純凝機組供熱改造中熱工自動化系統(tǒng)的方案設(shè)計

常緒成，孔冰

(1.華電鄭州機械設(shè)計研究院有限公司，鄭州　450015；2.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，鄭州　450015)

純凝機組供熱改造中熱工自動化系統(tǒng)的方案設(shè)計

常緒成1，孔冰2

(1.華電鄭州機械設(shè)計研究院有限公司，鄭州450015；2.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，鄭州450015)

摘要：在日趨惡化的空氣環(huán)境下，電廠純凝機組的供熱改造已成為火力發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗、提高企業(yè)效益的重要手段。介紹了某電廠2×300 MW純凝機組改造前的基本情況，對供熱改造的熱工自動化系統(tǒng)進行了設(shè)計，供其他企業(yè)供熱改造熱控設(shè)計時參考。

關(guān)鍵詞：純凝機組；供熱改造；熱工自動化；分散控制系統(tǒng)；方案設(shè)計

0引言

面對日益惡化的空氣環(huán)境，綜合治理環(huán)境污染任重而道遠。為了響應(yīng)節(jié)能減排的國家政策，供暖及工業(yè)用汽采用的小型燃煤鍋爐將關(guān)停，取而代之的為大型熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機組的集中供熱[1-2]。同時，將純凝機組進行供熱改造也是節(jié)能減排、保護環(huán)境的重要措施[3]。

某電廠2×300 MW汽輪發(fā)電機組(#9，#10機組)為東方電氣集團生產(chǎn)的N300-16.7/537/537型汽輪機及QFSN-300-2-20 型發(fā)電機。汽輪機為亞臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機。根據(jù)規(guī)劃，為滿足市政供熱需求，對該機組進行供熱改造設(shè)計。

該供熱改造項目新增1座供熱首站，配置6臺熱網(wǎng)加熱器(包括2臺低壓熱網(wǎng)加熱器)、3臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵(其中2臺為汽輪機驅(qū)動)、6臺熱網(wǎng)疏水泵(包括2臺低壓熱網(wǎng)疏水泵)等。供熱首站汽源為該電廠#9，#10機組汽輪機中壓缸到低壓缸連通管上引出的采暖抽汽管道。化學(xué)水處理車間新增1臺鈉離子交換器、1臺軟化水泵和1座軟化水箱。一級升壓泵房增加1臺生水泵。

1控制室及電子設(shè)備間布置

供熱首站內(nèi)設(shè)置控制室及電子設(shè)備間。

控制室位于供熱首站10.6 m層，面積為54 m2，在靠近電子設(shè)備間側(cè)依墻一字排開布置5個操作臺，放置有操作員站1臺、工程師站1臺、工業(yè)電視監(jiān)控主機1臺、打印機等設(shè)備。

電子設(shè)備間共布置6面分散控制系統(tǒng)(DCS)機柜、2面閥門電源柜、1面220 V AC電源柜、1面工業(yè)電視柜、1面火災(zāi)報警柜，并留有3個備用盤位。電子設(shè)備間設(shè)置抗靜電活動地板，地板下為熱控電纜通道。電子設(shè)備間靠近低壓配電室布置有2個電纜豎井，為熱控電纜進出電子設(shè)備間的主通道。

2熱工自動化水平

2.1控制水平

供熱首站采用DCS，在控制室或#9，#10機組集控室通過DCS操作員站實現(xiàn)對工藝系統(tǒng)和設(shè)備的遠程監(jiān)測與控制。

#9，#10機組本體改造納入汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)，其監(jiān)測與控制將分別納入#9，#10機組DEH；化學(xué)補充水系統(tǒng)增加的鈉離子交換器及相關(guān)設(shè)備采用DCS，其監(jiān)測與控制納入化學(xué)補充水系統(tǒng)DCS。

一級升壓泵房內(nèi)新增的生水泵，采用常規(guī)儀表盤控制，不接入控制系統(tǒng)。

2.2控制方式

供熱首站內(nèi)配置1套DCS。在供熱首站控制室內(nèi)設(shè)置1套操作員站和工程師站，在供熱首站內(nèi)通過DCS操作員站可實現(xiàn)設(shè)備的集中監(jiān)測和控制，通過工程師站實現(xiàn)對系統(tǒng)的調(diào)試。在原機組集控室機組側(cè)各設(shè)置1套操作員站，供熱首站無人值守或少人值守時，可通過DCS操作員站完成設(shè)備的遠方集中監(jiān)測和控制。

供熱首站內(nèi)設(shè)置工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)，對供熱首站主廠房、低壓配電室、電子設(shè)備間等區(qū)域進行監(jiān)視，協(xié)助運行人員了解生產(chǎn)現(xiàn)場的具體情況。

供熱首站內(nèi)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

#9，#10機組本體改造新增模件插入原機組DEH控制柜備用插槽，不再增加DEH控制柜即可實現(xiàn)新增設(shè)備的監(jiān)測和控制。安裝完后，對新增模件進行畫面組態(tài)和邏輯調(diào)整。

