1 000 MW超超臨界機組脫硫旁路取消控制優(yōu)化及試驗

曹衛(wèi)峰，祝建飛，徐曉輝，陳 梁，朱宇新，吳周晶

(1. 上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 201507；2. 上海明華電力技術(shù)工程有限公司，上海 200090)

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1 000 MW超超臨界機組脫硫旁路取消控制優(yōu)化及試驗

曹衛(wèi)峰1，祝建飛2，徐曉輝1，陳 梁1，朱宇新2，吳周晶2

(1. 上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 201507；2. 上海明華電力技術(shù)工程有限公司，上海 200090)

某電廠1 000 MW超超臨界機組進行脫硫系統(tǒng)旁路取消改造工程，拆除脫硫系統(tǒng)旁路煙道和擋板，使之成為鍋爐煙氣排放的唯一通路，提高脫硫裝置使用率，確保尾部煙氣進行脫硫處理。描述了脫硫旁路取消改造工程控制功能設計、邏輯組態(tài)、現(xiàn)場試驗的工作情況，通過冷態(tài)試驗驗證了增壓風機RB控制功能，并分析了增壓風機停運后的煙道通流能力，給出了今后的優(yōu)化改造建議。

脫硫旁路取消；控制優(yōu)化；增壓風機RB；通流能力

為進一步提高脫硫裝置投運率，政府環(huán)保部門出臺了相關(guān)規(guī)定，明確要求各發(fā)電集團下屬火電廠應逐步拆除已建脫硫設施旁路煙道。某電廠1 000 MW超超臨界機組利用設備檢修期間進行脫硫系統(tǒng)旁路取消改造工程，拆除脫硫系統(tǒng)旁路擋板及凈煙氣擋板,從而使得機組在啟停及各種運行工況下均保持煙氣脫硫運行，以滿足環(huán)保排放要求。為應對事故工況，還加裝兩路事故噴淋裝置及相關(guān)閥門[1]。為此，一方面需在控制系統(tǒng)中對這些設備或閥門的增減進行相應組態(tài)修改；另一方面，考慮到脫硫旁路取消后，脫硫系統(tǒng)的保護更加重要，需對脫硫系統(tǒng)及其主要設備的保護進行重新梳理，以提高保護動作的必要性和可靠性。取消脫硫旁路后，機組風煙系統(tǒng)布置有取消增壓風機( 引增合一) 和保留增壓風機兩種不同的方式[2]。在該電廠脫硫旁路取消改造中，采用保留2臺增壓風機的方案[3]。如果發(fā)生增壓風機停運，則無法帶高負荷運行，為此設計了增壓風機RB控制功能，并進行了冷態(tài)試驗，以驗證增壓風機RB控制功能，并測試冷態(tài)方式下增壓風機通道的通流能力。

1 機組及設備概況

某電廠1 000 MW 超超臨界火力發(fā)電機組，其鍋爐為上海鍋爐廠有限公司引進阿爾斯通技術(shù)生產(chǎn)的塔式直流鍋爐，汽輪機為上海汽輪機有限公司引進西門子技術(shù)生產(chǎn)的單軸四缸四排汽凝汽式汽輪機。脫硫系統(tǒng)的煙氣脫硫設備采用石灰石-石膏濕法、一爐一塔脫硫裝置。每臺鍋爐配備兩臺50%容量的靜葉可調(diào)引風機和兩臺50%容量的動葉可調(diào)增壓風機，用于克服煙氣在鍋爐煙氣系統(tǒng)及FGD裝置系統(tǒng)內(nèi)造成的煙氣壓降。引風機和增壓風機串連布置，均設計在FGD裝置進口原煙氣側(cè)(高溫煙氣側(cè))運行，如圖1所示(虛線表示通過改造取消脫硫旁路)。

圖1 引風機和增壓風機布置示意圖

2 脫硫系統(tǒng)控制優(yōu)化

2.1 脫硫系統(tǒng)的保護梳理

取消脫硫旁路后，脫硫系統(tǒng)重要性提升，成為鍋爐煙道的一部分，脫硫保護等同于鍋爐MFT保護，為增加可靠性，對原先保護邏輯進行梳理和修改，取消了原先不合理的保護條件，對確需保留的重要保護增加冗余配置和判斷，防止保護誤動。 當脫硫保護條件觸發(fā)后，發(fā)出脫硫系統(tǒng)跳閘信號，并通過三選二信號送至主機DCS觸發(fā)鍋爐MFT。

