660 MW亞臨界純凝機組供熱改造控制系統(tǒng)分析

(沙角C電廠，廣東 東莞 523936)

1 供熱改造工程概況

為了滿足當地日益增長的熱負荷需求，減輕小鍋爐造成的環(huán)境污染，應當地政府的要求，結合沙角C電廠機組的實際狀況，沙角C電廠決定對3臺660 MW亞臨界純凝機組進行供熱改造，為附近的工業(yè)企業(yè)提供蒸汽。經過測算用戶的最大熱負荷及預留充足的供熱裕度，確定最大熱負荷為144 t/h，每臺機組的常用供熱量為50 t/h，全部為工業(yè)用汽，回水率為零。對各種方案進行比較后，考慮到日常是通過2臺或3臺機組同時供熱來滿足用戶的需求，分配到每臺機組的抽汽不大，所以本次改造工程采用從3臺機組的再熱冷段取一次蒸汽，經減溫減壓后向廠外熱網管線供汽的方案。這種方案改造難度低，增加設備少，投資少，工期短，是目前在純凝機組供熱改造技術方案中使用較多的。缺點是再熱冷段抽汽流量受到機組安全運行的限制，不能無限制地抽汽，導致不能滿足用戶巨大需求的情況。而且再熱冷段抽汽后會使進入鍋爐再熱器的蒸汽流量減少，使鍋爐再熱器溫度控制難度加大。

供熱系統(tǒng)的工藝原理如圖1所示。汽輪機冷再出口引出管道，經過1個氣動止回閥和1個氣動閘閥后進入減溫減壓器，減溫減壓器后設有流量計作貿易結算用，然后經過1個出口電動閥后匯入熱網。凝結水泵出口引出一管道，經手動閥、流量計、電動調節(jié)閥后進入減溫減壓器作為減溫水用。氣動止回閥前、氣動閘閥后、減溫減壓器后設有疏水裝置，以保證蒸汽中不帶水。管道上設置有相關的測點用于控制、保護和監(jiān)視。

圖1 供熱系統(tǒng)工藝原理圖

本工程采用在原有DCS(分散控制系統(tǒng))上增加獨立控制器卡件和I/O卡件的方式，將系統(tǒng)所有的信號和控制邏輯在新增的控制器卡件中進行處理，并納入原機組DCS控制系統(tǒng)進行統(tǒng)一監(jiān)控。運行人員在機組單元控制室通過機組DCS操作員站對相應機組供熱系統(tǒng)進行啟停操作、正常運行的監(jiān)控和調整，以及異常與事故工況的處理和故障診斷。與某些工程采用獨立PLC(可編程邏輯控制器)控制的方案相比，此方案具有系統(tǒng)簡潔、監(jiān)控方便、備品備件種類少的特點，缺點是不能在機組運行時進行控制機柜的安裝調試，必須要在機組停運的狀態(tài)下進行，不如采用獨立PLC控制的方案靈活。

2 控制邏輯分析

1)機組負荷小于150 MW時，機組運行狀況不太穩(wěn)定，甚至要投油助燃，為了保護過熱器，以及從機組穩(wěn)定運行的角度考慮，機組不供熱。

氣動止回閥聯(lián)鎖關的條件為機組MFT(主燃料跳閘)動作，汽輪機跳閘，機組負荷小于150 MW，三者為或邏輯。無聯(lián)鎖開條件。啟動允許條件為機組負荷大于150 MW。

氣動閘閥聯(lián)鎖關的條件為機組MFT動作，汽輪機跳閘，機組負荷小于150 MW，三者為或邏輯。無聯(lián)鎖開條件。啟動允許條件為機組負荷大于150 MW，氣動止回閥打開，兩者為與邏輯。

出口電動閥聯(lián)鎖關的條件為機組MFT動作，汽輪機跳閘，機組負荷小于150 MW，三者為或邏輯。無聯(lián)鎖開條件。啟動允許條件為機組負荷大于150 MW，氣動止回閥打開，氣動閘閥打開，三者為與邏輯。

機組負荷小于150 MW時聯(lián)鎖關氣動止回閥、氣動閘閥和出口電動閥，目的是在低負荷情況下禁止抽汽以保護再熱器，防止再熱器超溫。機組MFT動作，汽輪機跳閘條件下機組已無提供蒸汽的能力，聯(lián)鎖關閉3個閥門，停止供汽。

4個疏水閥聯(lián)鎖開條件為MFT動作，汽輪機跳閘，機組負荷小于130 MW，氣動止回閥關，氣動閘閥關，五者為或邏輯。這5個條件任何一個都有可能使供熱管道中產生積水，為了保證供給用戶的蒸汽的品質，任一條件滿足時啟動疏水。聯(lián)鎖關條件為供熱流量大于5 t/h。供熱流量達到5 t/h時，可以認為管道中已無積水，所以設置聯(lián)鎖關閉疏水閥，以減少蒸汽的損失。無啟動允許條件，方便運行人員根據實際運行工況及時啟動疏水閥。

2)用戶要求的蒸汽參數為230 ℃、1.2 MPa。減溫減壓器的功能就是對冷再蒸汽進行減溫減壓，控制邏輯是圍繞著產生合格品質的蒸汽來設計的。

蒸汽壓力控制功能是通過減溫減壓器自帶的調節(jié)閥實現(xiàn)的。壓力控制流程簡單，所以采用單回路控制，壓力偏差信號送入PID調節(jié)器，PID調節(jié)器的輸出送入手操站功能塊，手操站功能塊的輸出送至減溫減壓器的指令回路。PID調節(jié)器的參數Kp=3，Ki=1.5，Kd=0。減溫減壓器強制切手動的條件為MFT動作，汽輪機跳閘，調節(jié)閥位置反饋信號壞質量，調節(jié)閥指令和反饋偏差大于10%，這4個條件為或邏輯。

