吳 昊,成福群

(1.廣東粵電靖海發(fā)電有限公司,廣東惠來 515223;2.重慶電力高等?？茖W(xué)校重慶 400053)

0 引言

廣東粵電靖海發(fā)電有限公司 1#,2#機組 2×600MW煙氣脫硫工程采用濕法煙氣脫硫。脫硫系統(tǒng)在引風(fēng)機出口與煙囪之間的煙道上設(shè)置旁路擋板門,當(dāng) FGD裝置運行時,煙道旁路擋板門關(guān)閉,FGD裝置進出口擋板門打開,煙氣通過增壓風(fēng)機的吸力作用引入 FGD系統(tǒng)。煙氣旁路擋板采用氣動調(diào)節(jié)方式,每個擋板門配供一套雙缸氣動執(zhí)行機構(gòu)。為了保證鍋爐機組的安全穩(wěn)定運行,在 FGD裝置故障和停運時,旁路擋板門打開,FGD裝置進出口擋板門關(guān)閉,煙氣由旁路擋板經(jīng)煙道直接進入煙囪,排向大氣。因此煙氣脫硫旁路擋板門作為 FGD裝置和鍋爐主機組之間直接聯(lián)系的關(guān)鍵設(shè)備,其控制方案的正確、適當(dāng)與否,直接關(guān)系著鍋爐主機組的可靠穩(wěn)定運行和FGD裝置的設(shè)備安全以及煙氣的脫硫效果。

1 煙氣脫硫旁路擋板門工藝控制要求

從脫硫煙風(fēng)系統(tǒng)運行和切除過程要求,可以總結(jié)出旁路擋板門必須達到以下特殊工藝控制要求:

(1)所有設(shè)計采用的元器件必須滿足現(xiàn)場使用條件。脫硫系統(tǒng)的被控介質(zhì)是含有一定腐蝕性的煙氣,對于安裝在室外的設(shè)備必須具有相應(yīng)的防護等級。

(2)正常運行時,旁路擋板必須能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)于連續(xù)模擬量但又具有慢速定位功能的關(guān)閉操作,以有利于在脫硫投入過程中保持引風(fēng)機出口(即增壓風(fēng)機入口)壓力的穩(wěn)定,從而保證旁路煙道和脫硫裝置之間平穩(wěn)的過渡切換,保證不對鍋爐爐膛的負壓產(chǎn)生影響,不影響機組鍋爐的正常運行。

(3)緊急情況下,旁路擋板必須能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)于開關(guān)二位式的緊急快速打開操作,當(dāng)脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(如原、凈煙氣擋板關(guān)閉,增壓風(fēng)機、循環(huán)泵、GGH故障停機等),應(yīng)聯(lián)鎖保護切除脫硫,快速打開旁路擋板門,速度過慢則可能導(dǎo)致鍋爐爐膛負壓憋壓過大甚至導(dǎo)致 MFT保護動作。

(4)應(yīng)裝設(shè)獨立于 DCS之外的硬接線緊急后備手操:目前脫硫控制系統(tǒng)均采用 DCS集中控制方式,不設(shè)常規(guī)控制儀表,如果在運行過程中 DCS出現(xiàn)故障,則運行人員可通過設(shè)在控制臺上的后備硬手操快速打開旁路擋板門,切除 FGD。

(5)旁路擋板門的控制電源、氣源必須可靠,須具有“三斷”保護裝置。如果在運行過程中電源、氣源故障,則旁路擋板門應(yīng)處于故障安全的打開位置(即 FGD切除,以不會對鍋爐主機組的穩(wěn)定運行和設(shè)備安全產(chǎn)生影響)。

(6)應(yīng)裝設(shè)閥門位置變送器。以方便運行人員精確了解和控制旁路擋板門的開度位置,有利于在脫硫投入過程中保持引風(fēng)機出口(即增壓風(fēng)機入口)壓力的穩(wěn)定。

(7)應(yīng)裝設(shè)質(zhì)量和數(shù)量足夠的位置行程開關(guān)(至少設(shè)置三開一閉)。因為旁路擋板門的開關(guān)位置狀態(tài)信號屬于脫硫聯(lián)鎖保護邏輯中的重要信號,應(yīng)充分保證其安全可靠性。

(8)為防止當(dāng)急停按鈕或快開指令復(fù)位后,旁路煙氣擋板根據(jù)快開指令前的模擬信號自行調(diào)節(jié)到所給開度;DCS系統(tǒng)內(nèi)須設(shè)置調(diào)節(jié)允許指令,即在每次擋板快開后只有該指令向就地發(fā)出后,系統(tǒng)方可根據(jù)給定的模擬量信號調(diào)節(jié)擋板開度。調(diào)節(jié)允許指令發(fā)出的同時,把要調(diào)節(jié)開度 100%的信號發(fā)送給就地定位器。

