大唐萬寧天然氣發(fā)電有限責任公司 王永宏 江 彬 吳占元 李 杰

東莞深能源樟洋電力有限公司 唐 爽 西安熱工研究院有限公司 陳志剛 王 林

1 機組簡介

某電廠擴建工程6號機組采用上海電氣制造的安薩爾多AE94.3A型9F級改進型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)、一拖一單軸、帶SSS離合器的純凝發(fā)電機組。該項目具有啟停靈活、低碳環(huán)保、清潔高效等優(yōu)點[1-3]，單套機組標準工況下出力為475MW。機組DCS和TCS控制系統(tǒng)均采用ABB（S+）系統(tǒng)。燃氣輪機主要性能參數(shù)見表1。

表1 燃機主要設計參數(shù)

為提高機組啟停效率，熱工自動控制領域提出了“一鍵啟?！钡母拍?，也即“機組自動程序啟停系統(tǒng)”[4-6]（Automatic Procedure Start-up／Shut-down，APS），本文以某電廠擴建工程6號機組為研究對象，設計優(yōu)化了機組的APS控制策略，相關經(jīng)驗可供后續(xù)同類機組參考。

2 燃機APS體系構建

2.1 結構設計

本工程機組的APS系統(tǒng)采用分級控制結構，總體上分4層，即機組控制級、功能組控制級、功能子組控制級和設備控制級。功能組控制級是APS的基石，具備獨立操作功能，為保證APS系統(tǒng)的優(yōu)良控制品質，提出以下設計原則：一是設備和閥門根據(jù)程控過程進行針對性控制，符合機組設備的啟停規(guī)律。二是多級設備應采用逐級啟動，以減輕線路壓力。三是備用按鈕待系統(tǒng)穩(wěn)定后自動投入。四是調節(jié)閥自動控制應能自動投入，并按自動設定值調節(jié)，使該系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。五是機組設備的聯(lián)鎖保護應體系化、完善化，能夠根據(jù)不同工況自動匹配閥門狀態(tài)。

機組控制級是APS的根本，銜接著各系統(tǒng)，主要遵循以下原則：一是系統(tǒng)啟動時，銜接好上下級系統(tǒng)，應避免上下級系統(tǒng)運行工況惡化。二是具備各工況的適應性，滿足機組啟停功能。

2.2 APS斷點設計

本工程機組APS共設計4步斷點：斷點1為準備系統(tǒng)啟動；斷點2為鍋爐上水及汽機抽真空；斷點3為機組啟動；斷點4為機組停運。APS斷點的組成見表2。

表2 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機組APS組成及啟停順序

3 斷點設計

3.1 準備系統(tǒng)啟動

APS依次啟動循環(huán)水系統(tǒng)、開式水系統(tǒng)、閉式水系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)、機組潤滑油系統(tǒng)、燃機輔助設備、盤車系統(tǒng)，以滿足機組啟動前準備條件。

控制難點：水系統(tǒng)空管啟動，應避免損壞管道及其支吊架。循環(huán)水系統(tǒng)設計了輔助循環(huán)水泵可提前給循環(huán)水管路注水。閉式水系統(tǒng)和開式水系統(tǒng)可提前打開水路通道通過靜壓差完成管道注水。注水放空閥均為手動閥，需要運行人員提前打開，見水關放空閥。機組再次啟動時，根據(jù)管道壓力（超過日常管道凈壓）自動判斷管道注水情況，減輕運行操作量。

優(yōu)化策略：循環(huán)水系統(tǒng)僅啟動首臺循環(huán)水泵，受季節(jié)影響不限制優(yōu)先啟動低速循環(huán)水泵。隨著負荷的升高，運行人員需要手動啟動備用循環(huán)水泵和機力冷卻塔風機。循環(huán)水系統(tǒng)可進行優(yōu)化，根據(jù)季節(jié)或者環(huán)境溫度（燃機測點）決定不同負荷下循環(huán)水泵和機力冷卻塔風機運行方式和運行數(shù)。空負荷默認優(yōu)先啟動低速循環(huán)水泵和配置機力冷卻塔通道；隨著機組負荷升高或循環(huán)水進出口溫差大，逐步啟動機力冷卻塔風機和備用循環(huán)水泵；機組降負荷停機時，逐步停機力冷卻塔風機和循環(huán)水泵。該優(yōu)化方案可實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)一鍵控制，根據(jù)工況變化規(guī)范化啟停循環(huán)水泵和機力冷卻塔風機，減輕了運行操作壓力。

機組啟動前燃機/汽機盤車應運行48h以上，而斷點1默認水系統(tǒng)和油系統(tǒng)同時運行，水系統(tǒng)啟停會造成了部分廠用電損失。斷點1可單列油系統(tǒng)按鈕，此時僅啟動閉式水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、盤車系統(tǒng)。機組準備啟動時，已完成的系統(tǒng)自動跳步，故僅啟動水系統(tǒng)。該優(yōu)化方案可增加斷點使用率，同時避免了盤車期間，水系統(tǒng)設備的啟停。

3.2 鍋爐上水、汽機抽真空

鍋爐上水系統(tǒng)和汽機抽真空系統(tǒng)并列布置，滿足斷點2啟動條件可同時進行，節(jié)約了機組啟動時間。鍋爐上水APS依次啟動凝結水系統(tǒng)、啟動低壓汽包上水系統(tǒng)、啟動高壓/中壓汽包上水系統(tǒng)以具備燃機機組啟動前條件。汽機抽真空APS依次確認輔汽系統(tǒng)正常、啟動抽真空和建立軸封系統(tǒng)。

