實現(xiàn)余熱電站負荷自動調(diào)整的簡易方法

馬哲

水泥窯余熱發(fā)電站的負荷一般是由中控操作員根據(jù)鍋爐的產(chǎn)汽量人工進行增減，也就是根據(jù)汽輪機的進汽壓力人工進行閥位調(diào)整。當中控操作員監(jiān)控到進汽壓力上升時，適當增加負荷；當監(jiān)控到進汽壓力降低時，適當減少負荷，維持汽輪機進汽壓力的穩(wěn)定。此項操作要求中控操作員有較高的操作水平，閥位調(diào)整過快或過慢都會造成發(fā)電站負荷、汽包水位等發(fā)生大的波動，不利于發(fā)電站的穩(wěn)定運行。本文以我公司運營的水泥余熱發(fā)電站為例，闡述如何通過簡易的改進，實現(xiàn)汽輪機在串級恒壓控制方式下運行，進而實現(xiàn)自動增減負荷的目的。

1 余熱電站原負荷控制方式

該余熱電站的DEH系統(tǒng)采用的是典型的WOOWARD505+VOTH閥系統(tǒng)，汽輪機的控制方式采用閥位控制方式，操作上主要是由中控操作員根據(jù)汽輪機進汽壓力調(diào)整調(diào)速汽閥的開度，控制汽輪機的進汽量以調(diào)整負荷。雖然在WOOWARD505的配置中也有功率控制方式，但由于水泥窯余熱鍋爐產(chǎn)汽量的不可控性（與窯況相關(guān)），使得此功率控制方式實際上無法投入使用。

2 改進方案

對于余熱電站來說，實現(xiàn)負荷自動控制實際上就是實現(xiàn)汽輪機在恒定進汽壓力下運行。通過對電站工藝流程、圖紙、WOOWARD505裝置說明書進行分析，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，最后確定如下經(jīng)濟適用的改造方案：對WOOWARD505外部接線進行簡單更改，投入WOOWARD505裝置的串級控制方式，設(shè)定為壓力控制；DCS編制簡易程序?qū)崿F(xiàn)壓力信號的引入及串級壓力控制的投退?？刂七壿嫷慕Y(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

DCS系統(tǒng)將進汽壓力變送器信號做無壞點判斷后，通過AO點開出，接入WOOWARD505裝置的AI點，作為串級壓力控制方式進汽壓力的采樣點；DCS人機界面設(shè)置恒壓控制的投/退按鈕，通過DO點接入到WOOWARD505裝置的DI點，控制串級壓力控制的投/退。當串級壓力控制方式投入作用時，WOOWARD505裝置通過設(shè)定壓力與實際壓力的差值，采用PID控制方式，輸出電信號至VOTH閥，VOTH閥將電信號變?yōu)閷?yīng)的油壓信號控制油動機的行程，從而控制調(diào)速汽閥的開度。當調(diào)速汽閥開度變化后，對應(yīng)的進汽壓力也發(fā)生變化，又通過DCS將進汽壓力信號反饋給WOOWARD505裝置，實現(xiàn)閉環(huán)控制。

圖1 控制邏輯結(jié)構(gòu)框圖

3 具體實施

3.1 DCS系統(tǒng)的改動

本余熱電站的DCS系統(tǒng)是和利時的MACSV系統(tǒng)，共分為兩個控制站：10號站為汽機控制站，11號站為鍋爐控制站。10號站的33模塊（型號FM151A，模擬量輸出模塊）的第2、3通道為備用通道，選第2通道為進汽壓力信號輸出通道，在程序中將進汽壓力變送器的數(shù)值直接賦到AO點；10號站的40模塊（型號FM171B，開關(guān)量輸出模塊）的第5、6、7通道均為備用通道，選第5通道為DCS恒壓投/退控制方式的DO點，在人機界面上設(shè)置“恒壓控制”投/退按鈕，按下為投入（DO點閉合），彈開為退出（DO點斷開）。同時，判斷進汽壓力變送器信號的狀態(tài)，如果信號點異常，閉鎖投入恒壓控制，斷開DO點。

3.2 裝置接線的改動

DCS系統(tǒng)與WOOWARD505裝置之間只需增加4根控制線，具體接線方式如圖2所示，WOOWARD505原備用點DI#7接DCS恒壓投/退控制的DO點，WOOWARD505原備用點AI#1接DCS進汽壓力信號的AO點。

3.3WOOWARD505裝置的配置

完成WOOWARD505裝置的接線后，有三個模塊的程序需要進行改動，分別是 ANALOG INPUTS、CONTACT INPUTS、CASCADE CONTROL。

（1）將AI#1配置為串級輸入功能，進入ANALOG INPUTS模塊，進行如下配置：

Analog Input#1 Function_______Cascade input

Input 1 4mA Value_______Units 0

Input 1 20mA Value_______Units 6400

（2）將DI#7設(shè)置為串級功能投/退的使用點，進入CONTACT INPUTS模塊，進行如下配置：

Contact input 7 Function_______Casc control Enable

（3）對串級控制的數(shù)據(jù)進行配置，主要包括串級方式的進汽壓力設(shè)置的范圍、轉(zhuǎn)速限值、PID參數(shù)等，進入CASCADE CONTROL模塊，進行如下配置：

Use Cascade Control?.............Y

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Invert Cascade?......................Y

Min Cascade Setpt_______1270

Max Cascade Setpt_______2290

Casc Setpt Rate(/sec)_______Units/SEC 5

Use Setpoint Tracking?.............Y

Speed Setpt Lower Limit_______RPM 3000

Speed Setpt Upper Limit_______RPM 3180

Cascade Droop_______%0

Casc PID Prop Gain_______%5

Casc PID Integral Gain_______rps 0.3

圖2 新增串級控制的WOOWARD505裝置的端子接線圖

Casc Derivative Ratio_______%100

Casc Units of Measure_______KP

通過上述簡易的改線與編程配置，在未增加任何設(shè)備的情況下，比較容易地就完成了此次改進。改進后，中控操作員只需在DCS畫面上操作“恒壓控制”投入，即可完成汽輪機串級恒壓控制方式的投入，從而實現(xiàn)負荷增減的自動調(diào)整。