重慶天泰熱力有限公司 鄭鵬成

通過(guò)燃?xì)馀c蒸汽實(shí)施聯(lián)合發(fā)電的新型技術(shù)，具有投入成本低、基建時(shí)間短以及熱效率較高等優(yōu)點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)已經(jīng)得到推廣運(yùn)用，但運(yùn)行機(jī)組的自動(dòng)啟?？刂品矫孢€存在一些不足，本文主要介紹其優(yōu)化設(shè)計(jì)方向。

本廠安裝了一套“一拖一”形式、多軸布置的M701F4規(guī)格燃?xì)馀c蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，其中機(jī)島設(shè)備的燃?xì)廨啓C(jī)規(guī)格為M701F4改進(jìn)型，為雙缸、三壓、能夠進(jìn)行抽凝和抽氣調(diào)節(jié)的類型，而余熱鍋爐作為核心設(shè)備采用了菱日鍋爐的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，其整體為臥式、再熱、自然循環(huán)以及無(wú)補(bǔ)燃形式，具有高效節(jié)能且密封性良好的優(yōu)點(diǎn)，相關(guān)燃機(jī)在不同工況下的運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

表1 本廠燃機(jī)設(shè)備不同工況下的運(yùn)行參數(shù)

機(jī)組的相關(guān)輔助設(shè)備包括凝結(jié)水泵、給水泵以及閉合式冷卻水泵，其設(shè)計(jì)時(shí)按照使用和備用分別一臺(tái)原則，其容量標(biāo)準(zhǔn)皆為100%，給水泵分為高壓與中壓形式，均使用的變頻器在布置時(shí)基于“一拖一”原理，蒸汽機(jī)旁路部分容量皆設(shè)計(jì)為100%標(biāo)準(zhǔn)，可以在機(jī)組運(yùn)行達(dá)到峰值參數(shù)時(shí)使自啟停調(diào)節(jié)的速度更快[1]。

1 一鍵自啟?？刂葡到y(tǒng)（APS）的基本架構(gòu)和邏輯設(shè)計(jì)

本廠為實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的有效控制，燃機(jī)控制部分使用了三菱公司分散控制系統(tǒng)，其規(guī)格為DIASYS Netmation；單元機(jī)組和公用系統(tǒng)控制采用一套浙大中控的ECS-700P 的DCS 系統(tǒng)，分為#1機(jī)組DCS、公用系統(tǒng)DCS 等2個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，可以統(tǒng)一集中控制機(jī)組的蒸汽機(jī)、燃機(jī)、公用裝置以及余熱鍋爐等多個(gè)部分，在通訊方面采用了OPC 與MODBUS 等形式，可以對(duì)全廠的電力運(yùn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)，保證啟停功能的分散控制。APS 系統(tǒng)能夠在各項(xiàng)設(shè)備不發(fā)生故障的情況下快速“一鍵啟?！保沟脵C(jī)組的運(yùn)行反應(yīng)時(shí)間進(jìn)一步被縮短，能夠更快發(fā)出有關(guān)電網(wǎng)符合調(diào)度的操控信號(hào)，自動(dòng)控制還能避免人工操作出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能，促進(jìn)機(jī)組運(yùn)行安全系數(shù)的提升。

APS 系統(tǒng)本身的控制原理較為先進(jìn)，能夠充分結(jié)合機(jī)組本身運(yùn)行的狀態(tài)，遵循程序完成控制，確保各設(shè)備對(duì)任務(wù)的自動(dòng)執(zhí)行，針對(duì)運(yùn)行方面，其也會(huì)提前設(shè)計(jì)好控制曲線以及相關(guān)數(shù)據(jù)，確保機(jī)組運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。自動(dòng)啟?？刂频南到y(tǒng)可以圍繞兩項(xiàng)控制要求細(xì)分架構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制功能，子機(jī)組的功能等級(jí)較高。比方說(shuō)在設(shè)備啟動(dòng)或停機(jī)操作時(shí)，由主機(jī)組發(fā)出協(xié)調(diào)信號(hào)，隨后子機(jī)組則進(jìn)行閉環(huán)控制以及設(shè)備級(jí)控制。機(jī)組協(xié)調(diào)時(shí)會(huì)進(jìn)行功能預(yù)選，再導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的程序管理機(jī)制，監(jiān)測(cè)設(shè)備會(huì)實(shí)時(shí)獲取汽輪機(jī)的溫度水平，之后基于已有的公式自動(dòng)計(jì)算確定控制溫度參數(shù)、壓力參數(shù)以及功率參數(shù)等，再進(jìn)一步調(diào)節(jié)溫度、升高壓力以及進(jìn)行負(fù)荷限值確認(rèn)。

