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        高旁邏輯優(yōu)化研究與應(yīng)用

        2018-07-26 01:46:54于棟蒼
        機(jī)電信息 2018年21期
        關(guān)鍵詞:汽機(jī)設(shè)定值旁路

        于棟蒼

        (神華國華寧東發(fā)電有限責(zé)任公司,寧夏銀川750408)

        1 高低壓旁路系統(tǒng)概述

        神華國華寧東發(fā)電廠2×660 MW擴(kuò)建工程配套的高低壓旁路系統(tǒng),采用西門子液壓控制設(shè)備,高旁按100%B-MCR容量設(shè)計,低旁按65%B-MCR容量設(shè)計,機(jī)組實現(xiàn)了APS啟動功能,旁路系統(tǒng)實現(xiàn)了全程自動功能。

        高低壓旁路系統(tǒng)的用途:改善機(jī)組的啟動性能,機(jī)組在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)用高中壓缸啟動時,投入旁路系統(tǒng),控制鍋爐快速提高蒸汽溫度,使之與汽機(jī)汽缸金屬溫度較快地相匹配,從而縮短機(jī)組啟動時間,減少蒸汽向空排放,降低汽機(jī)循環(huán)壽命損耗,實現(xiàn)機(jī)組的最佳啟動;使機(jī)組適應(yīng)定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行復(fù)合方式;當(dāng)汽機(jī)負(fù)荷低于鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷時,通過旁路裝置調(diào)節(jié),使機(jī)組允許穩(wěn)定在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行;在啟動和減負(fù)荷時,可保護(hù)布置在煙溫較高區(qū)的再熱器,以防燒壞;啟動時,使蒸汽中的固體小顆粒通過旁路進(jìn)入凝汽器,從而防止汽輪機(jī)調(diào)速汽門、進(jìn)汽口及葉片的硬粒侵蝕;旁路裝置能實現(xiàn)自動和手動(快速/正常)遙控功能,旁路具有快開/快關(guān)功能;機(jī)組正常運(yùn)行時,高壓旁路裝置具有超壓安全保護(hù)功能,鍋爐超壓時高壓旁路開啟,代替鍋爐安全閥功能,高壓旁路閥用作鍋爐的高壓部分安全閥,當(dāng)壓力超過安全壓力上限時,旁路閥開啟。

        2 高旁閥原邏輯控制策略

        2.1 最小開度控制模式

        鍋爐點(diǎn)火時,開始產(chǎn)生蒸汽,高壓旁路閥置于最小開度的位置。隨著燃料量的增加,蒸汽壓力逐漸上升到最小壓力。

        最小開度控制方式下,高旁閥在自動時,當(dāng)鍋爐有火時,產(chǎn)生最小開度控制信號。設(shè)定值設(shè)定為跟蹤模式,閥門根據(jù)高旁壓力逐漸開啟至最小開度15%(壓力—最小開度曲線關(guān)系如表1所示),在啟動階段,產(chǎn)生蒸汽的過程中,閥門開啟不得低于最小開度。當(dāng)壓力超過1.2 MPa時,控制模式就轉(zhuǎn)變?yōu)樽钚毫刂颇J健?/p>

        表1 壓力—最小開度曲線關(guān)系

        2.2 最小壓力控制模式

        隨著燃燒的加強(qiáng),蒸汽流量增加,為了維持住蒸汽最小壓力不變,高旁閥門連續(xù)開啟,直至達(dá)到預(yù)定開度15%+10%。

        最小壓力控制方式下,高旁壓力調(diào)閥在自動時,遙控模式下的設(shè)定值變化率為零,高旁閥門將連續(xù)開啟,以維持住蒸汽壓力的穩(wěn)定。當(dāng)閥門開度達(dá)到15%+10%時,控制模式將轉(zhuǎn)變至升壓控制模式。

        2.3 升壓控制模式

        當(dāng)閥門開度達(dá)到15%+10%時,隨著燃燒的增強(qiáng),主汽壓力根據(jù)冷態(tài)啟動曲線、溫態(tài)啟動曲線、熱態(tài)啟動曲線定義的速率不斷增加,直至達(dá)到最終啟動壓力。

        升壓控制模式下,高旁壓力調(diào)閥在自動時,壓力設(shè)定值按照冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升速率啟動曲線增加(冷態(tài)升速率啟動曲線如表2所示,溫態(tài)、熱態(tài)升速率啟動曲線如表3所示),直至達(dá)到溫態(tài)8.5 MPa,冷態(tài)6.5 MPa(視汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力而定)。熱態(tài)和極熱態(tài)情況下沖轉(zhuǎn)壓力和當(dāng)前壓力比較,取大,加限幅。