2 旁路擋板門控制策略的分析與探討

2.1 旁路擋板控制策略及原則

目前對氣動執(zhí)行機構(gòu)的控制一般采取連續(xù)模擬量的 l/P閥門定位器和開關(guān)量的電磁閥兩種方式。如果單一地采用其中一種,顯然不能滿足脫硫旁路擋板門“正常運行時能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)于連續(xù)模擬量但又具有慢速定位功能的關(guān)閉操作,緊急情況下能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)于開關(guān)二位式的緊急快速打開操作”的控制功能要求。因為 l/P定位器雖然可以實現(xiàn)旁路擋板門慢速定位關(guān)閉操作,但其全行程的動作速度過慢,滿足不了旁路擋板快開的要求;而電磁閥卻相反,其動作閥門速度較快,但實現(xiàn)慢速精確定位操作卻相對困難。顯然如果能將二者有機組合起來,優(yōu)勢互補,就完全可以滿足脫硫旁路擋板門“慢關(guān)快開”的控制功能要求。該發(fā)電廠氣動旁路擋板門正是基于這樣的原則來工作的,其控制原理如圖 1所示。雙控電磁閥上 EV-02電磁閥得電后,整個氣路有氣,EV 1為常開電磁閥,EV2為常閉電磁閥。在 EV1、EV 2都沒有帶電時,EV1導(dǎo)通,EV2閉合。此時煙氣擋板門處在開狀態(tài),模擬量不可調(diào)節(jié);需要調(diào)節(jié)擋板開度時需先向就地 PLC發(fā)調(diào)節(jié)允許指令,在得到允許調(diào)節(jié)指令后,EV1、EV2都同時帶電,EV1閉合,EV2導(dǎo)通.此時煙氣擋板門處在可調(diào)節(jié)狀態(tài),當(dāng) P接收到模擬量調(diào)節(jié)信號后可以控制進入氣缸氣量的大小,來調(diào)節(jié)擋板開度。這樣就可以達到了“快開慢關(guān)”的控制要求。

圖1 氣動旁路擋板門控制原理圖

2.2 煙氣旁路擋板控制策略的實現(xiàn)

(1)正常運行時相當(dāng)于連續(xù)模擬量但又具有慢速定位功能的關(guān)閉操作功能的實現(xiàn)。這種運行方式作為旁路擋板門最基本的操作方式,在使用就地PLC控制兩線制智能電氣閥門定位器,實現(xiàn)對旁路擋板的直接控制,同時 DCS采用連續(xù)模擬量 4～20mA的信號作為 PLC的控制信號,即通過 DCS控制 PLC。PLC控制旁路擋板閥方式間接實現(xiàn)了 DCS系統(tǒng)對煙氣旁路擋板的遠方精確定位操作。

(2)緊急情況下相當(dāng)于開關(guān)二位式的緊急快速打開操作功能的實現(xiàn)。在 l/P閥門定位器輸出至氣缸的控制氣源管路上并接開方向的直通旁路,當(dāng)需要快速打開旁路時,通過緊急打開電磁閥將氣缸的動作氣源切換至直通旁路,越過 l/P閥門定位器,從而實現(xiàn)旁路擋板門的超馳快開動作。

(3)獨立于 DCS之外的硬接線緊急后備手操的實現(xiàn)。在操作員控制臺上僅設(shè)置了緊急快開電磁閥的硬手操旋鈕開關(guān)(自保持),其常閉接點通過硬接線和就地控制柜端子連接,DCS輸出 DO常閉接點串接(采用掉電打開邏輯)。

(4)控制電源、氣源的配置。由于旁路擋板門對鍋爐穩(wěn)定運行的特殊重要性,所以在其控制電源、氣源的提供上采取了力求萬無一失的安全性措施。l/P電氣閥門定位器電源通過兩線制 4～20mA輸入指令信號由 DCS系統(tǒng)內(nèi)的 UPS供電;緊急快開電磁閥直接由 UPS電源供電,并采用掉電打開邏輯,一旦脫硫系統(tǒng)電源故障消失,旁路擋板門將自動打開,處于對鍋爐運行安全的位置;旁路擋板門所用壓縮氣源,取自電廠儀用空壓站儲氣罐出口,并且在就地設(shè)置了儲氣罐,儲氣量滿足擋板 5～10分鐘用量,足夠滿足旁路擋板門的安全動作時間和用氣量。

