(沙角C電廠，廣東 東莞 523936)

1 供熱改造工程概況

為了滿足當(dāng)?shù)厝找嬖鲩L(zhǎng)的熱負(fù)荷需求，減輕小鍋爐造成的環(huán)境污染，應(yīng)當(dāng)?shù)卣囊螅Y(jié)合沙角C電廠機(jī)組的實(shí)際狀況，沙角C電廠決定對(duì)3臺(tái)660 MW亞臨界純凝機(jī)組進(jìn)行供熱改造，為附近的工業(yè)企業(yè)提供蒸汽。經(jīng)過測(cè)算用戶的最大熱負(fù)荷及預(yù)留充足的供熱裕度，確定最大熱負(fù)荷為144 t/h，每臺(tái)機(jī)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(duì)各種方案進(jìn)行比較后，考慮到日常是通過2臺(tái)或3臺(tái)機(jī)組同時(shí)供熱來滿足用戶的需求，分配到每臺(tái)機(jī)組的抽汽不大，所以本次改造工程采用從3臺(tái)機(jī)組的再熱冷段取一次蒸汽，經(jīng)減溫減壓后向廠外熱網(wǎng)管線供汽的方案。這種方案改造難度低，增加設(shè)備少，投資少，工期短，是目前在純凝機(jī)組供熱改造技術(shù)方案中使用較多的。缺點(diǎn)是再熱冷段抽汽流量受到機(jī)組安全運(yùn)行的限制，不能無限制地抽汽，導(dǎo)致不能滿足用戶巨大需求的情況。而且再熱冷段抽汽后會(huì)使進(jìn)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(jī)冷再出口引出管道，經(jīng)過1個(gè)氣動(dòng)止回閥和1個(gè)氣動(dòng)閘閥后進(jìn)入減溫減壓器，減溫減壓器后設(shè)有流量計(jì)作貿(mào)易結(jié)算用，然后經(jīng)過1個(gè)出口電動(dòng)閥后匯入熱網(wǎng)。凝結(jié)水泵出口引出一管道，經(jīng)手動(dòng)閥、流量計(jì)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入減溫減壓器作為減溫水用。氣動(dòng)止回閥前、氣動(dòng)閘閥后、減溫減壓器后設(shè)有疏水裝置，以保證蒸汽中不帶水。管道上設(shè)置有相關(guān)的測(cè)點(diǎn)用于控制、保護(hù)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(dú)立控制器卡件和I/O卡件的方式，將系統(tǒng)所有的信號(hào)和控制邏輯在新增的控制器卡件中進(jìn)行處理，并納入原機(jī)組DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控。運(yùn)行人員在機(jī)組單元控制室通過機(jī)組DCS操作員站對(duì)相應(yīng)機(jī)組供熱系統(tǒng)進(jìn)行啟停操作、正常運(yùn)行的監(jiān)控和調(diào)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(dú)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(jiǎn)潔、監(jiān)控方便、備品備件種類少的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是不能在機(jī)組運(yùn)行時(shí)進(jìn)行控制機(jī)柜的安裝調(diào)試，必須要在機(jī)組停運(yùn)的狀態(tài)下進(jìn)行，不如采用獨(dú)立PLC控制的方案靈活。

2 控制邏輯分析

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

氣動(dòng)止回閥聯(lián)鎖關(guān)的條件為機(jī)組MFT(主燃料跳閘)動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘，機(jī)組負(fù)荷小于150 MW，三者為或邏輯。無聯(lián)鎖開條件。啟動(dòng)允許條件為機(jī)組負(fù)荷大于150 MW。

氣動(dòng)閘閥聯(lián)鎖關(guān)的條件為機(jī)組MFT動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘，機(jī)組負(fù)荷小于150 MW，三者為或邏輯。無聯(lián)鎖開條件。啟動(dòng)允許條件為機(jī)組負(fù)荷大于150 MW，氣動(dòng)止回閥打開，兩者為與邏輯。

