安薩爾多AE94.3A型燃機(jī)機(jī)組APS設(shè)計(jì)與優(yōu)化

大唐萬寧天然氣發(fā)電有限責(zé)任公司 王永宏 江 彬 吳占元 李 杰

東莞深能源樟洋電力有限公司 唐 爽 西安熱工研究院有限公司 陳志剛 王 林

1 機(jī)組簡介

某電廠擴(kuò)建工程6號機(jī)組采用上海電氣制造的安薩爾多AE94.3A型9F級改進(jìn)型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)、一拖一單軸、帶SSS離合器的純凝發(fā)電機(jī)組。該項(xiàng)目具有啟停靈活、低碳環(huán)保、清潔高效等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，單套機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)工況下出力為475MW。機(jī)組DCS和TCS控制系統(tǒng)均采用ABB（S+）系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)主要性能參數(shù)見表1。

表1 燃機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

為提高機(jī)組啟停效率，熱工自動控制領(lǐng)域提出了“一鍵啟?！钡母拍?，也即“機(jī)組自動程序啟停系統(tǒng)”[4-6]（Automatic Procedure Start-up／Shut-down，APS），本文以某電廠擴(kuò)建工程6號機(jī)組為研究對象，設(shè)計(jì)優(yōu)化了機(jī)組的APS控制策略，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供后續(xù)同類機(jī)組參考。

2 燃機(jī)APS體系構(gòu)建

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程機(jī)組的APS系統(tǒng)采用分級控制結(jié)構(gòu)，總體上分4層，即機(jī)組控制級、功能組控制級、功能子組控制級和設(shè)備控制級。功能組控制級是APS的基石，具備獨(dú)立操作功能，為保證APS系統(tǒng)的優(yōu)良控制品質(zhì)，提出以下設(shè)計(jì)原則：一是設(shè)備和閥門根據(jù)程控過程進(jìn)行針對性控制，符合機(jī)組設(shè)備的啟停規(guī)律。二是多級設(shè)備應(yīng)采用逐級啟動，以減輕線路壓力。三是備用按鈕待系統(tǒng)穩(wěn)定后自動投入。四是調(diào)節(jié)閥自動控制應(yīng)能自動投入，并按自動設(shè)定值調(diào)節(jié)，使該系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。五是機(jī)組設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)應(yīng)體系化、完善化，能夠根據(jù)不同工況自動匹配閥門狀態(tài)。

機(jī)組控制級是APS的根本，銜接著各系統(tǒng)，主要遵循以下原則：一是系統(tǒng)啟動時，銜接好上下級系統(tǒng)，應(yīng)避免上下級系統(tǒng)運(yùn)行工況惡化。二是具備各工況的適應(yīng)性，滿足機(jī)組啟停功能。

2.2 APS斷點(diǎn)設(shè)計(jì)

本工程機(jī)組APS共設(shè)計(jì)4步斷點(diǎn)：斷點(diǎn)1為準(zhǔn)備系統(tǒng)啟動；斷點(diǎn)2為鍋爐上水及汽機(jī)抽真空；斷點(diǎn)3為機(jī)組啟動；斷點(diǎn)4為機(jī)組停運(yùn)。APS斷點(diǎn)的組成見表2。

表2 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機(jī)組APS組成及啟停順序

3 斷點(diǎn)設(shè)計(jì)

3.1 準(zhǔn)備系統(tǒng)啟動

APS依次啟動循環(huán)水系統(tǒng)、開式水系統(tǒng)、閉式水系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、機(jī)組潤滑油系統(tǒng)、燃機(jī)輔助設(shè)備、盤車系統(tǒng)，以滿足機(jī)組啟動前準(zhǔn)備條件。

控制難點(diǎn)：水系統(tǒng)空管啟動，應(yīng)避免損壞管道及其支吊架。循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)了輔助循環(huán)水泵可提前給循環(huán)水管路注水。閉式水系統(tǒng)和開式水系統(tǒng)可提前打開水路通道通過靜壓差完成管道注水。注水放空閥均為手動閥，需要運(yùn)行人員提前打開，見水關(guān)放空閥。機(jī)組再次啟動時，根據(jù)管道壓力（超過日常管道凈壓）自動判斷管道注水情況，減輕運(yùn)行操作量。

