蘭立剛， 吳廣生， 馬 睿， 陳冠華

(四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所， 成都 610072)

?

300 MW直接空冷機(jī)組控制系統(tǒng)分析及優(yōu)化

蘭立剛， 吳廣生， 馬 睿， 陳冠華

(四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所， 成都 610072)

介紹了波黑Stanari 300 MW直接空冷(ACC)機(jī)組全程自動(dòng)控制策略，對(duì)ACC步序控制、汽輪機(jī)排汽壓力調(diào)節(jié)、順流單元的防凍保護(hù)、逆流單元的除霜邏輯等控制子系統(tǒng)進(jìn)行了分析，對(duì)試運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)。結(jié)果表明：該方案能夠確保機(jī)組安全啟停和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并能適應(yīng)各種事故工況，對(duì)ACC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制有很好的參考作用。

汽輪機(jī)； 直接空冷； 步序控制； 排汽壓力調(diào)節(jié)； 防凍保護(hù)； 除霜邏輯

直接空冷(ACC)系統(tǒng)利用空氣通過(guò)鼓風(fēng)或者引風(fēng)形式，直接對(duì)汽輪機(jī)乏汽進(jìn)行冷卻和冷凝?？諝馀c排汽之間進(jìn)行表面換熱，無(wú)需中間冷卻介質(zhì)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活。筆者以波黑Stanari 300 MW ACC機(jī)組為例，分析了系統(tǒng)全程自動(dòng)控制策略，并對(duì)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)。

1 系統(tǒng)概況

ACC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，主要由進(jìn)汽管道、換熱器(冷凝器)、軸流式冷卻風(fēng)機(jī)、抽真空系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)以及相應(yīng)的閥門等組成?？绽鋼Q熱器由順流換熱器和逆流換熱器兩部分組成。鍋爐來(lái)的高溫蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)做功后，再經(jīng)排汽裝置進(jìn)入一根大直徑排汽管道分流，并由蒸汽分配管箱進(jìn)入換熱器管束。大約80%的蒸汽通過(guò)順流換熱器冷凝(蒸汽和凝結(jié)水自上而下順流)，20%未冷凝的蒸汽經(jīng)過(guò)逆流換熱器冷凝(蒸汽和凝結(jié)水的流動(dòng)方向相反)。抽真空系統(tǒng)將由于設(shè)備不嚴(yán)密而漏入的空氣及不凝結(jié)氣體從逆流換熱器頂部末端抽走并冷卻分離，排至大氣[1-2]。

圖1 ACC系統(tǒng)示意圖

該300 MW機(jī)組ACC系統(tǒng)配置6列(每列5臺(tái))風(fēng)機(jī)，其中第1、2、3、5、6列安裝有立管閥。每列第1、3、5個(gè)單元為順流換熱器，第2、4個(gè)單元為逆流換熱器；第4列為啟動(dòng)列，無(wú)立管閥，其蒸汽分配管末端安裝一個(gè)溫度測(cè)量?jī)x表，用于檢測(cè)啟動(dòng)時(shí)蒸汽的分配。各風(fēng)機(jī)均由變頻器控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)排汽壓力的調(diào)節(jié)。

2 控制策略

ACC控制系統(tǒng)采用與主機(jī)一體化的Symphony Plus控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)包括汽輪機(jī)排汽壓力調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)步序控制、順流單元的防凍保護(hù)、逆流單元的除霜邏輯、風(fēng)機(jī)單機(jī)控制、空冷系統(tǒng)抽汽蝶閥控制等子系統(tǒng)。該機(jī)組ACC控制系統(tǒng)不包括真空泵的啟停，系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程只檢測(cè)凝汽器真空(汽輪機(jī)排汽壓力)是否滿足啟動(dòng)條件。

2.1 建立真空

ACC系統(tǒng)啟動(dòng)前應(yīng)啟動(dòng)2～3臺(tái)真空泵抽真空。在DCS畫(huà)面按下“ACC啟動(dòng)”按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入第00步，打開(kāi)所有排汽蝶閥、凝結(jié)水閥及旁路快速抽真空閥，建立真空。當(dāng)環(huán)境溫度低于3 ℃時(shí)，冬季模式被激活，DCS上顯示“冬季模式”；當(dāng)環(huán)境溫度高于5 ℃時(shí)，進(jìn)入夏季模式。冬季模式下，冷凝器真空建立定值為15 kPa；夏季模式下，真空定值為30 kPa。真空建立后可根據(jù)情況手動(dòng)停運(yùn)1～2臺(tái)真空泵。