2.2 增壓風機的保護梳理和控制優(yōu)化

脫硫旁路取消后，增壓風機是否能可靠運行非常重要，其重要性不亞于鍋爐引風機。故對增壓風機的保護邏輯進行了重新梳理，優(yōu)化保護設置，增加冗余判斷，以減少其保護誤動概率，增加設備運行可靠性。

另外，脫硫旁路擋板取消后，增壓風機為機組煙氣的唯一通路。當增壓風機全部停運后，必須快速打開增壓風機的進出口擋板以及風機動葉。但原先的電動執(zhí)行機構(gòu)在關(guān)閉過程中收到開啟指令時無法馬上打開，必須全關(guān)到位后才能開啟。通過更改執(zhí)行機構(gòu)的相關(guān)設置，使得增壓風機的進出口擋板實現(xiàn)開優(yōu)先，即在關(guān)閉過程中收到開啟指令能馬上打開，確保增壓風機保持通路暢通。

增壓風機和引風機串聯(lián)布置，原先如增壓風機控制不當造成入口壓力異常波動時，可以開啟脫硫旁路，現(xiàn)則會影響引風機控制，加大爐膛負壓波動幅度，嚴重的話導致爐膛負壓超限而鍋爐MFT。為此增加了增壓風機和引風機之間的協(xié)調(diào)控制功能，協(xié)調(diào)增壓風機動葉和引風機變頻或靜葉開度之間的關(guān)系。另外，根據(jù)引風機、增壓風機之間的出力分配來自動改變增壓風機入口壓力設定值，以提高運行經(jīng)濟性，提高事故工況下的爐膛負壓控制品質(zhì)。

3 增壓風機RB功能設計

取消脫硫旁路擋板后，如果增壓風機發(fā)生故障跳閘則機組無法維持高負荷運行，為此新增了增壓風機RB功能，當增壓風機故障跳閘后，按照一定速率快速減負荷，或者直接觸發(fā)鍋爐MFT?？紤]到配置二臺增壓風機，且沒有增壓風機小旁路，RB功能設計如下：

(1)當機組負荷>500 MW，若發(fā)生一臺增壓風機停運，請求機組RB。同時跳閘的增壓風機關(guān)閉導葉，關(guān)閉進出口擋板；運行的增壓風機導葉超馳開啟，之后再自動調(diào)節(jié)增壓風機入口壓力。

(2)當機組高于500 MW時，同時發(fā)生兩臺增壓風機停運，由于沒有增壓風機小旁路，則觸發(fā)MFT。

(3)當機組負荷<500 MW，一臺增壓風機已停運，若發(fā)生另一臺增壓風機停運時，則全開跳閘增壓風機的導葉和入口、出口擋板門，保持一個通道通暢；保護開啟另外一臺已停運的增壓風機進出口擋板及導葉，保持另外一臺增壓通路暢通。

(4)當機組負荷<500 MW，兩臺增壓風機同時停運時，全開跳閘增壓風機的導葉和入口、出口擋板門，保持兩路通道通暢。

實際上同時發(fā)生兩臺增壓風機故障跳閘的概率很小，實際運行中主要考慮兩臺運行時發(fā)生一臺跳閘和低負荷下一臺運行發(fā)生跳閘的工況。

4 控制功能冷態(tài)試驗

控制功能試驗主要分冷態(tài)和熱態(tài)兩大類，在鍋爐冷態(tài)方式下，風機試轉(zhuǎn)完成后，設計一系列試驗項目來優(yōu)化增壓風機控制參數(shù)，驗證增壓風機RB控制回路是否正確，分析一臺增壓風機停運、增壓風機全停以及關(guān)閉一側(cè)增壓風機通道后的煙氣通流能力。

4.1 引風機—增壓風機協(xié)調(diào)控制試驗

取消脫硫旁路后，引風機和增壓風機的串聯(lián)協(xié)調(diào)控制顯得更加重要，如果增壓風機控制不當，會影響爐膛負壓的控制，問題嚴重還會導致鍋爐MFT。為此在優(yōu)化增壓風機控制后，對引風機—增壓風機協(xié)調(diào)控制性能進行測試。試驗時保持兩臺引風機、送風機、一次風機運行，并分別在一臺增壓風機運行和兩臺增壓風機運行時，進行增壓風機入口壓力設定值擾動和風量擾動試驗，以測試和優(yōu)化控制性能。

