超臨界630MW機組供熱節(jié)能降耗的實施及控制技術優(yōu)化

　　【摘 要】本文簡述了在火力發(fā)電廠超臨界機組改造供熱機組后在中壓缸排汽處進行抽汽，抽汽后機組的控制和供熱首站設備的控制對機組正常運行的安全可靠性及供熱設備的控制技術優(yōu)化提出可行性解決方案，以提高供熱系統(tǒng)控制的可靠性和機組運行的安全性，為大型火力發(fā)電機組節(jié)能改造和供熱機組提供較好借鑒。

　　0、前言

　　隨著國家對燃煤發(fā)電廠煤耗技術的要求，節(jié)能技術已經(jīng)開始在各火力發(fā)電廠得以應用，直接影響到社會效益、企業(yè)的經(jīng)濟效益。本文以河南華潤電力首陽山有限公司二臺630MW超臨界燃煤機組改造為供熱機組為例，詳細闡述通過供熱來降低煤耗，提高機組的熱利用率，供熱改造對主機安全性的影響及供熱首站設備控制優(yōu)化和完善及控制系統(tǒng)的相關問題。

　　1、供熱改造實施

　　1.1 中排供熱改造部分

　　本次采暖供熱改造是從中低壓聯(lián)通管上加裝三通，并在抽汽聯(lián)通管三通后加裝調(diào)節(jié)蝶閥實現(xiàn)可調(diào)整供熱;中排抽汽額定供熱抽汽量300t/h，最大供熱抽汽量400t/h;抽汽壓力范圍0.60-1.0Mpa，供熱溫度360-380℃。抽汽管道上增設逆止閥、快關閥、安全閥等滿足供熱工況運行的要求;

　　1.2 熱網(wǎng)供熱首站循環(huán)水系統(tǒng)流程及主要設備

     熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)流程簡介：來自#1機組或#2機組的蒸汽對通過熱網(wǎng)加熱器的循環(huán)水進行加熱后，通過熱網(wǎng)循環(huán)水泵(熱網(wǎng)電動液偶循環(huán)水泵和熱網(wǎng)汽動循環(huán)水泵)供給城市熱負荷用戶,如圖所示熱網(wǎng)首站主要設備及循環(huán)水系統(tǒng)流程。

　　熱網(wǎng)首站內(nèi)設置#1、#2、#3熱網(wǎng)高壓加熱器、 #1、#2熱網(wǎng)低壓加熱器、#1、#2、#3熱網(wǎng)高壓加熱器疏水泵、 #1、#2熱網(wǎng)低壓加熱器疏水泵、熱網(wǎng)電動液偶循環(huán)水泵、#1、#2、#3熱網(wǎng)汽動循環(huán)水泵、#1、#2熱網(wǎng)補水泵及相關設備和設施。

　　2、抽汽改造對汽輪機本體的影響

　　2.1 回熱系統(tǒng)的影響

　　抽汽后，由于抽汽參數(shù)的變化，將對加熱器產(chǎn)生影響。經(jīng)過計算，抽汽后的抽汽管道流速變化不大，可以認為抽汽對加熱器的運行及抽汽管道基本不會產(chǎn)生較大影響，抽汽后回熱系統(tǒng)仍能保持正常運行。

　　2.2 軸向推力校核影響

　　供熱抽汽后，通流級反動度及部分輪轂上承受的壓力發(fā)生變化，從而引起軸向推力發(fā)生變化。經(jīng)計算，抽汽后，軸向推力有所下降，總推力有負向增大的趨勢。在較低工況抽汽時，將會產(chǎn)生零推力或負向推力，因而需對最低供熱負荷提出限制，我司要求最低投供熱電負荷為420MW，即在此負荷以上方允許投入供熱，以避免產(chǎn)生零推力或負向推力，并確保抽汽管道的安全，避免影響機組的運行安全。

　　3、中排供熱設備控制優(yōu)化分析

　　3.1中排抽汽被控對象分析

　　中排調(diào)整抽汽主要原理是通過控制連通管上蝶閥的開度，從而改變由連通管通向兩個低壓缸的進汽量，以滿足抽汽供熱的需求。在冷凝工況運行，蝶閥全開時中壓缸排汽通過連通管進入低壓缸。當需要抽汽時，關小蝶閥，使一部分中壓缸排汽由連通管上接出的抽汽管道轉(zhuǎn)移到熱網(wǎng)。

