重型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠全廠一體化控制應(yīng)用

許軍偉

摘要：聯(lián)合循環(huán)電廠的控制系統(tǒng)可比作電廠的大腦，對電廠的高效穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。全廠綜合控制并不是一個(gè)新概念，它已經(jīng)成為大型燃煤電廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。本文主要討論聯(lián)合循環(huán)電廠的控制系統(tǒng)。

Abstract： The control system of combined cycle power plant can be compared to the brain of power plant， which plays a vital role in the efficient and stable operation of power plant. Plant integrated control is not a new concept， it has become a standard design in the control system design of large coal-fired power plants. This paper mainly discusses the control system of combined cycle power plant.

關(guān)鍵詞：重型燃?xì)廨啓C(jī);控制系統(tǒng);一體化應(yīng)用

Key words： heavy duty gas turbine;control system;integrated application

中圖分類號：[TM622]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）19-0210-02

0? 引言

重型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)是指燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)與蘭金蒸汽或其他流體循環(huán)相結(jié)合的熱循環(huán)。密集使用燃?xì)廨啓C(jī)的主要是高產(chǎn)軸流式壓縮機(jī)組成的17層與進(jìn)口的指引可調(diào)葉片（rehbrucke），經(jīng)過燃燒室與燃燒器的分支和一個(gè)20節(jié)與渦輪葉片4層樓的反應(yīng)。燃?xì)廨啓C(jī)葉片采用先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)。從氣流方向的入口看，渦輪葉片順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。氣體通過進(jìn)氣過濾器、進(jìn)氣腔和進(jìn)氣缸進(jìn)入壓縮機(jī)?？諝獗粔嚎s機(jī)壓縮到燃燒室。圓管燃燒使用燃料和壓縮空氣，使用干燥的低NOX工藝。高壓下的氣體通過渦輪輸送到渦輪中，然后轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能。部分動(dòng)能用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，部分動(dòng)能用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)?？蓾B透氣體通過排氣擴(kuò)散器的截面和軸向排氣管道排出，進(jìn)入熱回收鍋爐（HRSG）回收熱量，并通過煙囪排放到大氣中。大型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站的綜合規(guī)?？刂仆ㄟ^順序控制邏輯，對機(jī)組主、輔設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷?？刂七壿媽㈦S著進(jìn)程數(shù)量的變化而自動(dòng)調(diào)整。通過對機(jī)組啟動(dòng)和關(guān)閉過程的條件、過程變量和調(diào)整參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)客觀判斷，提高了機(jī)組啟動(dòng)和關(guān)閉過程的內(nèi)在安全性。

1? 重型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)概述

聯(lián)合循環(huán)電廠的主要設(shè)備包括燃?xì)廨啓C(jī)（GT）、汽輪機(jī)（ST）、余熱鍋爐（HRSG）、輔助系統(tǒng)（BOP）、電力系統(tǒng)（ELEC）、公共系統(tǒng)（COM）等。電廠聯(lián)合循環(huán)是通過與上述設(shè)備協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)的。聯(lián)合運(yùn)輸是指燃?xì)廨啓C(jī)的排氣進(jìn)入余熱鍋爐，所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入抽汽式或背壓式汽輪機(jī)做功，汽輪機(jī)的抽汽或排氣被用于加熱。與傳統(tǒng)的蒸汽機(jī)組相比，采用燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐，后端汽輪機(jī)機(jī)組基本上相同，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①發(fā)電廠整體循環(huán)效率高：由于常規(guī)電廠由于循環(huán)、設(shè)備等方面的限制，純發(fā)電的熱效率難以突破，一般在40%左右。采用超臨界、超超臨界參數(shù)可以提高一定的效率，但上升空間已經(jīng)很有限。而聯(lián)合循環(huán)效率一般在50%以上，如采用先進(jìn)的F級燃?xì)廨啓C(jī)，則效率更高。例如深圳市廣前電力有限公司燃機(jī)項(xiàng)目，采用三菱M701F型燃機(jī)，純發(fā)電熱效率達(dá)到57.7%。