(5)位置變送器的設(shè)置。智能電氣閥門定位器可以兩線制方式工作,不需外加供給電源。其微處理器一方面根據(jù)偏差(給定值信號和位置反饋信號)的大小和方向輸出一個氣動位移增量至氣缸正確定位,同時輸出一路 4～20mA位置反饋信號至遠方集控室 DCS,以方便運行人員精確了解和控制旁路擋板門的開度位置。

(6)位置行程開關(guān)的設(shè)置。在旁路擋板門的全開/全關(guān)位置分別裝設(shè)4對機械行程開關(guān),將狀態(tài)信號送入 DCS用作脫硫狀態(tài)指示報警、聯(lián)鎖保護和 SOE。

(7)就地控制柜的設(shè)置。為了方便就地安裝和調(diào)試,每個旁路擋板門就地設(shè)置了一個 800×600×300mm(H×W×D)的就地控制柜,所有相關(guān)的就地PLC、快開電磁閥、氣動閥、手動閥、消音器、接線箱等全部集中放置于柜內(nèi),起到安全保護作用。

2.3 煙氣旁路擋板控制策略的分析與完善

靖海發(fā)電有限公司 1#機組脫硫系統(tǒng)自 2007年2月與主機同時投入商業(yè)運行以來,至今已有兩年多的時間,在實際的運行過程中由于控制策略的不完善,出現(xiàn)了一些問題,對此我們進行分析并有針對性的作了完善工作。

(1)原設(shè)計中在脫硫系統(tǒng)故障時,為防止旁路擋板速度過慢導(dǎo)致鍋爐爐膛負壓憋壓過大導(dǎo)致MFT保護動作,設(shè)置了旁路擋板在故障時快速打開的功能,但在運行中發(fā)現(xiàn)并不是打開的速度越快越好,打開過快對鍋爐引風(fēng)機和爐膛壓力的波動影響較明顯,而且對旁路煙風(fēng)道有較劇烈的機械沖擊震動。因此,必須根據(jù)鍋爐燃燒及煙風(fēng)特性,進行現(xiàn)場調(diào)試,整定在不影響鍋爐燃燒穩(wěn)定運行為準。從現(xiàn)有的運行經(jīng)驗,以及設(shè)備的具體情況,我們分析出全關(guān)到全開的行程時間應(yīng)控制在 9～15s之間為宜。為實現(xiàn)這一目標,在氣缸打開排氣路上加裝了手動排氣閥,通過調(diào)整快開排氣閥的開度,可達到控制旁路擋板門的開啟速度,其時間為 10～20s,前 30%打開時間一般不多于 5s,原煙氣與凈煙氣擋板同時關(guān)閉。基本上達到了控制快開時的行程時間要求,保證了在旁路擋板快開時機組的安全運行。

(2)在氣罐出口加裝失氣開關(guān)。當(dāng)主路氣源突然壓力降低,低于設(shè)定值 0.49MPa時,壓力開關(guān)動作,通過就地控制柜內(nèi) PLC,使柜內(nèi)的 EV1、EV 2電磁閥同時失電,氣源通過 EV1快速進入氣缸,直接打開旁路擋板,同時信號進入 DCS系統(tǒng)進行報警。

(3)在控制系統(tǒng)內(nèi)必須設(shè)置調(diào)節(jié)允許指令,只有該指令向就地發(fā)出后,系統(tǒng)方可進行調(diào)節(jié)。以防止當(dāng)急停按鈕或快開指令觸發(fā)后,在需要關(guān)閉旁路擋板時,調(diào)節(jié)運行指令發(fā)出的同時,旁路煙氣擋板根據(jù)快開指令前的模擬信號自行調(diào)節(jié)到所給開度,擋板快開時,觸發(fā)開到位開關(guān),開到位信號進入 DCS,DCS同時就把調(diào)節(jié)開度 100%的模擬量指令發(fā)送給就地定位器,使指令與實際開度保持一致。

3 結(jié)束語

在對靖海發(fā)電有限公司 1#、2#機組 FGD旁路擋板控制系統(tǒng)進行完善后,旁路擋板故障率大大降低了。運行兩年多以來,沒有因為 FGD故障旁路擋板未能及時打開而造成機組非計劃停運事件,同時旁路擋板的誤開動作率降低 95%以上,這樣有助于提高脫硫效率。

由于我國電力行業(yè)的煙氣脫硫建設(shè)還剛剛處于國產(chǎn)化起步階段,有關(guān) FGD旁路擋板門的控制方案,目前在國內(nèi)尚未有大規(guī)模成熟應(yīng)用的經(jīng)驗,只有在工程實踐中探索出更佳的控制方案來。