比方說(shuō)汽輪機(jī)絕對(duì)蒸汽壓力調(diào)控時(shí)，會(huì)基于下述公式進(jìn)行計(jì)算：P=P0（t/T）k，其中：t表示監(jiān)測(cè)獲取的進(jìn)口蒸汽溫度值，其單位為℃；T表示的是常規(guī)溫度，通常取273.15k；P0的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值一般取101.325kPa；k則是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值1.25。子組的相關(guān)啟停控制功能主要針對(duì)輔助運(yùn)行系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)子環(huán)，同樣基于APS 控制原理，但各個(gè)子系統(tǒng)都具有獨(dú)立性質(zhì)，運(yùn)行管理人員可以單獨(dú)進(jìn)行啟停操作，相關(guān)設(shè)備的控制還可設(shè)計(jì)聯(lián)鎖、保護(hù)以及閉鎖等條件。

2 機(jī)組自啟?？刂频膯?dòng)斷點(diǎn)設(shè)計(jì)與停機(jī)過(guò)程設(shè)計(jì)

本廠基于燃?xì)馀c蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組具體生產(chǎn)的操控運(yùn)行要求和人員行為習(xí)慣，開(kāi)展了一鍵自啟停過(guò)程的跳轉(zhuǎn)控制、斷點(diǎn)形式以及旁路等設(shè)計(jì)，使控制程序更加穩(wěn)定、靈活，對(duì)于冷態(tài)、熱態(tài)以及常溫臺(tái)機(jī)組工況啟動(dòng)和停機(jī)要求充分滿足。

2.1 啟動(dòng)斷點(diǎn)相關(guān)設(shè)計(jì)

多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組在進(jìn)行自動(dòng)控制啟動(dòng)時(shí)，共包含了以下幾項(xiàng)步驟：輔助系統(tǒng)核心設(shè)備的啟動(dòng)，將閉冷水循環(huán)系統(tǒng)、汽輪機(jī)油控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、開(kāi)式水以及凝結(jié)水控制系統(tǒng)全面啟動(dòng)；對(duì)鍋爐裝置進(jìn)行上水，凝結(jié)水裝置啟動(dòng)后會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)預(yù)加熱，之后自動(dòng)啟動(dòng)低壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)疏水和上水操作，再自動(dòng)啟動(dòng)中壓系統(tǒng)與高壓系統(tǒng)完成同樣的鍋爐上水步驟；對(duì)于自動(dòng)啟動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的操作要先完成幾項(xiàng)條件要求，如控制打開(kāi)煙囪位置的擋板，對(duì)內(nèi)部真空系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)，后者在溫態(tài)或熱態(tài)工況時(shí)可以跳過(guò)操作。

順控燃?xì)廨啓C(jī)裝置的自動(dòng)啟動(dòng)主要結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)的步驟，在自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)先開(kāi)展清吹，之后點(diǎn)火，最后則進(jìn)行升速，運(yùn)行轉(zhuǎn)速的標(biāo)準(zhǔn)為每分鐘3000r；進(jìn)行真空系統(tǒng)啟動(dòng)并投用相關(guān)軸封，在燃?xì)廨啓C(jī)正式點(diǎn)火之后，低壓、中壓及高壓系統(tǒng)會(huì)對(duì)壓力、溫度進(jìn)行調(diào)高，同時(shí)開(kāi)展暖管操作，在自動(dòng)啟停的要求下，確保主要蒸汽機(jī)部分條件滿足投用軸封的需求，在真空系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟時(shí)如果機(jī)組為冷態(tài)工況，則可以直接跳過(guò)該環(huán)節(jié)；達(dá)到汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)的要求，從旁路啟動(dòng)著手，在并網(wǎng)條件下通過(guò)低壓、中壓以及高壓系統(tǒng)調(diào)高壓力、升高溫度，以確保汽輪機(jī)的穩(wěn)定沖轉(zhuǎn)；進(jìn)行自動(dòng)調(diào)高負(fù)荷，結(jié)合外部控制的要求對(duì)負(fù)荷投入，在逐漸將機(jī)組負(fù)荷升高到基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)即可[2]。

