火力发电厂纯凝机组供热改造中控制系统设计分析.pdf

第3 8卷 第 1 期 2 0 1 6年 1月 华 电技 术 Hua d i a n Te c h n o l o g y V0 l _ 38 No． 1 J a n ． 2 0 1 6 火力发 电厂纯凝机组供 热改造 中控制 系统 设计分析 刘兵 ， 盖 东飞 ， 1 ． 华电章丘发电有限公司， 济南2 5 0 2 1 6 ； 2 ． 山东电力工程咨询院有限公司， 济南2 5 0 0 1 3 摘要 火电厂中小型纯凝机组存在效率低、 煤耗高、 污染大等问题， 经济效益不很理想， 而中小热电联产机组关闭后形 成的供热负荷缺口又亟需填补。为适应形势变化， 近几年大量的纯凝机组陆续转型为抽凝式热电联产机组。以某电厂 容量为 2 2 2 5 MW 2 3 0 0 MW的机组为例， 针对亚临界纯凝机组供热改造中存在的问题， 选取控制系统和控制逻辑的 设计进行分析， 并给出针对性建议。 关键词 火力发电厂； 纯凝机组； 供热改造 ； 热电联产； 控制系统 中图分类号 T M 6 2 1 ． 8 文献标志码 1 3 文章编号 1 6 7 41 9 5 t 2 0 1 6 O 1 0 o 2 2一 O 3 0 引言 目前 ， 我 国正处于工业化和城镇化加速发展 的 时期， 随着城市的发展和人民居住条件的改善， 热负 荷需求不断增加 ， 而大部分城市供热仍以老小型热 电 、 集 中锅炉房 、 分散小锅炉， 甚至单户采暖为主， 集 中供热普及率低 、 能耗高、 环境污染严重 ， 急需改造。 电力需求与供给的矛盾已趋于缓和 ， 从宏观调控 出 发 ， 每年需要的火电装机有一定限度 ， 电网不可能容 纳这么多的热电厂上 网。由于大部分老小型热 电机 组技术水平相对较差 ， 机组效率低 ， 发 、 供 电标准煤 耗高， 经检测鉴定允许延长使用寿命时 ， 在缺乏其他 高效热源的条件下 ， 改为供热机组仍可取得一定的 节能、 环保 和经济效益。这些机组与所在供 电地区 新建设的大容量、 高效率纯凝机组相 比， 发 、 供 电标 准煤耗仍有较大差距 ， 均面临“ 上大压小” 的压力 ， 需要找到生存 的出路。纯凝机组供热改造不但可以 解决热源问题 ， 不 占电力平衡指标 ， 而且能够延长机 组使用寿命 。 1工程概 况 某电厂现容量为 22 2 5 Mw 2 ． 3 0 0 MW， 2台 2 2 5 MW 机组 因设备 老化、 电网负荷 等原 因年发 电 1 ． 4 4 6 P W h ， 设备利用小时数为 3 2 1 5 h 。综合供电 煤耗为 3 7 5 ． 3 9 g ／ k W h ， 厂用电率 1 0 ． 3 9 ％ ， 能耗 指标越来越高， 呈现逐年递增趋势 ， 与国家节能降耗 要求的差距越来越 大， 已不能满足国家对 电力企业 的要求。随着设备的老化 ， 机组性能严重下降， 设备 收稿 日期 2 0 1 40 3 2 0 ； 修 回日期 2 0 1 5一I i一 2 0 运行经常出现不稳定状态 ， 2台机组经常停用检修 ， 并曾连续停用达 3个月之久 ， 严重影响机组的安全 、 经济运行 ， 并给电网安全带来不利 因素。因此 ， 拟拆 除二期工程 2 2 2 5 MW 燃煤机组并对三期工程 2 3 0 0 M W 机组进行改造。 为满足该地 区 E t 益增长的热负荷需求 ， 缓解供 热紧张局面， 发展热电联产改善城市环境 ， 节能减排 并提高能源利用率 ， 该 电厂计划将三期 2台 N 3 0 0 1 6 ． 