基于機(jī)組自啟停系統(tǒng)的鍋爐上水流程設(shè)計(jì)優(yōu)化

田樂，蘇杰，朱曉星，易揚(yáng)，昌學(xué)年

(1.華北電力大學(xué)，河北保定071003；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；3.湖南省湘電試驗(yàn)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙410007)

基于機(jī)組自啟停系統(tǒng)的鍋爐上水流程設(shè)計(jì)優(yōu)化

田樂1，蘇杰1，朱曉星2，易揚(yáng)3，昌學(xué)年3

(1.華北電力大學(xué)，河北保定071003；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；3.湖南省湘電試驗(yàn)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙410007)

本文通過對(duì)機(jī)組自啟停系統(tǒng)上水方式需求的分析，提出一種設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。采用該方案，機(jī)組自啟停系統(tǒng)可根據(jù)運(yùn)行人員預(yù)先選擇的電泵上水或汽泵上水方式，自動(dòng)順序運(yùn)行或并行運(yùn)行各功能組，從而兼顧了2種上水方式的需要，提高了對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況的適應(yīng)性。

機(jī)組自啟?？刂?；電泵上水；汽泵上水；模塊化；斷點(diǎn)

隨著國(guó)內(nèi)火電技術(shù)的不斷發(fā)展，超 (超)臨界機(jī)組成為國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組發(fā)展的主要方向和未來(lái)潔凈煤發(fā)電的主要趨勢(shì)。機(jī)組自啟停系統(tǒng) (Automatic Power Plant Start-up and Shutdown System，以下簡(jiǎn)稱APS系統(tǒng))〔1〕能夠提升機(jī)組控制系統(tǒng)的水平、降低機(jī)組啟停期間運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度，在現(xiàn)有以及新建超 (超超)臨界機(jī)組電廠中受到越來(lái)越多的重視。但目前APS系統(tǒng)的各項(xiàng)功能、性能還需要不斷完善優(yōu)化，以盡可能滿足機(jī)組多種運(yùn)行方式的需求，從而提高APS的利用率。

1 機(jī)組自啟停系統(tǒng)

APS系統(tǒng)協(xié)調(diào)機(jī)組的各個(gè)控制系統(tǒng)，依據(jù)機(jī)組運(yùn)行條件以順序啟動(dòng)的方式調(diào)用相關(guān)設(shè)備，完成機(jī)組的啟動(dòng)過程和停止過程。在設(shè)計(jì)APS系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)按照電廠的工藝特點(diǎn)以及各個(gè)設(shè)備、系統(tǒng)的投退順序以及相互關(guān)系進(jìn)行合理調(diào)整，以滿足不同電廠的控制要求。如圖1所示，APS系統(tǒng)及其組成部分設(shè)計(jì)為3層結(jié)構(gòu):機(jī)組控制級(jí)、功能組/功能子組控制級(jí)、設(shè)備控制級(jí)；通過三層結(jié)構(gòu)將熱力系統(tǒng)分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的工藝過程，便于機(jī)組啟動(dòng)過程和停止過程中的管理和改進(jìn)。

圖1 自啟停系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

APS系統(tǒng)一般將機(jī)組啟停過程分為多個(gè)斷點(diǎn)，每個(gè)斷點(diǎn)下又分成相對(duì)應(yīng)的功能組。機(jī)組控制級(jí)是對(duì)機(jī)組的整體監(jiān)控和依據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀況協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的重要組成部分；功能組/功能子組級(jí)對(duì)機(jī)組的重要輔機(jī)系統(tǒng)或者功能閥門群進(jìn)行操作；設(shè)備控制級(jí)接受功能組/功能子組的指令，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行啟停、聯(lián)鎖、手動(dòng)自動(dòng)切換等操作〔2〕。