冬季ACC系統(tǒng)啟動(dòng)階段，因供汽流量小，時(shí)間長(zhǎng)而容易結(jié)冰。因此，在空冷系統(tǒng)啟動(dòng)階段，必須保證第4列末端排汽溫度在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到排汽大管道的蒸汽溫度，如果其溫差大于5 K，則有結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)。此條件由運(yùn)行人員自行判斷，不進(jìn)入邏輯。

2.2 步序控制

當(dāng)控制邏輯檢測(cè)到真空建立后，自動(dòng)關(guān)閉旁路快速抽真空閥，ACC步序進(jìn)入第0步，關(guān)閉所有凝結(jié)水閥和排汽蝶閥，同時(shí)將汽輪機(jī)排汽壓力調(diào)節(jié)器投入自動(dòng)，并將所有風(fēng)機(jī)手操器投入自動(dòng)。此時(shí)可設(shè)置排汽壓力設(shè)定值；如不設(shè)置排汽壓力設(shè)定值，則排汽壓力設(shè)定值ps等于真空建立值。此后ACC系統(tǒng)根據(jù)ps和汽輪機(jī)排汽壓力pm進(jìn)行邏輯判斷，執(zhí)行增減步序指令啟停相應(yīng)空冷風(fēng)機(jī)。

步序增減順序見(jiàn)表1。第00步為建立真空階段(所有閥門打開(kāi))。冬季模式下，真空建立完畢后，進(jìn)入第0步，此后按順序增減步；夏季模式下，步序器由第00步直接跳至第12步, 此后按順序增減步。只有當(dāng)環(huán)境溫度高于25 ℃時(shí)，才允許進(jìn)入第17步。

表1 風(fēng)機(jī)啟停步序

注：n表示該單元與系統(tǒng)連接,保持自然冷卻；0表示該列立管閥關(guān)閉，該列脫離系統(tǒng)，不參與冷卻；F30表示風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，最大運(yùn)行頻率30 Hz；F50表示風(fēng)機(jī)最大運(yùn)行頻率50 Hz；F55表示風(fēng)機(jī)最大運(yùn)行頻率55 Hz

2.3pm調(diào)節(jié)

空冷風(fēng)機(jī)在步序控制中被啟動(dòng)，被啟動(dòng)的風(fēng)機(jī)受pm調(diào)節(jié)器控制，其輸出速率為10%/min，輸出范圍為30%～60%(15～30 Hz)。當(dāng)所有風(fēng)機(jī)都被啟動(dòng)后，隨著進(jìn)入空冷島蒸汽流量的增大，空冷凝汽器壓力升高，被啟動(dòng)的風(fēng)機(jī)速度增大。風(fēng)機(jī)輸出達(dá)到60%后，隨著空冷凝汽器壓力進(jìn)一步升高，步序?qū)⑦M(jìn)入第16步，風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行范圍切換至30%～100%(15～50 Hz)。環(huán)境溫度超過(guò)25 ℃時(shí)，允許步序進(jìn)入第17步，風(fēng)機(jī)可進(jìn)行超頻運(yùn)行，其運(yùn)行范圍為30%～110%(15～55 Hz)。所有被啟動(dòng)的風(fēng)機(jī)都受pm調(diào)節(jié)器控制，除非防凍保護(hù)或除霜邏輯動(dòng)作。

2.4 防凍保護(hù)與除霜邏輯

當(dāng)凝結(jié)水溫度低于相應(yīng)排汽溫度時(shí)，就意味著發(fā)生了過(guò)冷，說(shuō)明順流管束已經(jīng)存有大量空氣；當(dāng)抽真空溫度過(guò)低時(shí)，說(shuō)明逆流管束內(nèi)存有大量空氣。這些空氣為不凝結(jié)氣體，無(wú)論如何轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)機(jī)都無(wú)法將其凝結(jié)，降低了凝汽器壓力。在冬季出現(xiàn)過(guò)冷時(shí)，有必要提高ps以降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。因此防凍保護(hù)與除霜保護(hù)邏輯只在冬季模式(環(huán)境溫度低于3 ℃)下才會(huì)被激活。