7 ／ 5 3 8 ／ 5 3 8型 3 0 0 MW 凝汽式汽轮机改造为抽汽 凝汽式机组 。 纯凝机组供热改造设计方案 额定调整抽汽压 力 ， 0 ． 9MP a ； 最大调整压力 ， 1 ． 0M P a ； 可调整抽汽压 力 ， 0 ． 8～1 ． 0MP a ； 抽汽温度 ， 约 3 3 5 q C； 2台机组最 大供热抽汽量 ， 6 0 0 t ／ h ， 其中 2 0 0t ／ h为工业用汽 ， 不 回收 2改造方案 根据汽轮机厂热平衡分析 ， 此次改造工程将热 负荷确定为 23 0 0t ／ h 非采暖期抽汽量为 21 0 0 t ／ h ， 全部为工业用汽 ， 回水率为 0； 采暖期 总抽汽量 为 2 3 0 0 t ／ h ， 工业用汽量 21 0 0 t ／ h， 回水率为零 ， 采暖用汽量 2 2 0 0 t ／ h ， 回水率为 6 0 ％。 抽汽供热系统工艺原理如图 1 所示。抽汽管道 采用母管制布置， 从 中压缸排汽出口的中 、 低压缸连 通管上引出 1 根抽汽管道作为采暖供热汽源， 连通 管上安装 1 个抽汽调节蝶阀 ， 抽汽 口位置在蝶 阀之 前 ， 通过调整抽汽调节蝶 阀开度维持一定 的供热压 力。抽汽管 自连通管引 出后依次加装逆止阀 、 安全 阀、 快关调节 阀、 电动闸阀。单机抽汽引出后在汽轮 机 厂房 出口处合并为供热母管 ， 供热母管引出 1路 第 1期 刘兵 ， 等 火力发电厂纯凝机组供 热改造中控制 系统设计分析 2 3 5机 组 压缸 气动逆 止 阀 快关调 节蝶阀 围墙 电动 闸阀 一 一⋯ r - 一 一 对外供热 j 出口流量 l 化 学水补 水调 节阀 供热 除氧 器 电动调 节 阀 单机抽 汽流量 至主机除氧器 图 1 抽汽 供热 系统工艺原理 支管作为供热除氧器的加热用汽， 在支管后的母管 上安装有流量计量装置 ， 作为供 热贸易结算计量 的 依据。 热 网采暖凝结水 回水也采用母 管制 ， 采 暖回水 由厂外 回至厂内的大气式旋膜供热除氧器 ， 除氧后 通过凝结水 回水母 管送 至每 台机组 的主机除氧器 ， 回水量由单机控制系统负责调节。 供热设备控制的实现根据设备的功能、 系统进行 划分， 公用回水除氧器部分的设备信号接入公用分散 控制系统 D C S ， 在公用 D C S中设计控制逻辑， 利用 网关将信号接入 2台机组的 D C S中， 单机运行人员 通过操作权限的获取来实现对公用部分设备的控制 。 单机抽汽及回水部分的设备信号则分别引入单机的 D C S ， 由单机的控制系统进行控制 、 调节。 抽汽管道上装设具有快关功能的液控蝶 阀和气 动逆止阀各 1 个 电动闸阀作 为汽轮机 防进水 的第 1级保护 ； 气 动逆 止阀作 为防止 汽轮机突然甩负荷 后的超速保护 ， 兼防止汽轮机进水事故 的第 2级保 护。在抽汽管道上还装有 2个安全阀用于保护汽轮 机 ， 防止汽轮机超压 。 大气式旋膜除氧器加热用蒸汽来 自对外供汽管 道 ， 为防止汽轮机进水和冷蒸汽对设备造成损坏 ， 加 热蒸汽管道上设有必要 的止 回阀及 关断用 电动 闸 阀。除氧器下面设一供热凝结水 回水水泵坑 ， 水泵 坑里布置有 3台 5 0 ％容量 的供热凝结水 回水泵 ， 除 过氧的凝结水经此 回水泵升压后 ， 回水至主厂房 内 的除氧器。在主厂房内的回水管道上设有流量测量 装置和流量调节 阀， 回水 流量与抽汽管道 的流量信 号形成联锁 ， 通过回水流量调节 阀来控制每 台机组 的回水量。 