　　3.2中排抽汽調(diào)節(jié)控制分析

　　抽汽調(diào)節(jié)屬于獨立調(diào)節(jié)與汽輪機原有功頻DEH 調(diào)節(jié)系統(tǒng)不牽聯(lián)，蝶閥由智能電動執(zhí)行器直接控制，對應調(diào)整蝶閥開度從零到全開，根據(jù)抽汽壓力給定和實測抽汽壓力，我們在DCS設置單回路控制，對閥門輸出進行速率限制使閥門控制比較平穩(wěn)，抽汽調(diào)壓系統(tǒng)與功頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了機內(nèi)蒸汽熱力參數(shù)的內(nèi)部聯(lián)系外，外部沒有任何聯(lián)系。兩者之間是互為獨立的。功頻系統(tǒng)只控制高、中壓調(diào)門。抽汽調(diào)壓系統(tǒng)只控制蝶閥，不因為抽汽壓力和抽汽量的調(diào)整而直接改變高中壓調(diào)門的閥位開度。

　　通過DCS使蝶閥執(zhí)行機構逐漸關小，抽汽壓力逐漸提高，待抽汽壓力略高于熱網(wǎng)抽汽母管內(nèi)的壓力值時，開啟供熱抽汽快關閥、逆止閥，逐漸開啟抽汽供熱的電動碟閥，接帶熱負荷，調(diào)整抽汽點壓力到所需壓力，使供熱碟閥投入熱網(wǎng)調(diào)節(jié)。我們在DCS系統(tǒng)中設置自動調(diào)壓回路自動調(diào)整蝶閥開度，保證供熱負荷，維持給定抽汽壓力。若機組在供熱工況下甩負荷，此時DCS接受信號，關閉供熱抽汽逆止閥及供熱抽汽快關閥，機組維持空轉(zhuǎn)，整個過程由調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動控制。

　　3.3中排供熱調(diào)節(jié)碟閥邏輯優(yōu)化

　　首先我們對抽汽調(diào)節(jié)閥投自動進行了優(yōu)化，在以下條件滿足情況下抽汽調(diào)節(jié)閥投入自動：電動隔離閥全開、氣動逆止閥全開、液動快關閥全開、供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥前壓力三個信號都正常、供熱按鈕已投入全部滿足。自動時閥門閥位指令低限由原來的5%調(diào)整到20%，來保證抽汽時閥門誤關對主機造成沖擊，保證低壓缸最小的進汽量，來減小因熱網(wǎng)出現(xiàn)故障供熱退出影響整個機組的安全，保證主機的安全運行。

　　調(diào)節(jié)閥自動運行時我們對被調(diào)量的壓力設定值進行了優(yōu)化，壓力設定值SP由運行人員根據(jù)需要操作DCS手動重新設定與東汽廠家給定的主蒸汽流量與抽汽壓力關系曲線設置值(加偏置)，然后取兩者低值(如下圖所示)給出適合滿足熱負荷需求的壓力給定值，避免了運行期間熱網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障和擾動時給定壓力設定不當引起閥門的大幅度擺動，影響機組的安全穩(wěn)定運行。

　　4、供熱首站設備控制優(yōu)化分析

　　4.1熱網(wǎng)首站加熱器汽側(cè)控制方式

　　大型熱網(wǎng)首站采用母管制系統(tǒng)較少，主要有以下原因：1)供熱蒸汽母管運行，一臺機組調(diào)度調(diào)整負荷時引起抽汽壓力波動，會影響到另一臺組的抽汽量和負荷，運行調(diào)整困難;2)由于蒸汽側(cè)流量孔板測量精度較差，母管制運行模式下兩臺機組疏水回水很難與供汽量調(diào)整到一致，而且需要根據(jù)負荷波動一直調(diào)整;疏水泵出口調(diào)節(jié)閥跟蹤熱網(wǎng)加熱器液位調(diào)節(jié)、還是跟蹤供汽量和疏水回水量調(diào)節(jié)難以選擇;3)單臺熱網(wǎng)加熱器事故、或一臺機組事故時對另一臺機組也有影響，會引起連鎖反應。綜上所述，我司采用擴大單元制系統(tǒng)，既滿足相互供汽的要求，又避免兩臺機運行和事故工況的相互影響。

　　我司#1、#2、#3熱網(wǎng)高壓加熱器汽側(cè)采用擴大單元制，#1機組對應#3熱網(wǎng)高壓加熱器，#2機組對應#1熱網(wǎng)高壓加熱器，中間的#2熱網(wǎng)高壓加熱器通過閥門切換可由#1機組或#2機組供汽;正常運行時，#1機組帶#3熱網(wǎng)加熱器和#1、#2、#3熱網(wǎng)循環(huán)水泵汽輪機，#2機組帶#1和#2熱網(wǎng)高壓加熱器。通過閥門切換，也可#1機組帶#2和#3熱網(wǎng)高壓加熱器，#2機組帶#1熱網(wǎng)加熱器和#1、#2、#3熱網(wǎng)循環(huán)水泵汽輪機。