2.4.1 防凍保護(hù)

當(dāng)任意列凝結(jié)水溫度低于25 ℃(可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整)時(shí)，順流防凍保護(hù)被激活，并發(fā)出“順流保護(hù)”報(bào)警。順流風(fēng)機(jī)1、3、5會(huì)以10%/min的速度降速到零；或者該列所有凝結(jié)水溫度都不低于35 ℃時(shí)，停止降速并以當(dāng)前速度運(yùn)行；當(dāng)該列所有凝結(jié)水溫度均高于40 ℃時(shí)，“順流保護(hù)”報(bào)警解除，順流風(fēng)機(jī)1、3、5重新接受汽輪機(jī)pm調(diào)節(jié)器控制(以10%/min的速度切換至汽輪機(jī)pm調(diào)節(jié)器輸出指令)。

當(dāng)任意列抽真空溫度低于25 ℃(可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整)時(shí)，ps自動(dòng)增加3 kPa并報(bào)警。30 min后，如果仍低于25 ℃，則ps再增加3 kPa。

2.4.2 除霜邏輯

在冬季，逆流管束上部排出的空氣中的水分，有時(shí)會(huì)在管束列管內(nèi)壁形成霜，增加管道的阻力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)把管路堵塞。因此，有必要對(duì)逆流管束定時(shí)加熱，以便讓熱的空氣將霜除去，這就是除霜邏輯。當(dāng)環(huán)境溫度低于-2 ℃(3取2)時(shí)，除霜邏輯動(dòng)作：按照1～6列2號(hào)逆流風(fēng)機(jī)，1～6列4號(hào)逆流風(fēng)機(jī)的順序，輪流停運(yùn)1臺(tái)逆流風(fēng)機(jī)，停運(yùn)的風(fēng)機(jī)5 min后恢復(fù)運(yùn)行并接受pm調(diào)節(jié)器輸出的頻率指令。周而復(fù)始，直至環(huán)境溫度高于0 ℃(3取2)，除霜邏輯退出[1]。

3 問(wèn)題及優(yōu)化

在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，除霜邏輯動(dòng)作時(shí)，原邏輯未判斷除霜邏輯是否已運(yùn)行，當(dāng)環(huán)境溫度在-2 ℃波動(dòng)時(shí)，會(huì)多次觸發(fā)除霜邏輯，造成逆流風(fēng)機(jī)頻繁啟停。因此增加除霜邏輯判斷條件：當(dāng)環(huán)境溫度低于-2 ℃且除霜邏輯未動(dòng)作時(shí)才觸發(fā)除霜邏輯。

在調(diào)試過(guò)程中，增加ACC系統(tǒng)手/自動(dòng)啟動(dòng)切換邏輯，實(shí)現(xiàn)了ACC系統(tǒng)手/自動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程的無(wú)擾切換。首先將所有啟動(dòng)風(fēng)機(jī)調(diào)整至相同頻率，然后根據(jù)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)臺(tái)數(shù)并對(duì)照啟動(dòng)步序表，輸入當(dāng)前步序號(hào)，然后按下“ACC啟動(dòng)”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤到當(dāng)前步序，pm調(diào)節(jié)器輸出自動(dòng)跟蹤運(yùn)行風(fēng)機(jī)平均頻率反饋并投入自動(dòng)。

冬季模式下當(dāng)任意列抽真空溫度低于25 ℃，ps自動(dòng)疊加偏置3 kPa；30 min后仍低于25 ℃時(shí)，ps偏置再增加3 kPa。原邏輯當(dāng)抽真空溫度一直低于25 ℃時(shí)，ps偏置每隔30 min不斷疊加，而當(dāng)抽真空溫度恢復(fù)時(shí)，ps偏置也沒(méi)有恢復(fù)措施。因此增加邏輯：當(dāng)抽真空溫度恢復(fù)正常時(shí)，ps偏置自動(dòng)減少3 kPa；同時(shí)設(shè)置其限值為±6 kPa，防止ps偏置過(guò)大造成pm波動(dòng)太大[1,5]。