依據(jù)不同電廠運(yùn)行流程、啟停操作以及設(shè)備配置的不同，APS系統(tǒng)啟停設(shè)計(jì)范圍不同。雖然機(jī)組啟動(dòng)起點(diǎn)差異較大，但是機(jī)組啟動(dòng)的完成和機(jī)組停止過程大致一樣的。APS系統(tǒng)啟動(dòng)過程的斷點(diǎn)一般包括啟動(dòng)準(zhǔn)備、冷態(tài)沖洗、鍋爐點(diǎn)火以及升溫升壓、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、機(jī)組并網(wǎng)、升負(fù)荷；停止過程的斷點(diǎn)一般包括降負(fù)荷、機(jī)組解列、機(jī)組停運(yùn)。通過采用斷點(diǎn)的方式運(yùn)行APS系統(tǒng)，可滿足機(jī)組啟停的要求，同時(shí)運(yùn)行人員可獨(dú)立運(yùn)行分設(shè)備和子系統(tǒng)〔3〕。

2 機(jī)組自啟停系統(tǒng)鍋爐上水流程優(yōu)化

2.1 設(shè)備概況

某660 MW機(jī)組采用型號(hào)為HG－1948/28.25－HM6的超超臨界、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、∏型燃煤鍋爐。汽輪機(jī)型號(hào)為NJK660－27/600/610的超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、間接空冷凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組配置1臺(tái)100%汽動(dòng)給水泵，2臺(tái)機(jī)組共用1臺(tái)30%電動(dòng)給水泵。機(jī)組DCS系統(tǒng)采用北京國(guó)電智深EDPF－NT＋分散控制系統(tǒng)。

該機(jī)組APS系統(tǒng)步序控制主要采用國(guó)電智深EDPF－NT Plus系統(tǒng)的步序主控算法模塊、步序設(shè)備算法模塊等算法模塊。步序主控算法為具有控制順序執(zhí)行的一種管理算法。步序設(shè)備算法提供一個(gè)控制邏輯函數(shù)和步序主控算法之間的接口，用來(lái)控制一些特別的設(shè)備。步序設(shè)備算法在步序主控算法管理之下，接收其發(fā)送的步啟動(dòng)請(qǐng)求指令，執(zhí)行相應(yīng)的操作，監(jiān)視受控設(shè)備的狀態(tài)反饋，并將自身狀態(tài)輸出回送給步序主控算法。

2.2 APS系統(tǒng)上水方式需求分析

機(jī)組自啟停系統(tǒng)雖然以順序控制為主要方式，但是以綜合調(diào)用設(shè)備系統(tǒng)的開關(guān)量設(shè)備、模擬量設(shè)備和在線監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)點(diǎn)信息，根據(jù)機(jī)組不同運(yùn)行狀況進(jìn)行相應(yīng)的操作〔4〕。在國(guó)電智深EDPF－NT Plus系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為了能夠適應(yīng)機(jī)組啟停過程中上水要求，APS系統(tǒng)能夠根據(jù)需要調(diào)用電泵、汽泵設(shè)備及子其系統(tǒng)。

在電泵上水方式下，由鍋爐上水，進(jìn)行開式?jīng)_洗、熱態(tài)清洗、鍋爐點(diǎn)火、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)帶負(fù)荷，直到25%負(fù)荷啟動(dòng)汽泵、并入汽泵退出電泵。電泵運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)電泵的功率大，因此電泵上水方式下所消耗的電量大，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。并且電泵上水方式的系統(tǒng)復(fù)雜，啟動(dòng)過程較為繁雜，既要啟動(dòng)電泵又要啟動(dòng)汽泵，增加了機(jī)組啟動(dòng)過程的工作量，也提高了事故率。

在汽泵上水方式下，汽泵的排汽進(jìn)入凝汽器，蒸汽在凝汽器里冷卻凝結(jié)，體積縮小，使得凝汽器加速成為真空狀態(tài)，能縮短機(jī)組啟動(dòng)初期建立真空的過程。啟動(dòng)時(shí)沖轉(zhuǎn)汽泵的蒸汽，不是本機(jī)抽汽，可避免出現(xiàn)啟動(dòng)過程中主機(jī)等待小機(jī)的情況，節(jié)省機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。汽泵啟動(dòng)代替電泵啟動(dòng)，降低電能消耗，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。直接采取汽泵上水代替電泵上水，增加了機(jī)組的啟動(dòng)備用。一旦汽泵由于某種原因無(wú)法啟動(dòng)，則可以直接采用電泵啟動(dòng)，不影響機(jī)組的啟停。因此采用汽泵上水，機(jī)組啟動(dòng)的適應(yīng)性和靈活性得到很大的提高〔5〕。