優(yōu)化策略：循環(huán)水系統(tǒng)僅啟動首臺循環(huán)水泵，受季節(jié)影響不限制優(yōu)先啟動低速循環(huán)水泵。隨著負(fù)荷的升高，運(yùn)行人員需要手動啟動備用循環(huán)水泵和機(jī)力冷卻塔風(fēng)機(jī)。循環(huán)水系統(tǒng)可進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)季節(jié)或者環(huán)境溫度（燃機(jī)測點(diǎn)）決定不同負(fù)荷下循環(huán)水泵和機(jī)力冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式和運(yùn)行數(shù)?？肇?fù)荷默認(rèn)優(yōu)先啟動低速循環(huán)水泵和配置機(jī)力冷卻塔通道；隨著機(jī)組負(fù)荷升高或循環(huán)水進(jìn)出口溫差大，逐步啟動機(jī)力冷卻塔風(fēng)機(jī)和備用循環(huán)水泵；機(jī)組降負(fù)荷停機(jī)時，逐步停機(jī)力冷卻塔風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵。該優(yōu)化方案可實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)一鍵控制，根據(jù)工況變化規(guī)范化啟停循環(huán)水泵和機(jī)力冷卻塔風(fēng)機(jī)，減輕了運(yùn)行操作壓力。

機(jī)組啟動前燃機(jī)/汽機(jī)盤車應(yīng)運(yùn)行48h以上，而斷點(diǎn)1默認(rèn)水系統(tǒng)和油系統(tǒng)同時運(yùn)行，水系統(tǒng)啟停會造成了部分廠用電損失。斷點(diǎn)1可單列油系統(tǒng)按鈕，此時僅啟動閉式水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、盤車系統(tǒng)。機(jī)組準(zhǔn)備啟動時，已完成的系統(tǒng)自動跳步，故僅啟動水系統(tǒng)。該優(yōu)化方案可增加斷點(diǎn)使用率，同時避免了盤車期間，水系統(tǒng)設(shè)備的啟停。

3.2 鍋爐上水、汽機(jī)抽真空

鍋爐上水系統(tǒng)和汽機(jī)抽真空系統(tǒng)并列布置，滿足斷點(diǎn)2啟動條件可同時進(jìn)行，節(jié)約了機(jī)組啟動時間。鍋爐上水APS依次啟動凝結(jié)水系統(tǒng)、啟動低壓汽包上水系統(tǒng)、啟動高壓/中壓汽包上水系統(tǒng)以具備燃機(jī)機(jī)組啟動前條件。汽機(jī)抽真空APS依次確認(rèn)輔汽系統(tǒng)正常、啟動抽真空和建立軸封系統(tǒng)。

控制難點(diǎn)：鍋爐空管上水和上水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。機(jī)組首次啟動時，汽包水位測量裝置的參比水位柱無注水回路，汽包水位的測量及監(jiān)控設(shè)備的沖洗、校正及投運(yùn)需要人工介入。建議后期增加注水回路，以提高汽包水位測量的準(zhǔn)確性。

機(jī)組正常啟動時，汽包水位測量正常，自動判斷鍋爐水側(cè)管道是否注水完成。未注水，APS自動完成鍋爐管道注水程序，開水側(cè)疏水放空閥。管道逐級注水完成后，確認(rèn)注水完成按鈕，自動關(guān)閉疏水放空閥。管道已注水，疏水放空閥保持原先位置。

當(dāng)汽包上下壁有溫差時，將在汽包金屬內(nèi)產(chǎn)生附加熱應(yīng)力，可能使汽包發(fā)生彎曲變形、裂紋，縮短使用壽命。故鍋爐上水時，需要嚴(yán)格控制汽包上水速率。根據(jù)鍋爐說明書要求，汽包最大上水速率見表2。汽包上水由給水旁路調(diào)節(jié)閥開環(huán)控制，自動匹配最佳上水速率。給水主路調(diào)節(jié)閥閉鎖關(guān)，但允許運(yùn)行人員手動介入。

當(dāng)鍋爐汽包上水時，鍋爐上水流量大于凝汽器補(bǔ)水流量，易導(dǎo)致凝汽器水位較低，影響凝結(jié)水系統(tǒng)的穩(wěn)定。當(dāng)鍋爐主給水調(diào)閥突然打開時，鍋爐上水流量徒增，易導(dǎo)致凝結(jié)水壓力偏低聯(lián)啟凝結(jié)水備用泵。

鍋爐汽包大量補(bǔ)水時，須運(yùn)行人員提前啟動除鹽水泵以保證除鹽水壓力，并提高凝汽器水位設(shè)定值。鍋爐汽包上水時，APS自動調(diào)高凝結(jié)水泵變頻器設(shè)定值以滿足汽包基本上水速率；碰到特殊工況致使凝汽器水位不足或凝結(jié)水母管壓力低時，APS系統(tǒng)自動降低汽包上水速率并閉鎖開給水旁路調(diào)閥。

機(jī)組啟動初期或末期，存在無凝結(jié)水用戶時，凝結(jié)水系統(tǒng)可具備獨(dú)立自循環(huán)功能。凝結(jié)水自循環(huán)控制參數(shù)：凝結(jié)水母管壓力為1.5MPa；凝結(jié)水再循環(huán)量為200t/h。