4 應(yīng)用效果

波黑Stanari 300 MW機(jī)組在整套啟動(dòng)及30天滿負(fù)荷試運(yùn)期間，ACC系統(tǒng)投入全程自動(dòng)。圖2為2016年3月7日沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)到滿負(fù)荷排汽壓力曲線，圖3為2016年3月18日CCS變負(fù)荷排汽壓力曲線。在沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)升負(fù)荷及變負(fù)荷過(guò)程中，ACC系統(tǒng)各項(xiàng)控制功能均能正常運(yùn)行和相互切換，排汽壓力穩(wěn)定，調(diào)節(jié)效果好，滿足機(jī)組正常運(yùn)行要求。圖4為2016年2月27日引風(fēng)機(jī)RB和給水泵RB動(dòng)作時(shí)排汽壓力曲線。RB動(dòng)作時(shí)排汽壓力穩(wěn)定在12 kPa左右，最大偏差為±2 kPa。圖5為2016年2月29日FCB時(shí)排汽壓力曲線。FCB動(dòng)作時(shí)，排汽壓力擾動(dòng)較大，最高上升到25 kPa，但經(jīng)過(guò)兩個(gè)波峰的過(guò)渡過(guò)程后，排汽壓力最終仍穩(wěn)定在12 kPa附近。FCB動(dòng)作時(shí)，ACC全程控制系統(tǒng)能夠確保機(jī)組不會(huì)因?yàn)檎婵障陆翟斐纱蜷l停機(jī)，為FCB后再次并網(wǎng)帶負(fù)荷創(chuàng)造了條件。

圖2 沖轉(zhuǎn)到滿負(fù)荷過(guò)程排汽壓力曲線

圖3 變負(fù)荷過(guò)程排汽壓力曲線

圖4 RB過(guò)程排汽壓力曲線

圖5 FCB過(guò)程排汽壓力曲線

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)ACC系統(tǒng)全程控制方案的優(yōu)化和改進(jìn)，波黑Stanari 300 MW ACC機(jī)組實(shí)現(xiàn)了從建立真空、沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)到滿負(fù)荷全程自動(dòng)控制；在RB和FCB等事故工況下，該方案同樣具有良好的適應(yīng)性，能夠維持機(jī)組的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，確保機(jī)組安全啟停，對(duì)同類型機(jī)組實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制有較好參考作用。

[1] 賈玉鳳, 任國(guó)華, 宋成祥. 300 MW CFB直接空冷系統(tǒng)防凍控制策略優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程, 2015, 23(19): 60-62, 65.

[2] 殷建華, 杜榮華, 麻宏偉, 等. 汽輪發(fā)電機(jī)組空冷系統(tǒng)控制策略分析[J]. 內(nèi)蒙古電力技術(shù), 2015, 33(4): 17-22.

[3] 孫建國(guó), 劉文平, 吳奇勝, 等. 600 MW直接空冷機(jī)組空冷島全程自動(dòng)控制方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J]. 內(nèi)蒙古電力技術(shù), 2007, 25(3): 35-39.

[4] 秦成果, 辛?xí)凿? 張敏, 等. 直接空冷機(jī)組空冷系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化[J]. 內(nèi)蒙古電力技術(shù), 2011, 29(6): 50-52.

[5] 楊海生, 李路江, 吳瑞濤, 等. 600 MW空冷機(jī)組空冷島的調(diào)試[J]. 熱力發(fā)電, 2009, 38(7): 66-68, 71.

Analysis and Optimization of the Control System in a 300 MW Direct Air-cooling Unit

Lan Ligang, Wu Guangsheng, Ma Rui, Chen Guanhua

(Sichuan Electric Power Industry Commissioning & Test Institute, Chengdu 610072, China)

An introduction is presented to the ACC full automatic control strategy of Stanari 300 MW unit in Bosnia-Herzegovina, together with an analysis on its sub-control systems, such as the ACC sequence control, the turbine exhausting pressure regulation, the freezing protection of parallel cells and the anti-frosting logic of reflux cells, etc. For problems occurring during commissioning and operation of the unit, improvement measures were put forward and taken. Results show that the scheme can help to secure the safety during start up, shutdown and economic operation of the unit, which is applicable to all kinds of accidental conditions, and therefore may serve as a reference for full automatic control of direct air-cooling systems.

steam turbine; direct air-cooling system; sequence control; exhausting pressure regulation; freezing protection; anti-frosting logic

2016-04-13；

2016-05-25

蘭立剛(1981—)，男，工程師，主要從事火電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試與研究。

E-mail: llgbandit@sina.com

TK323

A

1671-086X(2017)02-0140-05