但是在汽泵上水方式下，汽泵的啟動(dòng)需要合格穩(wěn)定的汽源，在汽源不足或者無(wú)鄰爐供汽時(shí)，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)汽泵上水，這大大限制了機(jī)組直接進(jìn)行汽泵啟動(dòng)的應(yīng)用。而電泵上水方式較汽泵上水方式適應(yīng)性更強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同情況下機(jī)組啟動(dòng)的需要，因此電泵上水方式是不可或缺的。

綜上所述，電泵上水與汽泵上水方式都是必要的，依據(jù)不同機(jī)組狀況選擇不同的上水方式，不僅能提高機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也能夠提升APS系統(tǒng)的適應(yīng)性。

2.3 APS系統(tǒng)上水流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了能夠?qū)崿F(xiàn)電泵與汽泵上水方式，同時(shí)考慮到APS系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期工作量和后期維護(hù)的情況，將APS系統(tǒng)電泵與汽泵上水方式設(shè)計(jì)為共用一套啟動(dòng)功能組的方案。兼顧2種上水方式的機(jī)組啟動(dòng)，需要在順控算法模塊條件下改進(jìn)實(shí)現(xiàn)，因此在APS系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，2種上水方式下啟動(dòng)功能組的步序都不是順序的啟動(dòng)的步序方式。改進(jìn)的APS系統(tǒng)上水方式如圖2所示，在電泵上水方式下，以2個(gè)功能組分支并行的方式實(shí)現(xiàn)步序的啟動(dòng)；而在汽泵上水方式下，通過跳步的方式實(shí)現(xiàn)步序的啟動(dòng)。

圖2 選擇不同上水泵的啟動(dòng)方式

在汽泵上水方式下，凝結(jié)水系統(tǒng)啟動(dòng)功能組和除氧器上水功能組為正常的順序步序，之后調(diào)用真空軸封系統(tǒng)啟動(dòng)功能組以及EH油泵啟動(dòng)功能組，每個(gè)功能組都是在上一功能組完成后啟動(dòng)下一個(gè)功能組，邏輯組態(tài)如圖3所示。完成真空軸封系統(tǒng)啟動(dòng)功能組以及EH油泵啟動(dòng)功能組的步序之后，跳回管道注水與啟上水泵功能組啟動(dòng)。然后按順序啟動(dòng)鍋爐上水及開式?jīng)_洗功能組，跳過已經(jīng)啟動(dòng)完成的真空軸封功能組、EH油功能組，啟動(dòng)冷態(tài)循環(huán)沖洗功能組。

在電泵上水方式下，由于真空軸封系統(tǒng)功能組、EH油啟動(dòng)功能組過程緩慢，并且并不影響冷態(tài)循環(huán)沖洗功能組的啟動(dòng)過程，因此設(shè)計(jì)真空軸封系統(tǒng)功能組、EH油系統(tǒng)功能組與冷態(tài)循環(huán)沖洗系統(tǒng)功能組同時(shí)啟動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)此功能，同時(shí)考慮汽泵啟動(dòng)步序調(diào)用的需要，將真空系統(tǒng)功能組、EH油系統(tǒng)功能組設(shè)計(jì)為順啟功能組分支，如圖4所示。該功能組分支在運(yùn)行方式上是與其他功能組同等的，接受上一級(jí)斷點(diǎn)的指令，按順序分別啟動(dòng)真空軸封系統(tǒng)功能組、EH油系統(tǒng)功能組；功能組分支步序完成后再運(yùn)行后續(xù)功能組步序。但是此功能組分支在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上是真空軸封系統(tǒng)功能組、EH油系統(tǒng)功能組的延伸，并不是其上級(jí)調(diào)用的關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)功能組之間并行運(yùn)行的方式，此功能組分支在啟動(dòng)的同時(shí)延時(shí)1秒就令其完成，然后啟動(dòng)冷態(tài)循環(huán)沖洗功能組。斷點(diǎn)的完成條件等待EH油系統(tǒng)功能組完成和冷態(tài)循環(huán)沖洗功能組完成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)真空系統(tǒng)功能組、EH油系統(tǒng)功能組與冷態(tài)循環(huán)沖洗功能組的同時(shí)啟動(dòng)、并行運(yùn)行。