②環(huán)境污染?。河捎谟糜突蛱烊粴庾魅剂?，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠不產(chǎn)生灰渣和煙塵，燃燒產(chǎn)物少，NOX排放量低。為了對污染物進(jìn)行治理，傳統(tǒng)電廠需要安裝電除塵、脫硫、脫硝等設(shè)備。

③調(diào)峰能力好，啟?？欤捍笕紮C(jī)在1h內(nèi)達(dá)到滿負(fù)荷，單鍋爐啟動(dòng)時(shí)間遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)電廠1h。

④相同條件下，單位投資低：由于無煤粉、制粉、除灰系統(tǒng)，除鹽水和循環(huán)水少、體積小、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，同等條件下，聯(lián)合循環(huán)投資的成本要低于常規(guī)燃煤電廠。例如，2F級聯(lián)合循環(huán)的單位成本一般在3500元/kW左右，而2個(gè)300MW燃煤機(jī)組在5000元/kW左右，若考慮脫硫脫硝的話，則更高。

⑤其他優(yōu)點(diǎn)有建設(shè)周期短、運(yùn)行人員少、工廠用電少、利用率高。

2? 大型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠全廠綜合控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

聯(lián)循環(huán)發(fā)電廠的綜合控制有許多優(yōu)點(diǎn)，在技術(shù)上并不難實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)在于突破設(shè)備廠商保護(hù)，改變主設(shè)備單獨(dú)控制的思路。實(shí)際應(yīng)用表明，全廠集成控制對于業(yè)主建廠后節(jié)省投資、高效運(yùn)行、簡化維修等方面具有優(yōu)勢。

2.1 改進(jìn)自動(dòng)化過程

降低硬線路和通信接口，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高自動(dòng)化程度。綜合設(shè)計(jì)使子系統(tǒng)之間無硬線信號。體系結(jié)構(gòu)簡單明確。此外，它有利于邏輯設(shè)計(jì)。當(dāng)設(shè)計(jì)邏輯時(shí)，任何控制器的信號都可以通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用，沒有考慮到硬線環(huán)的代價(jià)。所以，在設(shè)計(jì)自動(dòng)控制程序時(shí)，盡量利用上述優(yōu)點(diǎn)，盡可能地設(shè)計(jì)自動(dòng)控制邏輯，降低操作人員的工作強(qiáng)度。

2.2 hadware平臺與軟件集成

通過對成套設(shè)備的整體控制，避免了控制系統(tǒng)軟硬件的多套故障，減少了備件種類。普通的配置工具和診斷工具的使用可以簡化對操作和維護(hù)人員的培訓(xùn)。操作站、工程師站、歷史站等也避免了重復(fù)結(jié)構(gòu)，減少初期投資。

2.3 集成操作界面，減輕操作者監(jiān)視磁盤壓力

通用操作員站畫面，整合了整個(gè)工廠的機(jī)器信息。HMI站采用雙屏顯示，信息豐富。因?yàn)檫壿嬜詣?dòng)化程度很高，通常只有一次操作，操作者可以監(jiān)控整個(gè)設(shè)備。

全廠的報(bào)警信息和SOE信息都可在任意計(jì)算機(jī)上顯示，并能對工廠進(jìn)行監(jiān)控。通過全廠一體化，各控制設(shè)備的時(shí)間標(biāo)號一致，在出現(xiàn)意外情況下，能快速準(zhǔn)確地調(diào)用報(bào)警和SOE數(shù)據(jù)進(jìn)行事故分析。

2.4 工程設(shè)計(jì)和服務(wù)

在進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)時(shí)，由同一供應(yīng)商實(shí)施整體設(shè)計(jì)。供貨商在設(shè)計(jì)和工廠試運(yùn)行期間，要完成許多內(nèi)部調(diào)整工作。這樣可以節(jié)省網(wǎng)點(diǎn)的工作量，縮短服務(wù)時(shí)間，提高服務(wù)質(zhì)量。克服了多廠商參與、調(diào)整難度大、調(diào)試周期長、風(fēng)險(xiǎn)高等缺點(diǎn)。