增壓風機入口壓力設定值擾動試驗：通過改變增壓風機入口壓力設定值，分析觀察增壓風機動葉開度、入口壓力、引風機靜葉、爐膛壓力等參數(shù)的變化情況，并優(yōu)化相關(guān)控制參數(shù)。單臺增壓風機運行時的試驗曲線如圖2所示，增壓風機A運行且入口動葉投入自動，增壓風機B停運，入口壓力設定值分別為：-50、-150、-100、100 Pa和-100 Pa，增壓風機入口實際壓力能較好的跟隨設定值變化。

圖2 單臺增壓風機運行時設定值擾動試驗

送風量改變擾動試驗：在爐膛負壓投入自動的情況下，改變送風量，分析觀察引風機靜葉開度、爐膛負壓、增壓風機動葉開度、入口壓力等參數(shù)的變化情況，并優(yōu)化相關(guān)控制參數(shù)。

兩臺增壓風機運行時的試驗情況見圖2，試驗時兩臺增壓風機均投入自動，送風量約增加400 t/h(從2 083 t/h至2 461 t/h)，入口壓力最高升至337 Pa，爐膛負壓最高至-25 Pa，最低至-254 Pa；之后再增加風量300 t/h(從2 461 t/h至2 812 t/h)，入口壓力最高至195 Pa，爐膛負壓從-171 Pa到103 Pa，再到-85 Pa。然后送風量大幅減600 t/h左右(從2 876 t/h到2 224 t/h)，入口壓力從最低到-512 Pa，爐膛負壓從-100 Pa最低到-518 Pa；最后再大幅增加送風量約700 t/h(從2 224 t/h到2 941 t/h)，入口壓力從最高到412 Pa，爐膛壓力從-100 Pa到281 Pa。

送風量改變擾動試驗，試驗曲線如圖3所示。爐膛負壓投入自動，兩臺增壓風機運行且動葉均投入自動，分析試驗曲線和數(shù)據(jù)，可見在2 083 t/h到2 941 t/h多次大幅改變送風量時，增壓風機動葉能較快響應，入口壓力和爐膛負壓的控制品質(zhì)均能滿足運行需求。

分析試驗曲線和數(shù)據(jù)，可見在大幅改變送風量時，增壓風機動葉能較快響應，入口壓力和爐膛負壓的控制品質(zhì)均能滿足運行需求。試驗時也發(fā)現(xiàn)，在一臺增壓風機運行時，系統(tǒng)穩(wěn)定性不如兩臺增壓風機同時運行，尤其是在遇到大的擾動情況下，兩者差異更加明顯。

圖3 兩臺增壓風機運行時送風量擾動試驗

4.2 一臺增壓風機RB模擬試驗

保持兩臺引風機、送風機、一次風機及兩臺增壓風機運行，模擬高負荷下一臺增壓風機停運，觸發(fā)機組RB，并跳閘相應磨煤機。

試驗曲線如圖4所示，試驗前總風量2 471 t/h，增壓風機動葉開度40%左右，其中增壓風機A動葉開度38.8%，電流123.76 A；增壓風機B動葉開度39.6%，電流127.0 A(對應熱態(tài)工況下增壓風機動葉開度和電流數(shù)據(jù)，此時增壓風機相當于約50%機組負荷的出力)。增壓風機B停運后發(fā)出RB信號，增壓風機B動葉和進出口擋板迅速關(guān)閉，增壓風機A動葉快速超馳開至83%左右，電流最大到310.3 A，入口壓力快速升高至578 Pa，后最低至-672 Pa，爐膛負壓升高至191 Pa，最低至-364 Pa，后恢復平穩(wěn)。平穩(wěn)時增壓風機A動葉開度69.7%，電流205.2 A，入口壓力-100 Pa。

試驗時曾發(fā)生由于增壓風機RB時動葉指令快速動作，而導致指令和反饋偏差大切除自動的現(xiàn)象，后通過邏輯修改解決了這一問題。RB模擬試驗也表明，增壓風機RB的信號發(fā)出和動作基本正常，一臺增壓風機跳閘后，入口壓力設定值自動變?yōu)?00 Pa，實際入口壓力和爐膛負壓的控制品質(zhì)能夠滿足實際運行需求。

