調(diào)節(jié)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)調(diào)節(jié)汽閥為關(guān)閉狀態(tài)。

調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器采用本公司開發(fā)的電子系列調(diào)節(jié)器，控制器采用西門子S7-200可編程控制器；執(zhí)行器采用上海蝶一閥門廠仿羅托克執(zhí)行器。

超速保護(hù)控制裝置（ETS）：超速保護(hù)采用“三選二”冗余式電超速保護(hù)裝置（ETS）。還配置飛錘機(jī)械超速保護(hù)裝置1套，當(dāng)電子保護(hù)裝置失靈或斷電時(shí)，機(jī)械保護(hù)裝置仍然可以起到保護(hù)作用。汽輪機(jī)采用2套主汽門，當(dāng)機(jī)械保護(hù)動(dòng)作時(shí)，飛錘動(dòng)作時(shí)將控制第2套電子行程開關(guān)動(dòng)作，關(guān)閉主汽門。

4.3 潤(rùn)滑油及輔助系統(tǒng)

潤(rùn)滑油系統(tǒng)包括油站和潤(rùn)滑油管路。油站包括2臺(tái)交流電動(dòng)油泵（1用1備）、1臺(tái)直流電動(dòng)事故油泵、2臺(tái)冷油器、1臺(tái)雙聯(lián)濾油器、油箱、3組電加熱裝置等；電動(dòng)盤車裝置；輔機(jī)系統(tǒng)主要由疏水系統(tǒng)、汽封系統(tǒng)等組成。

5.背壓汽輪發(fā)電機(jī)組控制邏輯組成

5.1 手動(dòng)控制

5.1.1 汽輪機(jī)主、輔調(diào)節(jié)閥升速，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥降速，速率1可設(shè)定（范圍0.10mA-2.0mA/S或100-300r/min/min）；點(diǎn)動(dòng)操作。

5.1.2 電機(jī)工作電流大于額定電流報(bào)警并強(qiáng)制關(guān)小汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥，速率2可設(shè)定（范圍0.10mA-2.0mA/S）。

5.1.3 緊急停機(jī)時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥1、2，保護(hù)汽輪機(jī)本體的安全；

5.2 自動(dòng)控制

5.2.1 分為兩種情況，一種是轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制，該模式在汽輪機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)應(yīng)用。一種是電機(jī)工作電流的自動(dòng)控制，該模式在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)用。

5.2.2 轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制：DCS設(shè)定一轉(zhuǎn)速，汽輪機(jī)主調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。低速暖機(jī)（500r/min)時(shí)間1可設(shè)定、速率3可設(shè)定，升速(500r/min-2700r/min)時(shí)間2可設(shè)定、速率3可設(shè)定；過(guò)臨界轉(zhuǎn)速可設(shè)定，過(guò)臨界轉(zhuǎn)速速率4可設(shè)定；超速實(shí)驗(yàn)升速速率5可設(shè)定；電機(jī)工作電流大于設(shè)定電流1（設(shè)定560A）報(bào)警，大于額定電流高報(bào)警并強(qiáng)制關(guān)小汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥，速率2可設(shè)定（范圍0.10mA-2.0mA/S）

5.3 停機(jī)控制

5.3.1 停機(jī)控制有兩種情況，緊急停機(jī)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥1、2；正常停機(jī)降速速率可設(shè)定；

5.3.2 可以按照設(shè)定電流進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。發(fā)電機(jī)發(fā)電正常工作時(shí)切換到該模式。電機(jī)工作電流大于設(shè)定電流1（設(shè)定560A）報(bào)警，大于額定電流高報(bào)警并強(qiáng)制關(guān)小汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥，速率2可設(shè)定（范圍0.10mA-2.0mA/S）