再熱冷段抽汽會減少流過再熱器的蒸汽流量，為此設計了不同負荷下供熱流量的限制邏輯，以減少對再熱器的影響，避免再熱器超溫，從而保證機組的安全穩(wěn)定運行。表1所示為不同負荷下供熱流量限值。當達到供熱流量的限值時，禁止減溫減壓器指令增加，同時報警提醒運行人員注意，這樣就可以避免供熱流量的繼續(xù)增加。同時設計供熱流量小于5 t/h時禁止減溫減壓器指令減少的邏輯，防止因閥門開度小而導致的供熱流量過少、管道有積水的現(xiàn)象出現(xiàn)，從而保證蒸汽的良好品質。

表1 不同負荷下供熱流量限值

供熱蒸汽溫度控制功能是通過外置的調節(jié)閥實現(xiàn)的，即外置調節(jié)閥的噴水進入減溫減壓器來調節(jié)蒸汽溫度。溫度控制流程簡單，所以采用單回路控制，溫度偏差信號送入PID調節(jié)器，PID調節(jié)器的輸出送入手操站功能塊，手操站功能塊的輸出送至減溫水調節(jié)閥的指令回路。PID調節(jié)器的參數Kp=2.5，Ki=1.2，Kd=0.4。減溫減壓器強制切手動的條件為MFT動作，汽輪機跳閘，調節(jié)閥位置反饋信號壞質量，調節(jié)閥和反饋偏差大于10%，這4個條件為或邏輯。

3 供熱系統(tǒng)運行中的問題及解決思路

沙角C電廠3臺機組的供熱系統(tǒng)投入運行后，2臺機組或3臺機組投入供熱，減溫減壓器處于自動的情況下，有的機組減溫減壓器開度明顯比其他機組小，甚至流量會低至5 t/h。查閱這個過程的數據時，發(fā)現(xiàn)PID調節(jié)器調節(jié)正常，造成這種現(xiàn)象的原因主要是3臺機組負荷的不同步變動引起了再熱器壓力變動不同步，壓力的變動引起了PID調節(jié)器的輸出變化，經過一段時間的積累就出現(xiàn)了有的機組減溫減壓器開度很小的狀況。在穩(wěn)態(tài)下，不同機組的負荷基本一致，而不同機組抽汽流量偏差過大不利于機組穩(wěn)定運行。特別是在供熱流量比較大的情況下，可能某臺機組提供了比較大的供熱流量，甚至達到了高限值。解決思路是在3臺機組抽汽匯入熱網后的一段距離處設置壓力測點，仍然采用單回路控制，壓力偏差信號送入PID調節(jié)器，PID調節(jié)器的輸出送入手操站功能塊，手操站功能塊的輸出送至3臺減溫減壓器的指令回路。當3臺機組減溫減壓器指令小于10%時，自動停運1臺機組的供熱。這種方案可以使3臺減溫減壓器動作一致，不至于使某1臺或2臺減溫減壓器指令太小，供熱流量過低。對已經投入供熱系統(tǒng)的電廠來說，這種方案需要在完全停止供熱的情況下才可以實施改造，增加了實施的困難。對新建供熱系統(tǒng)的電廠來說，這種方案則易于實施。另一種解決思路是在1臺機組的減溫減壓器投自動的情況下，設置10%的最低輸出，在另外2臺機組的減溫減壓器投自動的情況下，如果指令的移動平均值小于8%，則停止本臺機組的供熱。這種方案在機組停止供熱的時候即可修改邏輯，實施難度小。

每臺機組供熱流量是按照100 t/h的標準來設計的，用孔板來測量差壓送入流量積算儀，經過壓力和溫度補償后得出當前流量。在節(jié)假日或者晚上，單臺機組的供熱流量經常會低于10 t/h，甚至低至5 t/h。根據流量的計算公式，差壓值需要經過開方后的一系列計算才能得出流量。在供熱流量為5 t/h的情況下，差壓值約為滿量程的2.2%。因為儀表的誤差是按照量程乘以儀表精度得出的，所以在測量小差壓時，儀表的絕對誤差較大。筆者經過調研發(fā)現(xiàn)，某廠生產的FC6000型通用流量積算儀的某一型號具有雙量程差壓變送器接入功能，可以接入1個低量程和1個高量程的差壓變送器，這樣就可以解決小流量時測量誤差大的問題。

4 結語

目前，為了滿足環(huán)保要求，減輕小鍋爐造成的環(huán)境污染，同時也為了延長機組服役壽命，提高經濟效益，很多純凝機組都有供熱改造的實際需求。

本文介紹的供熱改造控制系統(tǒng)，經過兩年的供熱運行發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)改造方案經過優(yōu)化，可以很好地滿足整個供熱系統(tǒng)運行的要求，為整個電廠帶來了不錯的經濟和社會效益。也為同類工程提供了可借鑒的經驗。特別是沙角C電廠3臺機組的供熱系統(tǒng)投入運行后發(fā)現(xiàn)的問題，同類工程在實施時需要重視。