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        火力發(fā)電廠機(jī)組自啟??刂疲ˋPS)技術(shù)

        2018-07-09 20:47:11李遠(yuǎn)
        裝飾裝修天地 2018年22期
        關(guān)鍵詞:技術(shù)

        李遠(yuǎn)

        摘 要:火力發(fā)電廠自動(dòng)啟/停機(jī)控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)APS),即能夠按照火力發(fā)電的熱力流程和設(shè)備運(yùn)行工況,調(diào)動(dòng)并協(xié)調(diào)各功能子系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)定參數(shù)、預(yù)定進(jìn)程的控制,從而使得整個(gè)機(jī)組能夠在極少的人工干預(yù)下自動(dòng)、安全地完成啟動(dòng)或停運(yùn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)。本文分析了火力發(fā)電廠機(jī)組自啟??刂疲ˋPS)技術(shù)。

        關(guān)鍵詞:火力發(fā)電廠機(jī)組;自啟停控制(APS);技術(shù)

        1 引言

        近年來(lái),大型火電機(jī)組不斷投產(chǎn)。這些火電機(jī)組,尤其是超臨界、超超臨界機(jī)組,運(yùn)行參數(shù)高、工藝系統(tǒng)復(fù)雜、且工藝系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)緊密、工況轉(zhuǎn)換快,增加了人工操作的難度,尤其在機(jī)組啟動(dòng)和停運(yùn)過(guò)程中集中了大量的設(shè)備啟停切換、參數(shù)調(diào)整等操作,操作人員在限定時(shí)間內(nèi)為應(yīng)對(duì)運(yùn)行工況精神高度緊張、勞動(dòng)強(qiáng)度大,風(fēng)險(xiǎn)性大幅度提高,稍有不慎甚至可能發(fā)生不安全事件,嚴(yán)重的會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

        2 實(shí)現(xiàn)機(jī)組自啟停的意義

        機(jī)組自啟停是衡量機(jī)組自動(dòng)化水平高低的標(biāo)桿,是電廠自動(dòng)化程度的標(biāo)志。隨著火電廠技術(shù)水平的提高機(jī)組容量不斷加大、設(shè)計(jì)參數(shù)也不斷的提高,超超臨界機(jī)組的投運(yùn)數(shù)量越來(lái)越多。機(jī)組自啟??刂葡到y(tǒng)是建立在完善的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、主輔機(jī)有良好的可控性基礎(chǔ)上的。它可以有效促進(jìn)和提高機(jī)組自動(dòng)化水平,使機(jī)組按照規(guī)定的、優(yōu)化的程序進(jìn)行設(shè)備的啟停操作,不僅大大簡(jiǎn)化了操作人員的工作,更重要的是規(guī)范機(jī)組啟停操作標(biāo)準(zhǔn)程序、減少了出現(xiàn)誤操作的可能性,整體提高了機(jī)組的安全性能,同時(shí)它可以縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間,提高機(jī)組起停運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)施APS不僅提高了機(jī)組的自動(dòng)化水平,而且可以提高運(yùn)行管理水平。

        在機(jī)組運(yùn)行尤其是機(jī)組啟動(dòng)和停運(yùn)過(guò)程中,如果運(yùn)行人員僅靠手動(dòng)操作,不僅容易發(fā)生誤操作事故,而且極大地影響了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

        APS與傳統(tǒng)機(jī)組的熱工控制相比具有全新的理念和控制策略。通過(guò)研究對(duì)比發(fā)現(xiàn),APS設(shè)計(jì)階段,最需要深入研究、探討和定制APS的基礎(chǔ)邏輯。

        3 火力發(fā)電廠機(jī)組自啟??刂疲ˋPS)技術(shù)

        APS系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)組級(jí)的順控系統(tǒng),充分考慮機(jī)組啟停運(yùn)行特性、主輔設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和工藝系統(tǒng)過(guò)程參數(shù),并通過(guò)相關(guān)的邏輯發(fā)出對(duì)其它順控功能組、FSSS、MCS、DEH、旁路控制系統(tǒng)、MEH、電氣專(zhuān)用控制裝置等的控制指令來(lái)完成機(jī)組的自啟停控制。

        APS系統(tǒng)能根據(jù)機(jī)組不同工況實(shí)現(xiàn)冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)四種啟動(dòng)方式,將機(jī)組從啟動(dòng)升至滿(mǎn)負(fù)荷;停機(jī)時(shí),則依據(jù)停機(jī)條件,可以讓機(jī)組從滿(mǎn)負(fù)荷安全停運(yùn)。APS系統(tǒng)的主要功能包括斷點(diǎn)操作、機(jī)組啟停操作指導(dǎo)及操作員信息三部分。