　　4.2熱網(wǎng)首站加熱器循環(huán)水控制方式

　　熱網(wǎng)高、低壓加熱器循環(huán)水側(cè)采用并聯(lián)方式，以減少水側(cè)阻力、減少某臺熱網(wǎng)加熱器事故時的相互影響;熱網(wǎng)循環(huán)水回水60℃同時進入熱網(wǎng)高、低壓加熱器，加熱到120℃供給城市供熱管網(wǎng)。

　　4.3熱網(wǎng)首站加熱器凝結(jié)水疏水控制方式

　　#1、#2、#3熱網(wǎng)高壓加熱器疏水側(cè)采用擴大單元制運行，設置#1、#2、#3永磁調(diào)速熱網(wǎng)高壓加熱器疏水泵;#1熱網(wǎng)高壓加熱器對應#1熱網(wǎng)高壓加熱器疏水泵，#3熱網(wǎng)高壓加熱器對應#3熱網(wǎng)高壓加熱器疏水泵，#2熱網(wǎng)高壓加熱器疏水通過閥門切換，可疏到#1或#3熱網(wǎng)高壓加熱器疏水泵前;#2熱網(wǎng)高壓加熱器疏水泵作為#1、#3熱網(wǎng)高壓加熱器疏水泵公用的備用泵;正常運行時，兩臺機組各向自己對應的熱網(wǎng)高壓加熱器供汽，由對應的熱網(wǎng)高壓加熱器疏水泵回水，兩臺機組的供汽側(cè)和疏水側(cè)單元制運行。

　　#1、#2熱網(wǎng)低壓加熱器，設置#1、#2變頻調(diào)速熱網(wǎng)低壓加熱器疏水泵，正常運行時一用一備，熱網(wǎng)低壓加熱器的疏水經(jīng)熱網(wǎng)低壓加熱器疏水泵增壓后，進入熱網(wǎng)高壓加熱器疏水泵出口調(diào)節(jié)閥及旁路閥后，與汽源情況對應回到1#機組或2#機組側(cè)。疏水導電度合格時，疏水回到主機凝結(jié)水7號低加后。疏水導電度不合格時回至凝汽器，熱網(wǎng)加熱器事故或高二水位情況下，疏水進入循環(huán)水前池。

　　4.4熱網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式

　　由于熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)流量變化會產(chǎn)生水力失調(diào)，故對熱負荷調(diào)節(jié)采用質(zhì)、量雙調(diào)方式。質(zhì)調(diào)方式：外界熱負荷的變化通過主機中低壓連通管上的供熱蝶閥開度來實現(xiàn);對于短時間內(nèi)的熱負荷變化，則借助熱網(wǎng)加熱器蒸汽入口管上帶點動調(diào)節(jié)的電動蝶閥來控制蒸汽量和供水溫度。量調(diào)方式：根據(jù)熱負荷的變化調(diào)節(jié)熱網(wǎng)循環(huán)水泵運行臺數(shù)、以及通過小汽輪機控制熱網(wǎng)循環(huán)水泵流量，從而控制供熱量。

　　5、供熱熱網(wǎng)控制系統(tǒng)優(yōu)化

　　為了實現(xiàn)集中控制操作的理念我們將供熱系統(tǒng)納入到了主機公用系統(tǒng)，這樣兩臺機組可以根據(jù)操作權限選擇，實現(xiàn)對供熱系統(tǒng)的控制且無需單獨設置供熱操作站，這樣大大的減少了操作人員的勞動強度，實現(xiàn)了集中控制，保證了機組供熱控制系統(tǒng)和主機控制系統(tǒng)在一個局域網(wǎng)內(nèi)，我們對公用環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)新增兩對控制器，并通過兩個單元機組的GW(公用控制器)控制器與單元機組進行數(shù)據(jù)通訊(如下圖所示)，以實現(xiàn)在單元操作員站對供熱系統(tǒng)內(nèi)的公用部分設備操作和監(jiān)控。

　　通過我司兩臺機組的供熱改造洛陽東區(qū)和偃師市提供了穩(wěn)定的供熱熱源，解決了居民的冬季采暖問題。實現(xiàn)了區(qū)域的集中供熱，替代區(qū)域內(nèi)的分散小鍋爐，大量節(jié)約了供熱區(qū)域內(nèi)的煤炭消耗，相應的減少了CO2、NOX、SO2及煙塵的排放。對區(qū)域的環(huán)境，特別是洛陽市和偃師市的污染物排放具有明顯的改善作用和明顯的環(huán)保效益，為洛陽市經(jīng)濟建設和社會發(fā)展起到了積極的推動作用，具有重大的環(huán)保意義和綜合效益。也提高了我司機組的熱利用率同時對機組節(jié)能降耗起到了重要作用。