5.4 汽輪機(jī)超速控制

三選二大于3050r時(shí)三選二超速保護(hù)，該轉(zhuǎn)速可以設(shè)定。轉(zhuǎn)速傳感器故障指示，三路轉(zhuǎn)速其中一路損壞或誤差偏大時(shí)，報(bào)警。采用數(shù)字電路，數(shù)碼管顯示、配有三個(gè)磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，三路轉(zhuǎn)速信號(hào)在保護(hù)裝置內(nèi)進(jìn)行比較，當(dāng)兩路或兩路以上轉(zhuǎn)速信號(hào)超過(guò)汽輪機(jī)動(dòng)作轉(zhuǎn)速時(shí)，該裝置自動(dòng)給出停機(jī)指令，使主汽閥操縱座的脫扣裝置動(dòng)作，主汽閥迅速關(guān)閉。

5.5 汽輪機(jī)和異步發(fā)電機(jī)的連鎖控制

5.5.1 汽輪機(jī)和電機(jī)有連鎖/非連鎖切換設(shè)置，連鎖狀態(tài)下電機(jī)停連鎖停汽輪機(jī)，汽輪機(jī)停連鎖停電機(jī)。

5.5.2 非連鎖狀態(tài)下汽輪機(jī)和電機(jī)不相互連鎖。(投切按鈕在DCS中實(shí)現(xiàn)，DCS雙路繼電器輸出跳機(jī))

5.6 汽輪機(jī)振動(dòng)保護(hù)控制

振動(dòng)保護(hù)投入/解除操作可設(shè)置；投切操作在DCS中實(shí)現(xiàn)，保護(hù)投入狀態(tài)下汽輪機(jī)前座振動(dòng)或后座振動(dòng)任一大于50微米報(bào)警，汽輪機(jī)前座振動(dòng)或后座振動(dòng)任一大于70微米時(shí)延時(shí)5s停機(jī)

5.7 汽輪機(jī)位移保護(hù)控制

汽輪機(jī)位移保護(hù)投入/解除操作可設(shè)置；投切操作在DCS中實(shí)現(xiàn)，保護(hù)投入狀態(tài)下汽輪機(jī)軸向位移大于0.5mm報(bào)警，軸向位移大于1.0mm時(shí)延時(shí)5s停機(jī)。

5.8 汽輪機(jī)瓦溫保護(hù)控制

汽輪機(jī)瓦溫保護(hù)投入/解除操作可設(shè)置,投切操作在DCS中實(shí)現(xiàn)。汽輪機(jī)前瓦溫度、汽輪機(jī)后瓦溫度、汽輪機(jī)推力瓦溫度1、2任一超過(guò)100度以及汽輪機(jī)電機(jī)前座瓦溫、后座瓦溫任一超過(guò)85度時(shí)延時(shí)5S停機(jī)，可以有效法制汽輪機(jī)燒瓦事故的發(fā)生，保證汽輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

5.9 汽輪機(jī)低油壓保護(hù)控制

圖1 背壓汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)鎖停機(jī)控制框圖

汽輪機(jī)低油壓保護(hù)投入/解除可設(shè)置；投切操作在DCS中實(shí)現(xiàn)。低于設(shè)定油壓50KPa延時(shí)15S三選二停機(jī)保護(hù)，兩個(gè)低油壓開關(guān)和一個(gè)模擬量油壓變送器信號(hào)闞值判斷形成三信號(hào)。

5.10 汽輪機(jī)其他保護(hù)設(shè)置

5.1 0.1 調(diào)節(jié)閥1、2開度反饋顯示信號(hào)異常發(fā)出報(bào)警。

5.1 0.2 轉(zhuǎn)速傳感器故障指示，三路轉(zhuǎn)速其中一路損壞或誤差偏大時(shí)，報(bào)警。

5.1 0.3 低油壓（三選二）連鎖停機(jī)，關(guān)閉速關(guān)閥1、速關(guān)閥2，同時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥1、調(diào)節(jié)閥2（見圖1）。