控制難點：鍋爐空管上水和上水系統(tǒng)的協(xié)調。機組首次啟動時，汽包水位測量裝置的參比水位柱無注水回路，汽包水位的測量及監(jiān)控設備的沖洗、校正及投運需要人工介入。建議后期增加注水回路，以提高汽包水位測量的準確性。

機組正常啟動時，汽包水位測量正常，自動判斷鍋爐水側管道是否注水完成。未注水，APS自動完成鍋爐管道注水程序，開水側疏水放空閥。管道逐級注水完成后，確認注水完成按鈕，自動關閉疏水放空閥。管道已注水，疏水放空閥保持原先位置。

當汽包上下壁有溫差時，將在汽包金屬內產(chǎn)生附加熱應力，可能使汽包發(fā)生彎曲變形、裂紋，縮短使用壽命。故鍋爐上水時，需要嚴格控制汽包上水速率。根據(jù)鍋爐說明書要求，汽包最大上水速率見表2。汽包上水由給水旁路調節(jié)閥開環(huán)控制，自動匹配最佳上水速率。給水主路調節(jié)閥閉鎖關，但允許運行人員手動介入。

當鍋爐汽包上水時，鍋爐上水流量大于凝汽器補水流量，易導致凝汽器水位較低，影響凝結水系統(tǒng)的穩(wěn)定。當鍋爐主給水調閥突然打開時，鍋爐上水流量徒增，易導致凝結水壓力偏低聯(lián)啟凝結水備用泵。

鍋爐汽包大量補水時，須運行人員提前啟動除鹽水泵以保證除鹽水壓力，并提高凝汽器水位設定值。鍋爐汽包上水時，APS自動調高凝結水泵變頻器設定值以滿足汽包基本上水速率；碰到特殊工況致使凝汽器水位不足或凝結水母管壓力低時，APS系統(tǒng)自動降低汽包上水速率并閉鎖開給水旁路調閥。

機組啟動初期或末期，存在無凝結水用戶時，凝結水系統(tǒng)可具備獨立自循環(huán)功能。凝結水自循環(huán)控制參數(shù)：凝結水母管壓力為1.5MPa；凝結水再循環(huán)量為200t/h。

優(yōu)化策略：一是凝結水泵組設計為一拖二變頻器。變頻旁路柜設計KM11/12/13/21/22/23斷路器和QS11/12/21/22隔刀，目前系統(tǒng)可根據(jù)運行操作自動識別凝結水泵工頻/變頻狀態(tài)?？蓛?yōu)化為通過運行人員預選啟動泵，自動合分斷路器，匹配預選泵在變頻位，備用泵在工頻位。

二是汽包水位正常判斷，建議由固定值修改為變動值，以適應不同工況下的最佳汽包上水水位，以提高APS使用率。當給水調閥在自動時，汽包水位正常判斷值為自動設定值±50mm；當給水調閥在手動時，依舊采用原固定值。

三是機組晚上停機，鍋爐保壓運行，早上機組啟動時，中/低壓省煤器存在局部汽化現(xiàn)象。APS鍋爐上水時，給水電動閥開5s、中停60s可緩解省煤器局部汽化現(xiàn)象。

3.3 機組啟動和停止

機組APS啟動后約30min燃機啟動至額定轉速；燃機并網(wǎng)帶10MW初負荷；機組升負荷至溫控模式（鍋爐升溫升壓至汽機沖轉參數(shù)（高壓主蒸汽：8MPa，汽機推薦溫度）；汽機沖轉后：高壓過熱器減溫水調閥控制汽機最佳進汽溫度，旁路系統(tǒng)自動控制最佳進汽壓力）；燃機IGV閥打開時（約150MW），機組退出溫控模式；繼續(xù)升負荷至200MW。

機組APS停止后機組降負荷至燃機IGV關閉（約185MW）；機組進入溫控模式（維持汽機進汽壓力和溫度的穩(wěn)定）；汽機跳閘后，繼續(xù)將負荷至8MW；燃機程停。

3.4 燃機與汽機協(xié)調控制

自動完成主機DCS和燃機TCS之間的請求確認（自動投入燃機DCS模式，燃機協(xié)調模式，煙氣控制模式，旁路ASA模式并在自動等），減少運行操作量。設置機組啟/停按鈕，無縫銜接燃機負荷控制和溫控模式。

通過燃機溫控模式，協(xié)調燃機和汽機的啟動過程。溫控模式下燃機溫度輸出值根據(jù)鍋爐、汽機等需求溫度限速限幅后送至燃機。機組啟動時，溫控模式下逐步升負荷完成暖爐至汽機沖轉條件。機組停止時，溫控模式下逐步降負荷，保證汽機主蒸汽溫度的穩(wěn)定至汽機解列。

汽機啟動過程中，鍋爐高壓過熱減溫水調閥調節(jié)高壓主蒸汽溫度，其設定值取自修正后的汽機側推薦主蒸汽溫度值，自動匹配最佳的啟動參數(shù)。機組APS啟動和停機曲線如圖1和圖2所示。

圖1 機組APS啟動曲線

圖2 機組APS停止曲線

4 結論

本文以某電廠擴建工程安薩爾多AE94.3A型9F級改進型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組為研究對象，設計了機組“一鍵啟?！毕到y(tǒng)，其具有APS功能組控制級可獨立運行，并兼顧運行操作習慣；備用按鈕能自動投入；調節(jié)閥能自動調節(jié)等優(yōu)點。同時，機組的控制級斷點易靈活變通，可適應機組的各種復雜工況，顯著提高了APS的實用性和使用率，有效滿足了機組的快速啟停要求。