        表2 冷態(tài)升壓率

        表3 溫態(tài)、熱態(tài)升壓率

        如果燃燒減弱,控制器的輸出將減少,高旁閥門的開度也將減小。當(dāng)控制器的輸出值達(dá)到了15%,升壓率將為0。這意味著壓力不再增加,且閥門的開度不能小于5%,以確保通過受熱面的流量及均勻受熱。當(dāng)控制器的輸出值高于15%+10%,壓力將繼續(xù)增加直至最終目標(biāo)值。當(dāng)蒸汽壓力達(dá)到最終目標(biāo)值,控制模式將轉(zhuǎn)變?yōu)槎▔嚎刂啤?/p>

        2.4 定壓控制模式

        蒸汽壓力在旁路閥門控制下保持穩(wěn)定的啟動壓力6.5 MPa,汽機(jī)可以掛閘、同步轉(zhuǎn)速、帶負(fù)荷。隨著汽輪機(jī)組進(jìn)汽,旁路閥門將相應(yīng)關(guān)小。

        定壓控制模式,高旁壓力調(diào)閥在自動,遙控模式下設(shè)定值的變化率為零,閥門處于壓力設(shè)定值6.5 MPa的控制之下。當(dāng)汽輪機(jī)組進(jìn)汽時,旁路將相應(yīng)關(guān)小。當(dāng)“汽輪機(jī)同步轉(zhuǎn)速”信號發(fā)出時,旁路閥門達(dá)到最小開度位置,此時最小開度允許全關(guān)。當(dāng)旁路閥門全關(guān),“汽輪機(jī)同步轉(zhuǎn)速”信號出現(xiàn)的時候,操作模式轉(zhuǎn)為滑壓控制模式。

        2.5 滑壓控制模式

        滑壓控制模式,高旁壓力調(diào)閥在自動。壓力設(shè)定值為實際主汽壓力加上偏置ΔP 0.06倍的滑壓壓力,因此旁路閥門位于關(guān)閉位置。如果壓力波動超過設(shè)定值,或者當(dāng)壓力變化率大于設(shè)計速率時旁路閥門開啟,設(shè)定值的速率變?yōu)榱?。由于閥門打開,壓力下降而定值不變,所以瀉壓后閥門按照滑壓斜率曲線(表4)應(yīng)逐漸關(guān)小直到關(guān)閉為止。

        表4 滑壓斜率

        2.6 停機(jī)控制

        當(dāng)鍋爐熄火后,旁路關(guān)閉,以維持鍋爐蒸汽壓力。旁路閥門關(guān)閉,高旁壓力調(diào)閥在自動,操作模式切換至定壓控制模式。

        3 原邏輯存在的問題

        (1)原邏輯不能滿足機(jī)組APS啟動功能要求;

        (2)原邏輯自動控制由壓力對應(yīng)開度折線函數(shù)控制壓力,對鍋爐升壓速率適應(yīng)性差;

        (3)原邏輯自動控制策略需運(yùn)行人員干預(yù),自動化程度低。

        4 優(yōu)化后邏輯控制策略

        采用[A1]、[A2]、[A3]、[B]、[C]五種控制方式對旁路系統(tǒng)進(jìn)行自動控制,實現(xiàn)了APS功能下高旁自動控制。

        4.1 [A1]方式——旁路全關(guān)方式

        當(dāng)收到鍋爐燃燒記憶及APS來旁路投入或DCS畫面運(yùn)行人員手動點(diǎn)擊投入,高旁即進(jìn)入[A1]方式。運(yùn)行人員手動投高旁閥,高旁減溫水調(diào)閥投入自動狀態(tài),高旁壓力設(shè)定模塊自動投自動。

        [A1]方式下,高旁閥門全關(guān),高旁壓力設(shè)定模塊設(shè)定值跟蹤實際機(jī)側(cè)主蒸汽母管主汽壓力。高旁壓力目標(biāo)值:冷態(tài)6.5MPa,其他狀態(tài)8.5 MPa。

        4.2 [A2]方式——旁路閥位開度控制方式

        當(dāng)鍋爐點(diǎn)火5 min后或點(diǎn)火時機(jī)側(cè)主蒸汽母管主汽壓力已大于最大允許沖轉(zhuǎn)壓力11.8 MPa(主機(jī)說明書沒有最大沖轉(zhuǎn)壓力)點(diǎn)火后鍋爐開始升壓后,進(jìn)入[A2]方式。