6.供汽600MW機(jī)組及熱網(wǎng)連跳小汽機(jī)條件控制

6.1 供汽600MW機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)下列三組條件任一滿足發(fā)出小汽機(jī)跳閘信號(hào)，此保護(hù)可以有效防止熱網(wǎng)背壓小汽機(jī)供汽汽源中斷造成蒸汽管路和小汽機(jī)設(shè)備損壞。

6.1.1 給小汽機(jī)供汽的600MW機(jī)組六抽回汽電動(dòng)門、熱網(wǎng)首站小汽機(jī)排汽至舊站加熱器進(jìn)汽電動(dòng)門均在關(guān)閉位或熱網(wǎng)小機(jī)排汽至600MW機(jī)組六抽回汽電動(dòng)總門與熱網(wǎng)首站小汽機(jī)排汽至舊站加熱器進(jìn)汽電動(dòng)門均在關(guān)閉位。

6.1.2 給小汽機(jī)供汽600MW機(jī)組#6低加水位高高且熱網(wǎng)小機(jī)排汽至給小汽機(jī)供汽600MW機(jī)組六抽回汽電動(dòng)門在開位。

6.1.3 給小汽機(jī)供汽600MW機(jī)組跳閘（取發(fā)電機(jī)解列信號(hào)三取二輸出信號(hào)）。

6.2 熱網(wǎng)故障跳小汽機(jī)條件

熱網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)兩條件任一滿足發(fā)出小汽機(jī)跳閘信號(hào)，熱網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備故障時(shí)及時(shí)停止小汽機(jī)運(yùn)行，有效保護(hù)熱網(wǎng)設(shè)備和小汽機(jī)的安全。

6.2.1 三臺(tái)高壓循環(huán)泵全部跳閘延時(shí)15S；熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行期間，系統(tǒng)供配置三臺(tái)高壓循環(huán)泵，若全部停止運(yùn)行，會(huì)造成供水中斷，加熱器干燒故障，嚴(yán)重危及設(shè)備安全。

6.2.2 三臺(tái)換熱器液位同時(shí)大于800mm，考慮換熱器液位過(guò)高可能淹沒蒸汽凝結(jié)段，減少換熱面積，影響熱效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成汽輪機(jī)進(jìn)水的可能。

7.背壓機(jī)輪機(jī)組油站控制、電機(jī)控制、液控快關(guān)閥控制、盤車及軸封冷卻器控制

7.1 機(jī)組中汽輪機(jī)和電動(dòng)機(jī)公用一臺(tái)潤(rùn)滑油站，由2臺(tái)電動(dòng)油泵和一臺(tái)直流油泵組成。正常運(yùn)行切換為遠(yuǎn)程控制。一般油壓控制在150-200KPa之間，油泵連鎖的邏輯關(guān)系由DCS 完成。

7.1.1 低于設(shè)定油壓1(70KPa）低油壓報(bào)警，高于設(shè)定油壓2（90KPa）油壓正常指示，低于設(shè)定油壓1（50KPa)延時(shí)10S三選二停機(jī)保護(hù)。

7.1.2 高于設(shè)定油壓3（400KPa）高油壓報(bào)警，同時(shí)停泵。

7.1.3 兩臺(tái)交流油泵為一用一備。油泵控制可以選擇手動(dòng)、自動(dòng)控制模式。

手動(dòng)狀態(tài)下可以分別起停油泵。自動(dòng)狀態(tài)時(shí)油壓低于設(shè)定油壓2（初定70KPa）3秒備用油泵自動(dòng)啟動(dòng)，同時(shí)報(bào)警。

7.1.4 油壓調(diào)整范圍：150KPa-200KPa之間（手動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)）。

7.1.5 油站加熱器可選擇投入和解除。環(huán)境溫度較低時(shí)（低于攝氏10度）可以考慮啟動(dòng)加熱器，加熱器的工作為自動(dòng)控制模式，由電接點(diǎn)溫度表參與控制，一般情況下電接點(diǎn)溫度表設(shè)置為：低于攝氏10度工作、高于攝氏25度停止工作。