        3.1 APS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

        一是斷點(diǎn)設(shè)置。在火電廠APS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,斷點(diǎn)設(shè)置是非常重要的,斷點(diǎn)設(shè)置的水平將直接決定APS 系統(tǒng)的控制水平。斷點(diǎn)設(shè)置包括啟動(dòng)斷點(diǎn)設(shè)置和停機(jī)斷點(diǎn)設(shè)置。①介紹啟動(dòng)斷點(diǎn)。啟動(dòng)斷點(diǎn)包括機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備斷點(diǎn)、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)等。在所有的啟動(dòng)斷點(diǎn)完成以后,機(jī)組的啟動(dòng)操作就完成了。②介紹停機(jī)斷點(diǎn)。其中主要包括降負(fù)荷斷點(diǎn)、機(jī)組停運(yùn)斷點(diǎn)等。二是APS 功能的投入和退出。APS 功能投入和退出方案主要是為了應(yīng)對(duì)各種緊急突發(fā)情況。有了APS 功能投入和退出方案,在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),機(jī)組就可以選擇安全的運(yùn)行方式。在對(duì)APS 功能投入和退出進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵守下述的原則: ①在判斷功能組指令是否完成時(shí)應(yīng)以整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)為主要參考對(duì)象; ②需要提高功能組的判斷能力,確保在任何狀態(tài)下都可以啟動(dòng)對(duì)應(yīng)設(shè)備,確保設(shè)備運(yùn)行的安全性; ③APS 系統(tǒng)要對(duì)機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行全面地判斷,避免出現(xiàn)判斷失誤的情況;④在系統(tǒng)中應(yīng)有APS 功能投入和退出的按鈕。如果設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常情況時(shí)可以退出APS 系統(tǒng),待設(shè)備異常情況排除以后則可以重新投入APS 系統(tǒng)。三是APS 控制器設(shè)置。在APS 運(yùn)行的過(guò)程中可以通過(guò)機(jī)組的控制器對(duì)其進(jìn)行控制,因?yàn)锳PS 的控制點(diǎn)是比較少的,使用機(jī)組控制器可以減少資金投入。但在國(guó)內(nèi)常規(guī)設(shè)計(jì)不會(huì)使用機(jī)組控制器,而是給APS系統(tǒng)配置獨(dú)立的控制器。這樣做的原因有兩種:①APS 系統(tǒng)的獨(dú)立性比較強(qiáng),使用獨(dú)立的控制器可以減少對(duì)主機(jī)邏輯的影響,保證機(jī)組運(yùn)行的安全性;②APS 系統(tǒng)調(diào)試的周期比較長(zhǎng),在調(diào)試的過(guò)程中需要頻繁地進(jìn)行邏輯修改,如果使用機(jī)組控制器則會(huì)影響到機(jī)組運(yùn)行的安全性。綜合以上兩點(diǎn)原因,國(guó)內(nèi)火電廠在投運(yùn)APS 系統(tǒng)時(shí)大多會(huì)設(shè)置獨(dú)立的控制器。

        3.2 系統(tǒng)構(gòu)架

        機(jī)組控制級(jí)是整個(gè)自啟??刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的最上層。而設(shè)備控制級(jí)則是整個(gè)自啟??刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的底層。機(jī)組控制級(jí)是整個(gè)APS 系統(tǒng)的核心, 可以根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的情況向其它各層級(jí)發(fā)送指令, 同時(shí)也可以根據(jù)其它層級(jí)的控制情況對(duì)電氣、鍋爐等系統(tǒng)進(jìn)行控制。機(jī)組控制級(jí)的存在可以減少人工干預(yù),從而保證機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性。功能組控制級(jí)主要包括鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)、給水系統(tǒng)等。功能子組級(jí)是在功能組的控制下工作的,可以對(duì)子組內(nèi)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制。設(shè)備控制級(jí)直接對(duì)閥門(mén)、風(fēng)機(jī)、變頻器等設(shè)備進(jìn)行控制。APS 系統(tǒng)的啟動(dòng)方式一共有四種, 但采用何種啟動(dòng)方式還需要根據(jù)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)處內(nèi)缸壁溫度進(jìn)行判斷。如果該溫度低于320℃, 則需要采用冷態(tài)啟動(dòng)的方式。如果該溫度在320℃和420℃之間,則需要采用溫態(tài)啟動(dòng)的方式。如果該溫度在420℃和445℃之間,則需要采用熱態(tài)啟動(dòng)的方式。如果溫度大于445℃,則需要采用極熱態(tài)啟動(dòng)的方式。