化學(xué)補充水系統(tǒng)改造新增模件插入DCS控制柜備用插槽，不再增加DCS控制柜，實現(xiàn)新增設(shè)備的監(jiān)測和控制。安裝完后，對新增模件進行畫面組態(tài)和邏輯調(diào)整。

新建一間供熱計量站，設(shè)置1套熱量計量系統(tǒng)，實現(xiàn)對熱網(wǎng)供回水母管熱量計量的在線監(jiān)測。

3熱工自動化系統(tǒng)

3.1分散控制系統(tǒng)

該改造工程供熱首站所采用的DCS結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　供熱首站DCS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

供熱首站DCS采用XDC800控制系統(tǒng)[4-5]，共設(shè)置2對獨立的DPU，分別布置于2面DCS控制柜中，并設(shè)置2面DCS擴展柜。設(shè)置1面DCS電源網(wǎng)絡(luò)柜和1面UPS電源柜。主廠房電子設(shè)備間設(shè)置1面遠程I/O柜。

目前，原機組汽輪機采用XDPS400+ DEH系統(tǒng), 化學(xué)補充水系統(tǒng)采用H-5000M DCS。新增模件插入原有控制柜備用插槽中，不新增控制柜。

此次改造工程I/O點數(shù)統(tǒng)計見表1。

由于電動熱網(wǎng)循環(huán)水泵6 kV高壓開關(guān)柜布置于主廠房內(nèi)，距離供熱首站電子設(shè)備間較遠，采用硬接線連接時，控制信號的傳輸存在衰減問題，因此,在主廠房電子設(shè)備間新增一面小控制箱(遠程I/O)，里面布置DI，DO，AI，PI模塊各1塊，電源模塊1塊、通信包括新增的供熱抽汽流量測量裝置及疏水系統(tǒng)改造的I/O點。模塊2塊及光纖收發(fā)器等，數(shù)據(jù)通過光纖傳送至供熱首站DCS機柜，實現(xiàn)電動熱網(wǎng)循環(huán)水泵6 kV高壓開關(guān)柜的遠程控制和監(jiān)測。

表1　I/O點數(shù)統(tǒng)計

注：#9機組本體供熱抽汽管道改造已完成，此I/O點數(shù)統(tǒng)計只

3.2驅(qū)動汽輪機電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)

驅(qū)動汽輪機電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨汽輪機廠成套供貨，控制柜布置于汽輪機旁，硬件采用德國Siemens可編程控制器(PLC)，與供熱首站DCS采用硬接線方式連接。

3.3工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)

供熱首站工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)共分為3個監(jiān)控區(qū)域，分別為供熱首站主廠房監(jiān)視區(qū)域、低壓配電室監(jiān)視區(qū)域和電子設(shè)備間監(jiān)視區(qū)域，共設(shè)10個監(jiān)視點。全廠工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在供熱首站10.6 m層電子設(shè)備間設(shè)1臺交換機，布置于工業(yè)電視柜內(nèi)。在控制室設(shè)置1臺液晶顯示器顯示監(jiān)控圖像。

3.4火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)主要監(jiān)視區(qū)域為電子設(shè)備間、電氣配電間及電纜主通道等。

3.5能源管理系統(tǒng)(EMS)

目前，電廠#9，#10機組升壓站有EMS 1套，當?shù)匦≈髡?臺，顯示所采集的信息量，可以與省調(diào)度中心同步顯示數(shù)據(jù)。根據(jù)河南省熱電聯(lián)產(chǎn)機組節(jié)能調(diào)度要求，#9，#10機組供熱改造后的相關(guān)參數(shù)(見表2)接入現(xiàn)有EMS，在EMS側(cè)遠程測控終端(RTU)中增加數(shù)據(jù)采集模塊，并對軟件進行必要修改。

表2　節(jié)能調(diào)度需接入的數(shù)據(jù)

續(xù)表

3.6熱工檢測儀表

根據(jù)業(yè)主要求，為了能夠滿足其檢修人員的維護和檢修方便性要求，此次改造設(shè)計中熱工儀表的選型與原機組熱控設(shè)備選型保持一致，以減少備品、備件的品種和數(shù)量。

4結(jié)論

根據(jù)實際工程，對某電廠的2×300 MW純凝機組進行了供熱改造的設(shè)計，本文內(nèi)容可為同類工程提供工程設(shè)計借鑒經(jīng)驗，對供熱改造項目的順利實施和項目的安全性也具有積極的作用。

參考文獻：

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(本文責(zé)編：白銀雷)

收稿日期:2016-02-23；修回日期:2016-04-01

基金項目：河南省開放合作項目(142106000001)；科技部科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項資金(2013EG121189)

中圖分類號：TK 323

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)04-0035-02

作者簡介：

常緒成(1983—)，男，山東東平人，工程師，工學(xué)博士，從事電廠熱工自動化設(shè)計方面的工作(E-mail:changxc@hdmdi.com)。