圖4 增壓風機B停運模擬RB發(fā)生的試驗曲線

4.3 兩臺增壓風機跳閘模擬試驗

保持兩臺引風機、送風機、一次風機及一臺增壓風機運行，再次停運剩下的一臺增壓風機，考察兩臺增壓風機全停時的煙氣通流能力以及控制功能是否正確實現(xiàn)。

試驗曲線如圖5所示，試驗前只有增壓風機A運行，總風量1 407 t/h，增壓風機A動葉開度41.5%，電流123.9 A。增壓風機A停運后，自動全開增壓風機A動葉，同時自動打開增壓風機B通道，即自動開啟增壓風機B進出口擋板和動葉。增壓風機A停運后，入口壓力從-100 Pa到-18 Pa再到-345 Pa，送風量不變時，最終入口壓力維持在164 Pa左右。之后逐漸增加總風量到2 335 t/h，入口壓力升高到660 Pa左右。

在這一過程中爐膛負壓投入自動，變化不大，兩臺引風機靜葉會逐漸開大，從試驗前12%左右開大到26%左右，引風機電流從289 A逐漸升高到315 A。

從總風量數(shù)據(jù)，并結(jié)合冷態(tài)、熱態(tài)差異比較可推斷，在兩臺增壓風機全停時，保持通道暢通，依靠引風機出力，也能維持50%左右的機組負荷，甚至更高。

圖5 兩臺增壓風機全停后的試驗曲線

4.4 關(guān)閉一臺增壓風機通道試驗

在兩臺增壓風機全停后，再關(guān)閉一側(cè)增壓風機進口擋板，觀察只保留一側(cè)增壓風機通道時的煙氣通流能力，為再次啟動增壓風機獲取試驗數(shù)據(jù)。

試驗曲線如圖6所示，試驗前總風量1 574 t/h，增壓風機入口壓力212 Pa，試驗開始后先逐漸關(guān)小增壓風機A動葉，動葉全關(guān)后，增壓風機入口壓力最高到427 Pa，后下降到343 Pa。接著開始關(guān)閉進口擋板，進口擋板全關(guān)后入口壓力顯著升高至805 Pa，之后再關(guān)閉出口擋板，此時入口壓力無明顯變化。

然后再逐漸加大送風量，最高達2 040 t/h，此時增壓風機入口壓力為1 450 Pa左右。根據(jù)這一總風量數(shù)據(jù)，并結(jié)合冷態(tài)、熱態(tài)差異比較可推斷，在只有一側(cè)增壓風機通道暢通的情況下，依靠引風機出力，約能帶40%左右的機組負荷。在實際運行中如果發(fā)生兩臺增壓風機全停，按照目前的啟動方式(開啟增壓風機出口擋板、關(guān)閉增壓風機入口擋板)需要先關(guān)閉一側(cè)增壓風機通道，故需將機組負荷減至約40%左右，然后再啟動一臺增壓風機。另外，也可以研究入口擋板全開而動葉全關(guān)的啟動方式是否可行，這樣在較高的負荷下也能完成增壓風機啟動。

圖6 關(guān)閉增壓風機A動葉和進口擋板后的試驗曲線

5 控制功能熱態(tài)試驗

在鍋爐點火后熱態(tài)方式下，設計一系列試驗項目來優(yōu)化增壓風機控制參數(shù)，驗證增壓風機RB控制回路是否正確，分析一臺增壓風機停運、增壓風機全停以及關(guān)閉一側(cè)增壓風機通道后的煙氣通流能力。

5.1 熱態(tài)下引風機-增壓風機(一臺)協(xié)調(diào)控制試驗

保持兩臺引風機、送風機、一次風機及一臺增壓風機運行，進行增壓風機入口壓力設定值擾動試驗：

通過改變增壓風機入口壓力設定值，分析觀察增壓風機動葉開度、入口壓力、引風機靜葉、爐膛壓力等參數(shù)的變化情況，并優(yōu)化相關(guān)控制參數(shù)。試驗曲線如圖7所示，增壓風機A運行且入口動葉投入自動，增壓風機B停運，入口壓力設定值分別為： 150、-50、150 Pa和-50 Pa，增壓風機入口實際壓力能較好的跟隨設定值變化。