        3.3 發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)特點(diǎn),設(shè)計(jì)全新操作開(kāi)關(guān)

        操作開(kāi)關(guān)或按鈕是火力發(fā)電廠工藝系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的啟、停,閥門(mén)或擋板的開(kāi)、關(guān)等控制最傳統(tǒng)也是最原始的操作裝置,在鍋爐、汽機(jī)、電氣分立控制盤(pán)(BTG盤(pán))操作時(shí)代被廣泛應(yīng)用,判定機(jī)爐系統(tǒng)運(yùn)行工況和控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)完全依靠人工,隨著機(jī)組容量的增大,設(shè)備的增多令系統(tǒng)的操作控制變得復(fù)雜、繁瑣。自動(dòng)控制裝置產(chǎn)生了革命性的變化,操作、監(jiān)控裝置也由原來(lái)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)、按鈕和指示儀表?yè)Q成了計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)、鍵盤(pán)和顯示器,其實(shí)質(zhì)是計(jì)算機(jī)輔助控制應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化,具有了利用計(jì)算機(jī)技術(shù)擴(kuò)充、完善操作開(kāi)關(guān)功能的基礎(chǔ)條件。計(jì)算機(jī)技術(shù)包含硬件和軟件兩部分內(nèi)容,如果在應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)上策略得當(dāng)就可以獲得具有本質(zhì)安全、全方位自動(dòng)的控制效果。倘若在DCS應(yīng)用邏輯軟件設(shè)計(jì)方面還是沿用BTG盤(pán)時(shí)代的基本思路,不做根本性的改變,盡管應(yīng)用了DCS,也不過(guò)是在熱控設(shè)備硬件方面不落時(shí)代的步伐,而綜合控制功能只相當(dāng)于電子版的手動(dòng)操作,APS也無(wú)從談起。為實(shí)現(xiàn)APS的控制功能,就要從最基礎(chǔ)的設(shè)備操作開(kāi)關(guān)入手,展開(kāi)全新的設(shè)計(jì)。這種操作開(kāi)關(guān)應(yīng)該充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信息處理能力,因?yàn)镈CS能夠全方位地采集被控設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行有關(guān)的信號(hào),這些信號(hào)包括外部設(shè)備的靜止?fàn)顟B(tài)、執(zhí)行過(guò)程,邏輯算法的中間值和結(jié)果、電路元器件的品質(zhì),通過(guò)計(jì)算機(jī)能夠及時(shí)地作出綜合判斷和決定設(shè)備以及系統(tǒng)的操作方向,其快速性和正確性無(wú)論從時(shí)間還是空間上都是人力無(wú)法企及的。目前,國(guó)內(nèi)應(yīng)用DCS最需要迫切解決的就是操作開(kāi)關(guān)或按鈕的軟件設(shè)計(jì),尤其是操作開(kāi)關(guān)或按鈕的智能化邏輯設(shè)計(jì)。

        3.4 智能化缺省自動(dòng)式聯(lián)鎖選擇器的應(yīng)用

        根據(jù)火力發(fā)電廠工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),通常APS控制策略規(guī)劃為四個(gè)控制層級(jí),即設(shè)備操作級(jí)、單元控制級(jí)、系統(tǒng)控制級(jí)和機(jī)組控制級(jí)。智能化選擇器作為全自動(dòng)過(guò)程控制的基礎(chǔ)邏輯,因其智能化程度高,在控制策略應(yīng)用中適應(yīng)能力強(qiáng),可以在多種場(chǎng)合中靈活應(yīng)用。既可以應(yīng)用于兩臺(tái)設(shè)備之間的聯(lián)鎖也能夠用于三臺(tái)設(shè)備的相互聯(lián)鎖,除了在設(shè)備聯(lián)鎖中作為標(biāo)準(zhǔn)控制模塊用于構(gòu)建全自動(dòng)的單元控制級(jí),還能夠在系統(tǒng)的控制中發(fā)揮作用協(xié)調(diào)系統(tǒng)控制的自動(dòng)啟停。汽輪機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)配備了3臺(tái)凝結(jié)水泵,布置在順序控制系統(tǒng)級(jí),自動(dòng)工作方式下汽輪機(jī)凝結(jié)水操作器通過(guò)選擇器接受APS指令控制,選擇器根據(jù)汽輪機(jī)蒸汽負(fù)荷決定凝結(jié)水泵投入臺(tái)數(shù),同時(shí)設(shè)計(jì)有順序控制、聯(lián)鎖自動(dòng)和聯(lián)鎖保護(hù),機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵并列運(yùn)行,機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中先啟動(dòng)電動(dòng)給水泵,然后在機(jī)組帶上負(fù)荷時(shí)進(jìn)行給水泵切換,投入第一臺(tái)汽動(dòng)給水泵,停止電動(dòng)給水泵,負(fù)荷時(shí)投入第二臺(tái)汽動(dòng)給水泵,兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵并列運(yùn)行。機(jī)組停機(jī)要經(jīng)歷從較高機(jī)組負(fù)荷將低到較低負(fù)荷的過(guò)程,最終停機(jī)停爐,其間機(jī)組負(fù)荷降給水泵同樣要進(jìn)行電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵的切換操作,投入電泵,停止第一臺(tái)汽泵,隨著負(fù)荷繼續(xù)下降再停第二臺(tái)汽動(dòng)給水泵。所以在機(jī)組啟動(dòng)和停止的過(guò)程中,電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵的切換、兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵之間的并列/解列,是必須的操作,缺省自動(dòng)式選擇器在這個(gè)操作過(guò)程中為實(shí)現(xiàn)過(guò)程的起到了全自動(dòng)控制的作用。