出口電動(dòng)閥聯(lián)鎖關(guān)的條件為機(jī)組MFT動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘，機(jī)組負(fù)荷小于150 MW，三者為或邏輯。無聯(lián)鎖開條件。啟動(dòng)允許條件為機(jī)組負(fù)荷大于150 MW，氣動(dòng)止回閥打開，氣動(dòng)閘閥打開，三者為與邏輯。

機(jī)組負(fù)荷小于150 MW時(shí)聯(lián)鎖關(guān)氣動(dòng)止回閥、氣動(dòng)閘閥和出口電動(dòng)閥，目的是在低負(fù)荷情況下禁止抽汽以保護(hù)再熱器，防止再熱器超溫。機(jī)組MFT動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘條件下機(jī)組已無提供蒸汽的能力，聯(lián)鎖關(guān)閉3個(gè)閥門，停止供汽。

4個(gè)疏水閥聯(lián)鎖開條件為MFT動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘，機(jī)組負(fù)荷小于130 MW，氣動(dòng)止回閥關(guān)，氣動(dòng)閘閥關(guān)，五者為或邏輯。這5個(gè)條件任何一個(gè)都有可能使供熱管道中產(chǎn)生積水，為了保證供給用戶的蒸汽的品質(zhì)，任一條件滿足時(shí)啟動(dòng)疏水。聯(lián)鎖關(guān)條件為供熱流量大于5 t/h。供熱流量達(dá)到5 t/h時(shí)，可以認(rèn)為管道中已無積水，所以設(shè)置聯(lián)鎖關(guān)閉疏水閥，以減少蒸汽的損失。無啟動(dòng)允許條件，方便運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況及時(shí)啟動(dòng)疏水閥。

2)用戶要求的蒸汽參數(shù)為230 ℃、1.2 MPa。減溫減壓器的功能就是對(duì)冷再蒸汽進(jìn)行減溫減壓，控制邏輯是圍繞著產(chǎn)生合格品質(zhì)的蒸汽來設(shè)計(jì)的。

蒸汽壓力控制功能是通過減溫減壓器自帶的調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)的。壓力控制流程簡(jiǎn)單，所以采用單回路控制，壓力偏差信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)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(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp=3，Ki=1.5，Kd=0。減溫減壓器強(qiáng)制切手動(dòng)的條件為MFT動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘，調(diào)節(jié)閥位置反饋信號(hào)壞質(zhì)量，調(diào)節(jié)閥指令和反饋偏差大于10%，這4個(gè)條件為或邏輯。

再熱冷段抽汽會(huì)減少流過再熱器的蒸汽流量，為此設(shè)計(jì)了不同負(fù)荷下供熱流量的限制邏輯，以減少對(duì)再熱器的影響，避免再熱器超溫，從而保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。表1所示為不同負(fù)荷下供熱流量限值。當(dāng)達(dá)到供熱流量的限值時(shí)，禁止減溫減壓器指令增加，同時(shí)報(bào)警提醒運(yùn)行人員注意，這樣就可以避免供熱流量的繼續(xù)增加。同時(shí)設(shè)計(jì)供熱流量小于5 t/h時(shí)禁止減溫減壓器指令減少的邏輯，防止因閥門開度小而導(dǎo)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(zhì)。

表1 不同負(fù)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(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)的，即外置調(diào)節(jié)閥的噴水進(jìn)入減溫減壓器來調(diào)節(jié)蒸汽溫度。溫度控制流程簡(jiǎn)單，所以采用單回路控制，溫度偏差信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)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(diào)節(jié)閥的指令回路。PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp=2.5，Ki=1.2，Kd=0.4。減溫減壓器強(qiáng)制切手動(dòng)的條件為MFT動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘，調(diào)節(jié)閥位置反饋信號(hào)壞質(zhì)量，調(diào)節(jié)閥和反饋偏差大于10%，這4個(gè)條件為或邏輯。