優(yōu)化策略：一是凝結(jié)水泵組設(shè)計(jì)為一拖二變頻器。變頻旁路柜設(shè)計(jì)KM11/12/13/21/22/23斷路器和QS11/12/21/22隔刀，目前系統(tǒng)可根據(jù)運(yùn)行操作自動識別凝結(jié)水泵工頻/變頻狀態(tài)。可優(yōu)化為通過運(yùn)行人員預(yù)選啟動泵，自動合分?jǐn)嗦菲鳎ヅ漕A(yù)選泵在變頻位，備用泵在工頻位。

二是汽包水位正常判斷，建議由固定值修改為變動值，以適應(yīng)不同工況下的最佳汽包上水水位，以提高APS使用率。當(dāng)給水調(diào)閥在自動時，汽包水位正常判斷值為自動設(shè)定值±50mm；當(dāng)給水調(diào)閥在手動時，依舊采用原固定值。

三是機(jī)組晚上停機(jī)，鍋爐保壓運(yùn)行，早上機(jī)組啟動時，中/低壓省煤器存在局部汽化現(xiàn)象。APS鍋爐上水時，給水電動閥開5s、中停60s可緩解省煤器局部汽化現(xiàn)象。

3.3 機(jī)組啟動和停止

機(jī)組APS啟動后約30min燃機(jī)啟動至額定轉(zhuǎn)速；燃機(jī)并網(wǎng)帶10MW初負(fù)荷；機(jī)組升負(fù)荷至溫控模式（鍋爐升溫升壓至汽機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)（高壓主蒸汽：8MPa，汽機(jī)推薦溫度）；汽機(jī)沖轉(zhuǎn)后：高壓過熱器減溫水調(diào)閥控制汽機(jī)最佳進(jìn)汽溫度，旁路系統(tǒng)自動控制最佳進(jìn)汽壓力）；燃機(jī)IGV閥打開時（約150MW），機(jī)組退出溫控模式；繼續(xù)升負(fù)荷至200MW。

機(jī)組APS停止后機(jī)組降負(fù)荷至燃機(jī)IGV關(guān)閉（約185MW）；機(jī)組進(jìn)入溫控模式（維持汽機(jī)進(jìn)汽壓力和溫度的穩(wěn)定）；汽機(jī)跳閘后，繼續(xù)將負(fù)荷至8MW；燃機(jī)程停。

3.4 燃機(jī)與汽機(jī)協(xié)調(diào)控制

自動完成主機(jī)DCS和燃機(jī)TCS之間的請求確認(rèn)（自動投入燃機(jī)DCS模式，燃機(jī)協(xié)調(diào)模式，煙氣控制模式，旁路ASA模式并在自動等），減少運(yùn)行操作量。設(shè)置機(jī)組啟/停按鈕，無縫銜接燃機(jī)負(fù)荷控制和溫控模式。

通過燃機(jī)溫控模式，協(xié)調(diào)燃機(jī)和汽機(jī)的啟動過程。溫控模式下燃機(jī)溫度輸出值根據(jù)鍋爐、汽機(jī)等需求溫度限速限幅后送至燃機(jī)。機(jī)組啟動時，溫控模式下逐步升負(fù)荷完成暖爐至汽機(jī)沖轉(zhuǎn)條件。機(jī)組停止時，溫控模式下逐步降負(fù)荷，保證汽機(jī)主蒸汽溫度的穩(wěn)定至汽機(jī)解列。

汽機(jī)啟動過程中，鍋爐高壓過熱減溫水調(diào)閥調(diào)節(jié)高壓主蒸汽溫度，其設(shè)定值取自修正后的汽機(jī)側(cè)推薦主蒸汽溫度值，自動匹配最佳的啟動參數(shù)。機(jī)組APS啟動和停機(jī)曲線如圖1和圖2所示。

圖1 機(jī)組APS啟動曲線

圖2 機(jī)組APS停止曲線

4 結(jié)論

本文以某電廠擴(kuò)建工程安薩爾多AE94.3A型9F級改進(jìn)型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為研究對象，設(shè)計(jì)了機(jī)組“一鍵啟?！毕到y(tǒng)，其具有APS功能組控制級可獨(dú)立運(yùn)行，并兼顧運(yùn)行操作習(xí)慣；備用按鈕能自動投入；調(diào)節(jié)閥能自動調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。同時，機(jī)組的控制級斷點(diǎn)易靈活變通，可適應(yīng)機(jī)組的各種復(fù)雜工況，顯著提高了APS的實(shí)用性和使用率，有效滿足了機(jī)組的快速啟停要求。