        4 解決APS 投運(yùn)困難的措施

        4.1 投運(yùn)APS 存在的困難

        將APS 應(yīng)用于火電廠中不僅可以保證機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性, 同時(shí)還會(huì)有很好的經(jīng)濟(jì)效益。但在投運(yùn)的過(guò)程中卻存在各種各樣的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)火電廠的調(diào)研發(fā)現(xiàn), 火電廠在投運(yùn)APS 時(shí)存在的困難主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面:(1)設(shè)計(jì)方案不完整。在投運(yùn)APS 時(shí)需要有完整的設(shè)計(jì)方案。所謂的完整設(shè)計(jì)方案是指要提前預(yù)見(jiàn)在投運(yùn)的過(guò)程中可能遇到的各種困難,同時(shí)還要對(duì)項(xiàng)目的可行性進(jìn)行論證。但現(xiàn)實(shí)情況卻并非如此。由于國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)人員缺少APS 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),從而使得設(shè)計(jì)方案存在各種缺陷, 無(wú)法為APS 的應(yīng)用提供可靠的參考;(2)工藝系統(tǒng)比較復(fù)雜。要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī),需要使用到多種工藝。這些不同的工藝系統(tǒng)之間必須要具有較高的配合度,這大大增加了設(shè)計(jì)的難度。而且,機(jī)組運(yùn)行方式多變,對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)自身的要求也是比較高。

        4.2 在投運(yùn)APS 時(shí)我們應(yīng)借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)

        通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)投運(yùn)APS 存在的困難的分析, 筆者認(rèn)為可以采取下述措施解決這些困難:(1)要提前預(yù)見(jiàn)投運(yùn)APS 時(shí)會(huì)遇到的困難。這就要求設(shè)計(jì)人員要對(duì)投運(yùn)APS 的可行性進(jìn)行全面地論證, 并給出初步的設(shè)計(jì)方案,然后再判斷是否應(yīng)該投運(yùn)APS;(2)要提前對(duì)工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證。在初步設(shè)計(jì)階段, 應(yīng)組織相關(guān)的人員對(duì)工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面地分析、評(píng)價(jià)和論證,確保其中不存在缺陷,保證工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的完整性;(3)合理選擇調(diào)試單位。調(diào)試單位的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗(yàn)將會(huì)直接影響APS 應(yīng)用的效果。因此,火電廠應(yīng)綜合對(duì)比各調(diào)試單位,選擇出具有較高技術(shù)水平、工作經(jīng)驗(yàn)豐富的調(diào)試單位;(4)汽機(jī)廠、調(diào)試單位等參與方應(yīng)積極配合,相互協(xié)調(diào),為APS 設(shè)計(jì)方案提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持;(5)調(diào)試單位應(yīng)提前進(jìn)行仿真模擬,及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中存在的問(wèn)題,對(duì)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)及時(shí)進(jìn)行修改,不斷優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)。此外,還應(yīng)盡可能縮短安裝和調(diào)試時(shí)間。

        總之, 火電廠投運(yùn)APS 系統(tǒng)可以大大提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性,同時(shí)還可以提高火電廠的經(jīng)濟(jì)效益。但為了充分發(fā)揮APS 系統(tǒng)的作用,必須要做好設(shè)計(jì)工作,確保APS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的完整性、可行性和經(jīng)濟(jì)性。

        參考文獻(xiàn):

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