3 供熱系統(tǒng)運(yùn)行中的問題及解決思路

沙角C電廠3臺(tái)機(jī)組的供熱系統(tǒng)投入運(yùn)行后，2臺(tái)機(jī)組或3臺(tái)機(jī)組投入供熱，減溫減壓器處于自動(dòng)的情況下，有的機(jī)組減溫減壓器開度明顯比其他機(jī)組小，甚至流量會(huì)低至5 t/h。查閱這個(gè)過程的數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)正常，造成這種現(xiàn)象的原因主要是3臺(tái)機(jī)組負(fù)荷的不同步變動(dòng)引起了再熱器壓力變動(dòng)不同步，壓力的變動(dòng)引起了PID調(diào)節(jié)器的輸出變化，經(jīng)過一段時(shí)間的積累就出現(xiàn)了有的機(jī)組減溫減壓器開度很小的狀況。在穩(wěn)態(tài)下，不同機(jī)組的負(fù)荷基本一致，而不同機(jī)組抽汽流量偏差過大不利于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。特別是在供熱流量比較大的情況下，可能某臺(tái)機(jī)組提供了比較大的供熱流量，甚至達(dá)到了高限值。解決思路是在3臺(tái)機(jī)組抽汽匯入熱網(wǎng)后的一段距離處設(shè)置壓力測(cè)點(diǎn)，仍然采用單回路控制，壓力偏差信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)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(tái)減溫減壓器的指令回路。當(dāng)3臺(tái)機(jī)組減溫減壓器指令小于10%時(shí)，自動(dòng)停運(yùn)1臺(tái)機(jī)組的供熱。這種方案可以使3臺(tái)減溫減壓器動(dòng)作一致，不至于使某1臺(tái)或2臺(tái)減溫減壓器指令太小，供熱流量過低。對(duì)已經(jīng)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(shí)施改造，增加了實(shí)施的困難。對(duì)新建供熱系統(tǒng)的電廠來說，這種方案則易于實(shí)施。另一種解決思路是在1臺(tái)機(jī)組的減溫減壓器投自動(dòng)的情況下，設(shè)置10%的最低輸出，在另外2臺(tái)機(jī)組的減溫減壓器投自動(dòng)的情況下，如果指令的移動(dòng)平均值小于8%，則停止本臺(tái)機(jī)組的供熱。這種方案在機(jī)組停止供熱的時(shí)候即可修改邏輯，實(shí)施難度小。

每臺(tái)機(jī)組供熱流量是按照100 t/h的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)的，用孔板來測(cè)量差壓送入流量積算儀，經(jīng)過壓力和溫度補(bǔ)償后得出當(dāng)前流量。在節(jié)假日或者晚上，單臺(tái)機(jī)組的供熱流量經(jīng)常會(huì)低于10 t/h，甚至低至5 t/h。根據(jù)流量的計(jì)算公式，差壓值需要經(jīng)過開方后的一系列計(jì)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?yàn)閮x表的誤差是按照量程乘以儀表精度得出的，所以在測(cè)量小差壓時(shí)，儀表的絕對(duì)誤差較大。筆者經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，某廠生產(chǎn)的FC6000型通用流量積算儀的某一型號(hào)具有雙量程差壓變送器接入功能，可以接入1個(gè)低量程和1個(gè)高量程的差壓變送器，這樣就可以解決小流量時(shí)測(cè)量誤差大的問題。

4 結(jié)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(shí)也為了延長(zhǎng)機(jī)組服役壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益，很多純凝機(jī)組都有供熱改造的實(shí)際需求。

本文介紹的供熱改造控制系統(tǒng)，經(jīng)過兩年的供熱運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)改造方案經(jīng)過優(yōu)化，可以很好地滿足整個(gè)供熱系統(tǒng)運(yùn)行的要求，為整個(gè)電廠帶來了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。也為同類工程提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。特別是沙角C電廠3臺(tái)機(jī)組的供熱系統(tǒng)投入運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)的問題，同類工程在實(shí)施時(shí)需要重視。