3 主要控制 系统逻辑 为保证主机及供热系统的安全运行 ， 与汽轮机 厂 、 汽轮机数字 电液控制系统 D E H 程控厂家及调 试单位等共同研究制定 了系统的控制逻辑及保护定 值。整个控制系统主要分为抽汽供热逻辑 、 抽汽凝 结水回水系统逻辑两部分。其中， 抽汽供热逻辑包 括抽汽控制 、 抽汽压力 回路调节 、 抽汽逆止 阀控制 、 抽汽电动闸阀控制、 抽汽液动调节快关阀控制、 供热 抽汽连通管调节阀、 抽汽退出、 供热控制基本保护等 子系统控制逻辑 ； 抽 汽凝结水 回水系统逻辑包括凝 结水 回水除氧器水位及压力控制、 凝结水 回水泵控 制、 高压除氧器控制等子系统闭环控制逻辑。 为保 证机 组 安全 运行 ， 当抽 汽压 力小 于 0 ． 8 M P a时应退出抽汽 ， 而抽汽压力 中排压力 超压不 需要停机 ， 在供热工况下不需要监视连通管管后进 入低压缸的蒸汽压力 ， 连通管液压快关调节 阀全关 时 ， 应保证低 压缸 最小通 流量 的快关 阀前压 力为 0 ． 8 MP a 。 针对 D E H 主机保 护功能 ， 确定 了供热投 人 、 切除条件 机组并 网后 ， 负荷大于 1 8 0 MW 时才 能抽汽 ； 供热抽汽投入后 ， 负荷低于 1 4 5 MW 延时 5 S 时 自动退出抽汽控制。供热投切信号逻辑如 图 2 所示 图 2供热投切信 号逻 辑 抽汽控制投入且抽 汽在 自动控制 时主机高调 门、 供热抽汽连通管调节阀实现联动调节 ， 主机高调 门与供热抽汽连通管调节阀单 向动作 同向动作 ， 操作人员在联动调节范 围内增减 负荷 时， 抽汽压力 基本维持不变 。当操作人员增减 抽汽压力时 ， 通过 D E H电功率 回路或协调控制 回路保 持负荷 基本不 变。D E H投入抽汽控制后 ， 调节级压力 回路不能投 入。快速减负荷 R B 发生后 ， 抽汽压力 回路 自动退 出 ， 停止对外供汽。在未投抽汽压力回路时， 抽汽的 目标及给定类似负荷控制的阀位方式， 目标值和给 定值为一计算值 ， 不代表实际要求 的抽汽压力 。控 制逻辑如图 3所示 ， 图中 C C S为协调控制系统。 当机组投入抽汽控制后 ， 抽 汽压力控制在牵连 2 4 华 电技 术 第 3 8卷 藕 嚣考 H m H 耦合l l 系数l 图 3控制逻辑 调节 的同时实现闭环调节 ， 保证抽汽压力稳定。当 D E H检测到抽 汽压力信号故 障时会 自动切 除该 回 路 ， 在故障未消除前无法投回路。当该回路投入时， 抽汽目 标给定值跟踪当前抽汽压力值， 抽汽 目标给 定值 即为要求 的抽汽压力值 ， 自动状态下 ， 运行人员 可设定抽汽压力值及调压速率 ， 确认后控制系统 自 动按设定的速率调整供热压力至给定值。抽汽投入 后 ， 抽汽 口最 大允许抽汽压力为 0 ． 9 5 M P a ， 大于此 压力 D E H闭锁增指令 ； 极限压力值为 0 ． 9 7 MP a ， 大 于此压力 D E H切除供热， 供热抽汽保护动作。在抽 汽投 入 的 情 况 下 突然 解 列 ， 超 速保 护 控 制 单 元 O P C 动作时先关闭供热抽汽连通管调节 阀， 再延 时打开， 避免因供热突然切除， 连通管液控蝶阀全 开， 增加机组低压缸进 汽量而引起 机组超速。为防 止抽汽倒灌 ， 在供热抽汽连通管调节阀打开前 ， 逆止 门应关闭。当机组在 自动发 电量控制 AG C 方式 下运行时， 为优先保证机组采暖供热 ， 按照“ 以热定 电” 的原则， 供热负荷作为前馈信号参与锅炉主控； 当供热负荷变动时 ， A G C指令降至 1 8 0 MW 或超过 2 7 0 MW， 自动切除 A G C， 汽轮机主控切手动 ， 维持一 定的供热压力 。 