在多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的自動(dòng)啟停操作中可以發(fā)現(xiàn)，其實(shí)施啟動(dòng)或停機(jī)控制時(shí)都要對(duì)各類工況進(jìn)行考慮，其實(shí)際要求存在差異，因而需要在APS 系統(tǒng)科學(xué)設(shè)置“斷點(diǎn)”及“旁路”。本廠機(jī)組運(yùn)行的APS 系統(tǒng)斷點(diǎn)數(shù)量為5個(gè)：首個(gè)斷點(diǎn)在完成鍋爐裝置上水操作后，由運(yùn)行管理人員接收調(diào)度信號(hào)，之后對(duì)機(jī)組進(jìn)行“一鍵啟動(dòng)”；當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)達(dá)到穩(wěn)定啟動(dòng)的要求后可以設(shè)置斷點(diǎn)，安排專業(yè)人員人工檢查判斷燃?xì)廨啓C(jī)條件，再進(jìn)行自動(dòng)啟動(dòng)；鍋爐裝置的壓力與溫度達(dá)到投用軸封的標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘3000r 后設(shè)置斷點(diǎn)，讓專業(yè)人員對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行檢查確認(rèn)，再順利進(jìn)行軸封投入；在燃?xì)廨啓C(jī)帶負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行階段，確認(rèn)鍋爐壓力、溫度參數(shù)達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)要求后設(shè)置斷點(diǎn)，安排人員對(duì)汽輪機(jī)狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)并實(shí)施啟動(dòng)；在聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行機(jī)組增加負(fù)荷到充滿狀態(tài)時(shí)設(shè)置斷點(diǎn)，等待其運(yùn)行穩(wěn)定。

“旁路”主要設(shè)計(jì)三部分系統(tǒng)：一是機(jī)組處于冷態(tài)工況時(shí)的自動(dòng)開(kāi)啟控制旁路，在燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行真空系統(tǒng)投用前進(jìn)行，若為其他工況則啟動(dòng)時(shí)可以直接跳過(guò)；二是機(jī)組處于熱態(tài)或穩(wěn)態(tài)工況時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟控制旁路，在汽輪機(jī)投用軸封之后進(jìn)行，等待真空系統(tǒng)的進(jìn)一步投入，若為冷態(tài)則可忽視；三是機(jī)組處于冷態(tài)工況且并網(wǎng)低負(fù)壓時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟控制旁路，進(jìn)行暖機(jī)操作，若其他工況則可以跳過(guò)。值得注意的一點(diǎn)是，在調(diào)試APS 系統(tǒng)的各項(xiàng)功能時(shí)，本廠的鍋爐系統(tǒng)自啟動(dòng)功能尚存在不足，因此啟動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)裝置后，機(jī)組會(huì)處于空載且全速運(yùn)行的狀態(tài)當(dāng)中，之后會(huì)通過(guò)高壓系統(tǒng)的蒸汽作用逐步提高壓力值、溫度值，為后續(xù)軸封控制奠定基礎(chǔ)，因而這時(shí)的汽輪機(jī)旁路在啟動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)有所不同[3]。

2.2 停機(jī)過(guò)程具體設(shè)計(jì)

機(jī)組自動(dòng)停機(jī)步驟包括：降低負(fù)荷至IGV 小于0%；啟動(dòng)汽輪機(jī)和鍋爐裝置旁路控制，疏水系統(tǒng)也納入控制；順序“一鍵停機(jī)”，解列惰走、順控燃?xì)廨啓C(jī)直至熄火；停用鍋爐、中壓和高壓系統(tǒng)，隨后低壓系統(tǒng)和凝水預(yù)加熱裝置；輔助系統(tǒng)停機(jī)，包括軸封、真空系統(tǒng)，關(guān)閉煙囪擋板。

在汽輪機(jī)停機(jī)控制，解除排氣壓力比控制裝置，隨后解除溫度控制裝置，負(fù)荷達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，切除溫度裕度。斷開(kāi)并網(wǎng)連接，投入轉(zhuǎn)速控制器，開(kāi)啟疏水子機(jī)組。燃機(jī)停機(jī)需保無(wú)功負(fù)荷不超3MVar，有功不超2MW。發(fā)電機(jī)分閘關(guān)閉，停止勵(lì)磁系統(tǒng)和天然氣子機(jī)組，間隔時(shí)間停止余熱鍋爐。