7.2 電機(jī)控制

7.2.1 有連鎖/非連鎖狀態(tài)設(shè)置，通過(guò)切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)

7.2.2 連鎖狀態(tài)下電機(jī)停連鎖停汽輪機(jī)，汽輪機(jī)停連鎖停電機(jī)；

7.2.3 非連鎖狀態(tài)下汽輪機(jī)和電機(jī)不相互連鎖。

7.2.4 電機(jī)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)通過(guò)電能表的通訊接口讀取，RS485通信接口，波特率可在1200bps、2400bps、4800bps、9600bps間改變。

7.2.5 通信規(guī)約：符合DL／T645—2007《多功能電能表通信協(xié)議》和DL／T 645—1997《多功能電能表通信規(guī)約》要求。

7.3 液控快關(guān)閥控制

液控快關(guān)閥每臺(tái)小汽機(jī)配置一套，其采用PLC智能控制器控制，就地控制箱里安裝有開關(guān)電源、交流接觸器、熱繼電器、斷路器、PLC智能控制器、中間繼電器、接線端子等部件。具備如下功能：

7.3.1 顯示功能：設(shè)有“油泵電源”、“控制電源”、“開閥指示”、“關(guān)閥指示”、“全開限位”、“全關(guān)限位”等指示燈，方便就地查看與控制

7.3.2 開關(guān)操作功能：設(shè)有“開閥”、“停止”、“關(guān)閥”操作按鈕，實(shí)現(xiàn)就地開關(guān)操作，也可通過(guò)遠(yuǎn)方功能實(shí)現(xiàn)開關(guān)操作。

7.3.3 快速關(guān)閉功能：通過(guò)急停開關(guān)實(shí)現(xiàn)“快關(guān)”，防止汽輪機(jī)組在突然甩負(fù)荷時(shí)汽輪機(jī)內(nèi)的壓力突然降低，抽氣管和各加熱器內(nèi)蒸汽倒入汽輪機(jī)內(nèi)造成正以3000多轉(zhuǎn)高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)葉片突然反運(yùn)轉(zhuǎn)而造成將汽輪機(jī)葉片打碎、損壞汽輪發(fā)電機(jī)的惡性事故，作緊急切斷閥。在系統(tǒng)出現(xiàn)危險(xiǎn)工況時(shí)，能在0.5秒鐘內(nèi)實(shí)施緊急關(guān)閥，實(shí)現(xiàn)管路的可靠截止。有效防止汽機(jī)尾部蒸汽和冷凝水倒灌，保護(hù)汽輪機(jī)組的安全。旋鈕開關(guān)“遠(yuǎn)程-本地”。

7.3.4 快關(guān)閥故障報(bào)警功能：電源失電（油泵動(dòng)力電源失電）；電機(jī)過(guò)載（油泵電機(jī)過(guò)熱保護(hù)動(dòng)作）；液位低；油泵運(yùn)行超時(shí)(超過(guò)10分鐘），及時(shí)發(fā)出故障報(bào)警，可供運(yùn)行檢修維護(hù)人員快速判斷故障原因，保護(hù)液壓系統(tǒng)是安全。

7.4 盤車及軸封冷卻器控制

7.4.1 盤車裝置和軸封冷卻器可以就地控制也可以遠(yuǎn)程控制。

7.4.2 盤車離合器到位、油壓正常時(shí)可以投盤車電機(jī)。

7.4.3 離合器分開、低油壓時(shí)盤車電機(jī)停止工作。

8.小結(jié)

熱網(wǎng)背壓機(jī)組的控制策略分析對(duì)給其提供抽汽的600MW主機(jī)和熱網(wǎng)運(yùn)行及設(shè)備安全都至關(guān)重要，如果聯(lián)鎖控制保護(hù)控制的缺失會(huì)對(duì)熱網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備造成嚴(yán)重的影響，甚至損壞，因此完善背壓機(jī)組控制邏輯才能確保供熱系統(tǒng)和設(shè)備的安全運(yùn)行。