        [A2]方式下,高旁壓力目標(biāo)值:冷態(tài)6.5 MPa,其他狀態(tài)8.5 MPa。壓力設(shè)定模塊設(shè)定值跟蹤實際機(jī)側(cè)主蒸汽母管主汽壓力。高旁閥1~3 min開至5%,速率:0.016 7/s;3~5 min開至15%,速率:0.016 7/s。

        4.3 [A3]方式——升壓階段,汽機(jī)沖轉(zhuǎn)至汽機(jī)控制壓力旁路全關(guān)

        當(dāng)[A2]方式持續(xù)1~10 min后(具體時間根據(jù)點(diǎn)火時主汽壓力的函數(shù)關(guān)系而確定)或主汽壓力已達(dá)到最大允許沖轉(zhuǎn)壓力11.8 MPa,進(jìn)入[A3]方式。

        [A3]方式下,高旁壓力目標(biāo)上限選擇機(jī)側(cè)主蒸汽母管壓力+0.2 MPa;高旁壓力目標(biāo)值下限選擇機(jī)側(cè)主蒸汽母管壓力-0.2 MPa與計算高旁壓力目標(biāo)值(冷態(tài)6.5 MPa,其他狀態(tài)8.5 MPa)取小;高旁壓力設(shè)定模塊發(fā)自動投自動信號,閥門開度受到低限的限制在8%~20%之間,低限是主蒸汽溫度的函數(shù),但實際上,在[A3]方式下閥門開度低限在15%~20%之間;開度高限由主汽壓力確定,在50%~100%之間。

        [A3]方式下,根據(jù)鍋爐分離器的應(yīng)力情況而確定升壓速率。高旁按照升壓速率進(jìn)行升壓(冷態(tài)、溫態(tài)升壓率如表5所示,熱態(tài)、極熱態(tài)升壓率如表6所示);當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)且機(jī)組功率大于150 MW或MFT動作,高旁閥最小閥位取消,開始收旁路至全關(guān),即開度<5%。

        表5 冷態(tài)、溫態(tài)升壓率

        進(jìn)入[A3]后,旁路閥接收升壓指令調(diào)壓力。進(jìn)入[A3]瞬間的機(jī)側(cè)主蒸汽母管主汽壓力保持與汽機(jī)要求的沖轉(zhuǎn)壓力比較,取大值作為啟動方式下的高旁壓力目標(biāo)值,即汽機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力。之后高旁壓力設(shè)定值以一定的升壓率變化,直至達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力。汽機(jī)沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)運(yùn)行:隨著汽機(jī)沖轉(zhuǎn),并網(wǎng)帶負(fù)荷,高旁閥逐漸關(guān)閉,直至高旁閥全關(guān),此時由DEH決定是否從[A3]方式轉(zhuǎn)入汽機(jī)運(yùn)行[B]方式或[C]方式。

        表6 熱態(tài)、極熱態(tài)升壓率

        4.4 [B]方式——汽機(jī)運(yùn)行模式,旁路在滑壓跟蹤方式

        進(jìn)入[B]方式后,高旁的壓力實際值疊加一定的量(1.6MPa),最高不超過29.4 MPa,使高旁完全關(guān)閉。此時,高旁進(jìn)入滑壓跟蹤方式,高旁提供保護(hù),只有當(dāng)實際主汽壓力偏高于29.4 MPa后,高旁才會溢流開出。

        當(dāng)高旁快開條件發(fā)生時,高旁快開至100%。

        4.5 [C]方式——汽機(jī)故障或停機(jī)時,旁路進(jìn)入壓力控制方式

        當(dāng)汽機(jī)因為某些故障,無法進(jìn)入全部蒸汽,旁路控制由[B]方式進(jìn)入[C]方式。

        進(jìn)入[C]方式后,高旁的壓力設(shè)定值就是機(jī)組的滑壓曲線(剔除[B]方式下疊加的量),旁路控制主汽壓力。

        降壓過程中,高旁閥門開度受到低限的限制,低限是主蒸汽溫度的函數(shù),在8%~25%之間,直到鍋爐滅火進(jìn)入[D]或[E]方式,閥門低限取消。

        5 結(jié)語

        邏輯優(yōu)化后,高旁邏輯實現(xiàn)了鍋爐點(diǎn)火后旁路系統(tǒng)全程自動控制,適應(yīng)了APS啟動過程對旁路自動控制的要求。機(jī)組的啟動性能得到了改善,機(jī)組在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)用高中壓缸啟動時,投入旁路系統(tǒng),可控制鍋爐快速提高蒸汽溫度,使之與汽機(jī)汽缸金屬溫度較快地相匹配,從而縮短了機(jī)組啟動時間,減少了蒸汽向空排放,降低了汽機(jī)循環(huán)壽命損耗,實現(xiàn)了機(jī)組的最佳啟動。

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