整個(gè)停機(jī)自動(dòng)操控的機(jī)制中，還會(huì)劃分為保留或不保留凝結(jié)水兩類停機(jī)模式，前者屬于短暫停運(yùn)，會(huì)將主要設(shè)備停機(jī)，但凝結(jié)水系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)等還會(huì)在停機(jī)時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，優(yōu)點(diǎn)是可以在下次啟動(dòng)時(shí)縮短反應(yīng)時(shí)間，在長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)的需求下會(huì)采用不保留凝結(jié)水的自動(dòng)停機(jī)操作模式，其會(huì)完成各種停機(jī)任務(wù)，包括真空系統(tǒng)的停運(yùn)破壞、軸封停運(yùn)以及降低負(fù)荷等[4]。

3 一鍵自啟停控制系統(tǒng)（APS）的優(yōu)化改進(jìn)方向

本廠因?yàn)閷?shí)施基建的周期較短且實(shí)際建設(shè)工作量巨大，故而在以往設(shè)計(jì)搭建多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組一鍵自啟停控制系統(tǒng)時(shí)存在不足，通過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)了各類問(wèn)題，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性欠佳，因此本次研究提出了以下幾種優(yōu)化改進(jìn)的做法。

3.1 汽輪機(jī)疏水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整

在自動(dòng)啟停汽輪機(jī)疏水系統(tǒng)時(shí)，可以針對(duì)實(shí)際觸發(fā)條件進(jìn)行修正，設(shè)置為未進(jìn)行燃機(jī)壓力與溫度升高條件的斷點(diǎn)操作時(shí)進(jìn)行順控第二步驟的啟動(dòng)。確保汽機(jī)實(shí)現(xiàn)送汽操作前能切實(shí)排出機(jī)組內(nèi)的所有積水，以防止后續(xù)供汽運(yùn)行時(shí)管道出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)問(wèn)題，促進(jìn)汽機(jī)的安全運(yùn)行，同時(shí)為了進(jìn)一步節(jié)約運(yùn)行成本，也可對(duì)疏水門的啟閉間隔時(shí)間進(jìn)行縮短[5]。

3.2 針對(duì)汽輪機(jī)預(yù)暖溫度不達(dá)標(biāo)實(shí)施改進(jìn)

預(yù)暖參數(shù)偏低，機(jī)組預(yù)暖效果不佳。針對(duì)分軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，為提高機(jī)組的冷態(tài)啟動(dòng)速度，設(shè)計(jì)要求預(yù)暖蒸汽為300～360℃，而配套的啟動(dòng)鍋爐輔助蒸汽最高240℃，對(duì)預(yù)暖存在一定的影響。沖轉(zhuǎn)前高壓外缸膨脹量9.3mm，和同類型機(jī)組相比明顯偏低。對(duì)于預(yù)暖階段做如下優(yōu)化。

預(yù)暖初期（高壓外缸溫度約小于150℃）：維持通風(fēng)閥關(guān)閉，按原預(yù)暖操作控制金屬溫升率，最終將預(yù)暖調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，提高缸內(nèi)蒸汽壓力。由于機(jī)組預(yù)暖初期金屬溫度的提升主要取決于相變蒸汽的凝結(jié)放熱，提高缸內(nèi)蒸汽壓力可提高飽和溫度，從而提高機(jī)組的暖機(jī)溫度。

預(yù)暖初期，維持通風(fēng)閥關(guān)閉，按原操作控制金屬溫升率，最終將預(yù)暖調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，提高缸內(nèi)蒸汽壓力。預(yù)暖中期，開(kāi)啟通風(fēng)閥，全開(kāi)預(yù)暖調(diào)節(jié)閥，加大蒸汽流量，利用真空冷卻金屬。暖機(jī)轉(zhuǎn)速不超過(guò)600rpm。預(yù)暖后期，余熱鍋爐旁路循環(huán)，降低噴水開(kāi)度，提高再熱冷段溫度。再熱冷段溫度高于輔助蒸汽約10℃后，切換至再熱冷段預(yù)暖高壓缸。預(yù)暖系統(tǒng)在并網(wǎng)前切除[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)多軸規(guī)格的燃?xì)馀c蒸汽聯(lián)合循環(huán)生產(chǎn)的運(yùn)行機(jī)組，為保證其運(yùn)行效率得到提高，還需優(yōu)化設(shè)計(jì)自動(dòng)啟停的系統(tǒng)，切實(shí)實(shí)現(xiàn)“一鍵啟停”。由本文分析可知，機(jī)組APS 系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)方向包括：汽輪機(jī)疏水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整；針對(duì)高壓、中壓以及低壓主汽升溫升壓實(shí)施改進(jìn)。