圖3 啟動(dòng)過程邏輯圖

圖4 模塊化的步序功能組

在汽泵上水方式與電泵上水方式的設(shè)計(jì)中，將其中2個(gè)功能組步序設(shè)計(jì)為1個(gè)單獨(dú)的功能組分支，使得啟動(dòng)步序能夠按照特定的順序啟動(dòng)。模塊化的設(shè)計(jì)可以將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)或者過程按一定的關(guān)系分解為相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)。模塊化的設(shè)計(jì)方式不僅可以將復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)分解成簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，并且分解的模塊之間相互獨(dú)立，修改其中的模塊設(shè)計(jì)對(duì)于其他模塊的影響不大〔6〕。在APS系統(tǒng)上水流程改進(jìn)中，通過對(duì)其中2個(gè)功能組模塊化的設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)功能組步序同時(shí)啟動(dòng)、并行運(yùn)行的設(shè)計(jì)；同時(shí)兩種上水方式通過模塊化的方式，以不同的順序調(diào)用功能組步序，實(shí)現(xiàn)了2種上水方式共用1套啟動(dòng)功能組。改進(jìn)的機(jī)組自啟停系統(tǒng)能夠根據(jù)機(jī)組的不同運(yùn)行狀態(tài)，通過一鍵選擇的方式合理選擇鍋爐上水方式，提升了APS系統(tǒng)使用的便捷性和應(yīng)用范圍，減少了設(shè)計(jì)APS系統(tǒng)的工作量，且便于系統(tǒng)維護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

APS系統(tǒng)的研究是一項(xiàng)不斷探索的課題，在不同機(jī)組不斷改進(jìn)下，設(shè)計(jì)方式也在不斷變化，以順控為主、采用更加靈活的控制方式。文中對(duì)APS系統(tǒng)上水流程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使運(yùn)行人員可以根據(jù)每次開機(jī)工況的不同，選擇合適的上水方式，大大提高了APS系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，增強(qiáng)了APS系統(tǒng)的便捷性。

〔1〕朱曉星，劉武林，張建玲.大型火電機(jī)組智能并退給水泵功能設(shè)計(jì)與研究〔J〕.湖南電力，2012，32(5):10-12.

〔2〕徐德杰.多燃料混燒鍋爐機(jī)組APS的研究〔D〕.上海:華東理工大學(xué)，2014.

〔3〕潘鳳萍，陳世和，陳銳民，等.火力發(fā)電機(jī)組自啟?？刂萍夹g(shù)及應(yīng)用〔M〕.北京:科學(xué)出版社，2011.

〔4〕潘鳳萍，陳世和，張紅福，等.1000 MW超超臨界機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用〔J〕.中國(guó)電力，2009，42 (10):61-64.

〔5〕劉道鵬.發(fā)電廠汽泵替代電泵啟動(dòng)應(yīng)用分析〔J〕.科技信息，2009(35):790-782.

〔6〕黃素文.火電廠控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)〔D〕.杭州:浙江大學(xué)，2014.

Feeding water process design optimization based on automatic power plant start－up and shutdown system

TIAN le1，SU jie1，ZHU Xiaoxing2，YI yang3，CHANG Xuenian3
(1.North China Electric Power University，Baoding 071003，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；3.Hunan Xiangdian Test Research Institute Co.Ltd，Changsha 410007，China)

Nowadays automatic power plant start－up and shutdown system is applied more and more widely.Based on the analysis with the need of feeding water system，a design optimization scheme is proposed in the paper.Applying the scheme，according to the feeding water mode chosen by the operation staff choosing in advance(by steam pump or electric pump)，automatic start-up and shutdown system runs automatically and sequentially or each function groups runs in parallel，which takes into account the needs of two kinds of feeding water supply modes，and enhances the adaptability of the units operation conditions.

power automatic start-up and shutdown control；team pump；electric pump；feeding water；modular；breakpoint

TM621.6

B

1008-0198(2015)06-0067-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.06.019

田樂(1990)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)檫^程控制、系統(tǒng)建模與仿真。

2015-04-10

湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目 (2012GK3017)