3? 一體化控制應(yīng)用

3.1 余熱鍋爐及其重要輔助設(shè)備

每一系統(tǒng)的啟動(dòng)過程主要控制各個(gè)閥門和泵的開關(guān)順序。重要控制參數(shù)。盡量避免參數(shù)劇烈波動(dòng)。循環(huán)水系統(tǒng)、開水系統(tǒng)、閉水系統(tǒng)、冷凝水輔助系統(tǒng)、冷凝水系統(tǒng)、輔助蒸汽系統(tǒng)、低壓供水系統(tǒng)、高壓供水系統(tǒng)、低壓主蒸汽加熱增壓系統(tǒng)、中壓主蒸汽加熱增壓系統(tǒng)。輔機(jī)停車后，進(jìn)行相應(yīng)聯(lián)動(dòng)，將重要設(shè)備參數(shù)放入畫面。

3.2 啟動(dòng)引擎和汽輪機(jī)

汽輪機(jī)控制包括啟動(dòng)條件的確定、啟動(dòng)方式的選擇、沖洗、高壓/中壓/低壓主蒸汽壓力的控制、燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組 IGV閥的控制。根據(jù)汽輪機(jī)入口金屬溫度選擇啟動(dòng)方式。一般分為以下三類：

①熱啟動(dòng)：汽輪機(jī)高壓缸入口的金屬溫度。

②啟動(dòng)溫度：汽輪機(jī)高壓缸入口的金屬溫度230～400℃。

③冷啟動(dòng)：低于230℃。

泊車方法分為普通泊位和維修泊位。

3.3 鍋爐和其他設(shè)備啟動(dòng)控制

啟動(dòng)鍋爐可以集成在 DCS系統(tǒng)中進(jìn)行控制，集成在控制系統(tǒng)中，還可以通過通信信號控制，啟動(dòng)鍋爐的啟停。其他設(shè)備：按需要控制的順序排列設(shè)備。DCS可以直接將設(shè)備集成到系統(tǒng)中， DCS不能控制的設(shè)備需要增加硬接線或增加通信點(diǎn)。

3.4 各系統(tǒng)的啟停次序是機(jī)組控制的重點(diǎn)

如果條件允許，可直接與泵的啟停指示連接。接收相應(yīng)反饋完成控制。在一般情況下，調(diào)節(jié)閥控制包括以下幾個(gè)方面：閥門指令控制、閥門設(shè)定值變化、閥門根據(jù)設(shè)定值的偏差自動(dòng)調(diào)節(jié)。具體實(shí)現(xiàn)如下所示。步進(jìn)啟動(dòng)：調(diào)節(jié)閥達(dá)到規(guī)定開度，控制參數(shù)達(dá)到一定值，修改設(shè)定值，自動(dòng)拋出。例如：以高壓水旁通閥為例，簡單介紹閥門的控制方式如圖。采用高壓汽包水位作為控制目標(biāo)。圖1所示為調(diào)節(jié)閥的開啟方式。圖2是MA站的介入方式，包括手動(dòng)自動(dòng)切換指令和關(guān)鍵的強(qiáng)制降落指令。另外，在切換到閥門控制時(shí)也有不受干擾的問題。高電壓給水閥完成手動(dòng)自動(dòng)切換方式：高壓汽包水位達(dá)到300mm。PID設(shè)定值切至固定值300mm，延遲5s，切換為自動(dòng)，步序結(jié)束后，PID設(shè)定值切換為手動(dòng)輸入，將輸入值跟蹤到開關(guān)塊地輸出，從而實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)開關(guān)。

3.5 斷點(diǎn)

以確保機(jī)組的安全。冷凝器排空確認(rèn)、冷卻水高溫和上水?dāng)帱c(diǎn)設(shè)置。啟動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)斷點(diǎn)。停止設(shè)置有失敗真空確認(rèn)斷點(diǎn)。其中冷卻水溫度高，可通過邏輯判斷取消真空確認(rèn)取消。

4? 總結(jié)

大型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站全廠綜合控制系統(tǒng)，通過一套統(tǒng)一的操作控制，將原燃?xì)廨啓C(jī)的各種設(shè)備和參數(shù)控制整合為一體，有效地實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的啟?？刂?。該方法有助于節(jié)省能源，縮短啟停時(shí)間，減少作業(yè)工作量，具有研究和推廣價(jià)值。目前，融合采用傳統(tǒng)的控制方式，可以采用新的控制、報(bào)警技術(shù)，使之更人性化、智能化。

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