4改造过程中的主要问题 受供热量的影响 ， 对外供热管道的尺寸较大 ， 直 径达到 1 2 0 0 m m， 流量测量装置选用了传统的孑 L 板 ， 由于流量孑 L 板尺寸较大， 目前 国内计量检定部 门还 没有合适的设备对孔板进行实流标定 ， 流量测量 的 准确性完全依靠孔板制造厂家的设计 、 加工能力 ， 供 热流量结算时存在一定的争议。针对此问题， 可考 虑根据实际供热量的大小增加供热旁路管道及流量 计量装置 ， 根据供热量的大小选用合适量程的供热 管道进行供热 ， 同时 因旁路供热管道的管径相对较 小 ， 安装 的流量计量装置可通过实流标定 的方式确 定计量 的准确 性， 从 而减少 供热 计量方 面存 在 的 争议 5 结论 供热改造需根据电厂 自身情况及周 围用 电和用 汽环境 ， 在确定对外供汽的压力和流量基础上 ， 因地 制宜地制定改造方案。该项 目利用现有场地， 具有投 资少 、 周期短 的特点 ， 而且可在 机组大修时间完成。 改造过程既要重视抽汽供热的效率， 又要保证机组运 行的安全性 ， 该项 目改造完成后 已安全运行近 2年 ， 不仅提高了电厂运营效益， 而且大大缓解了当地的采 暖用汽及工业用汽需求， 社会和经济效益 良好。 参考文献 [ 1 ] 马呈霞， 张丽娟， 张世才， 等． 3 0 0MW纯凝机组改造为供 热机组的控制研究及应用[ J ] ． 中国电力， 2 0 0 9 ， 4 2 2 6 4 6 6． [ 2 ] 许明姝． 1 0 0MW 机组供热 自动控制系统改造[ J ] ． 山东 电力技术， 2 0 0 3 5 7 6 7 8 ． [ 3 ] 杨旭中． 凝汽轮机组改供热的几个问题[ J ] ． 电力勘测设 计 ， 2 0 0 8 6 3 8 4 0 ． 本文责编 白银雷 作者简介 刘兵 1 9 6 7 一 ， 男， 山东章丘人， 工程师， 从事火电厂控 制系统 的检修及运行维护工作 E m a i l 1 5 8 0 0 6 3 3 8 6 q q ． c o m 。 盖东飞 1 9 7 6 一 ， 男， 山东莱阳人， 高级工程师， 从事火 电厂控制系统设计方面的工作 E m a i l g a i d f 1 6 3 ． t o m 。 ● ● ● ● ●● ● ● ●● ● ● ● ● ● ●● 。 ● ● ● ● ● ● ‘● ●● ● ● ●● ● ● ● ●● ● ● ●● ● ● ● ● ● 上接 第 2 1页 如要进一步提升可靠性 ， 可以考虑再增加 1只 功率变送器 ， 如 5功率变送器。运算 逻辑考虑 如 下 对 1 ， 2 功率变送器信号“ 取高” ， 3和 4功 率变送器信号“ 取高” ， 将取高后得到的 2 个输出信 号再与 5功率变送器 的输 出信号 “ 三取 中” 作 为 T C S逻辑合成计算结果 。 6 结论 燃气轮机控制系统即使 已经稳定运行多年 ， 也 不能就此认为系统 已尽善尽美 ， 不存在需要完善和 改进之处。尤其是一些外围关键信号回路和逻辑回 路的设计 ， 有可能存在不太合理的情况 ， 需要引起充 分的关注， 并结合实际情况及时予以修改完善。 本文责编 刘芳 作者简介 赵军华 1 9 6 6 一 ， 男， 江苏溧阳人 ， 高级工程师， 大型燃 气轮机电厂技术主管， 从 事燃气轮机电厂技术管理工作 E ma i l z j h c o m 6 6 1 2 6 ． t o m 。