圖7 單臺增壓風機運行時設定值擾動試驗

5.2 熱態(tài)下引風機—增壓風機(兩臺)協(xié)調(diào)控制試驗

再開啟一臺增壓風機，保持兩臺引風機、送風機、一次風機及兩臺增壓風機運行，分別進行以下試驗：

增壓風機入口壓力設定值擾動試驗：通過改變增壓風機入口壓力設定值，分析觀察增壓風機動葉開度、入口壓力、引風機靜葉、爐膛壓力等參數(shù)的變化情況，并優(yōu)化相關(guān)控制參數(shù)。試驗曲線如圖8所示，增壓風機A、B同時運行且均投入自動，入口壓力設定值分別為：-50、150、-50 Pa，增壓風機入口實際壓力能較好的跟隨設定值變化。在這一過程中，爐膛負壓投入自動控制，變化不大。

圖8 兩臺增壓風機運行時設定值擾動試驗

6 結(jié)語

通過一系列工作，機組已實現(xiàn)無脫硫旁路運行，并優(yōu)化設計了脫硫系統(tǒng)及重要輔機的保護邏輯，提高脫硫系統(tǒng)及設備的運行可靠性。重新設計了增壓風機RB邏輯，并通過冷態(tài)試驗驗證，機組已基本具備增壓風機RB控制功能。對增壓風機入口壓力控制進行了優(yōu)化，提高了入口壓力及爐膛負壓控制品質(zhì)，滿足機組正常運行需求。通過冷態(tài)模擬試驗，兩臺增壓風機全停約能維持50%左右的機組負荷，即使完全關(guān)閉一側(cè)增壓風機通道，也能約維持40%左右的機組負荷。

建議今后開展以下工作：利用合適機會重新分配增壓風機相關(guān)的I/O通道，增加兩臺增壓風機的冗余可靠性。利用合適機會進行增壓風機熱態(tài)RB試驗，以進一步驗證和優(yōu)化增壓風機RB控制功能。進一步分析論證增壓風機通路通流能力，以及增壓風機全停后再次啟動方式，并做好故障恢復預案。

[1] 戴航丹，羅志浩，柳衛(wèi)榮，等.取消FGD旁路檔板后提高發(fā)電機組運行可靠性的探討 [J].浙江電力，2013(7)：46-48.

DAI Hang-dan, LUO Zhi-hao, LIU Wei-rong, et al. Discussion on generator units reliability improvement after abolition of FGD bypass damper[J]. Zhejiang Electric Power,2013(7)：46-48.

[2]祝建飛.上海上電漕涇發(fā)電有限公司1號機組鍋爐取消脫硫旁路擋板DCS組態(tài)修改及試驗報告[R].上海明華電力技術(shù)工程有限公司，2014.

[3]姚 峻，祝建飛，沈建峰，等. 脫硫旁路取消后的風煙系統(tǒng)可靠性提高 [J].華東電力，2014，42(7)：1465-1467.

YAO Jun, ZHU Jian-fei, SHEN Jian-feng, et al. Reliability improvement of flue gas system after desulphurization passby cancellation[J]. East China Electric Power,2014,42(7)：1465-1467.

(本文編輯：嚴 加)

Optimization and Test of Desulfurization Bypass Cancellation Control in 1 000 MW Ultra Supercritical Unit

CAO Wei-feng1, ZHU Jian-fei2, XU Xiao-hui1, CHEN Liang1, ZHU Yu-xin2, WU Zhou-jing2

(1. Shanghai Shangdian-Caojing Power Generation Co., Ltd., Shanghai 201507, China; 2. Shanghai Minghua Electric Power Technology & Engineering Co., Ltd., Shanghai 200090, China)

A reconstruction project of desulfurization bypass damper cancellation has been completed in a 1 000 MW unit of Shanghai Shangdian-Caojing Power Plant. In the project, the desulfurization bypass and clean gas dampers were dismantled while two emergency spraying devices and one compressing air purging valve were installed. This paper mainly describes the work process of this reconstruction project, including control function design, logic buildup and on-site test. Through the cold test, the control function of booster fan runback was verified and the flow capacity of flue gas passage after booster fan′s stopping was analyzed. Finally, the suggestions for further optimization are put forward.

desulphurization bypass cancellation; control optimization; booster fan runback; flow capacity

10.11973/dlyny201506028

曹衛(wèi)峰(1972)，男，工程師，主要從事火電廠設備維護，技術(shù)改造等管理工作。

TM621.6

A

2095-1256(2015)06-0869-05

2015-09-17