余熱鍋爐典型順序控制邏輯的研究

作者簡介：

朱靜波（1983-），男，漢族，湖北人，碩士研究生，工程師，研究方向：熱工自動化。

米大利（1982-），男，漢族，山東人，，碩士，工程師，研究方向：熱工自動化。

摘 要：本文簡要介紹了燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站的控制系統(tǒng)，并以孟加拉西萊特90MW聯(lián)合循環(huán)電站工程為基礎(chǔ)，對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站余熱鍋爐的主要順序控制系統(tǒng)進行了詳細說明，提出了余熱鍋爐的典型順序控制邏輯。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán)； 余熱鍋爐； 分散控制系統(tǒng)（DCS）； 順序控制

中圖分類號： 文獻標志碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（a）-0000-01

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置以其高效、低污染、建設(shè)周期短等優(yōu)點，受到了世界各國的青睞[1]。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站主要由燃氣輪機、余熱鍋爐和蒸汽輪機三大部分組成，另外還包括汽輪發(fā)電機組的一些輔機和輔助設(shè)備、電廠的一些公用系統(tǒng)、各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制等所需要的控制設(shè)備。通常燃氣輪機和蒸汽輪機自身的控制系統(tǒng)都隨主設(shè)備成套提供。而對于余熱鍋爐和汽輪機熱力系統(tǒng)的控制，可通過分散控制系統(tǒng)（DCS）完成，以實現(xiàn)對整個余熱鍋爐、汽輪機及發(fā)電機組的過程控制，完成對各個獨立控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制功能。本文結(jié)合幾個已投產(chǎn)的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站工程，并以孟加拉西萊特90MW聯(lián)合循環(huán)電站工程為基礎(chǔ)，對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站余熱鍋爐的主要順序控制進行詳細說明，提出其DCS的典型順序控制邏輯。

1 概述

孟加拉西萊特工程，是由常見的二臺6B燃機，二臺雙壓、立式、強制循環(huán)余熱鍋爐，一套冷凝式、無再熱、無抽汽汽輪發(fā)電機組及它們的輔助系統(tǒng)所構(gòu)成的“二拖一”模式（即兩臺燃氣輪機各帶一臺余熱鍋爐，并通過蒸汽母管向一臺蒸汽輪機供汽[2]）的聯(lián)合循環(huán)電站，其發(fā)電容量約90MW，燃機設(shè)計燃料為天然氣。

燃氣輪機為美國GE公司6581B型燃氣輪機，其配套的控制系統(tǒng)為Mark-VI。余熱鍋爐（HRSG）為韓國斗山（DOOSAN）重工生產(chǎn)的強制循環(huán)雙壓余熱鍋爐。蒸汽輪機為中國南京汽輪發(fā)電機集團生產(chǎn)的單壓單進汽凝汽式汽輪機，汽機數(shù)字電液控制（DEH）隨主機設(shè)備成套供貨。

該工程通過分散控制系統(tǒng)（DCS）實現(xiàn)對聯(lián)合循環(huán)機組及其輔助公用系統(tǒng)（如空壓站、循環(huán)水泵等）的監(jiān)視和控制。

2 DCS系統(tǒng)功能

機組分散控制系統(tǒng)（DCS）網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍如下：（1）余熱鍋爐及其輔助系統(tǒng)控制；（2）汽機及其輔助系統(tǒng)控制；（3）發(fā)/變組及機組廠用電源控制。

機組DCS主要功能包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）。為了防止操作人員的誤操作事故，減少值班員的勞動強度，必須提高DCS的控制水平，而順序控制系統(tǒng)（SCS）作為DCS的一部分，完成余熱鍋爐、汽輪機及其輔機系統(tǒng)、輔助公用系統(tǒng)、發(fā)電機/變壓器組及廠用電源系統(tǒng)的啟停順序控制，因此提高順序控制系統(tǒng)（SCS）的水平是提高整個機組控制水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

機組順序控制系統(tǒng)（SCS）系統(tǒng)功能應(yīng)劃分為4級：（1）驅(qū)動級；（2）子組級；（3）功能組級；（4）廠級（或稱機組級）。

子組級是實現(xiàn)單個設(shè)備以及與該設(shè)備相關(guān)聯(lián)的邏輯控制，如實現(xiàn)一臺給水泵及其出、入口電動門等邏輯功能。功能組級是由幾個相關(guān)的功能子組級組成，它是將幾個功能子組級連接起來，完成一個完整的工藝系統(tǒng)的程序控制邏輯，如實現(xiàn)兩臺給水泵和他們相關(guān)設(shè)備的控制連鎖邏輯等。機組級順序控制是實現(xiàn)整個機組的整組啟動和停機的控制，機組級順序控制系統(tǒng)也就是機組的自動啟動和停止控制系統(tǒng)即APS系統(tǒng)。功能子組級、功能組級和機組級順序控制三者的關(guān)系是：功能子組級控制是實現(xiàn)功能組控制的基礎(chǔ)，依照工藝過程，不同功能組的順控邏輯相連接，構(gòu)成了機組級順序控制。

本文將對余熱鍋爐的DCS子組級的順序控制邏輯進行說明。

3 HRSG本體范圍內(nèi)汽水系統(tǒng)邏輯

3.1 過熱蒸汽管道疏水排氣

鍋爐冷態(tài)啟動期間，打開設(shè)置在管道的疏水、排氣電動門，排出管道的凝結(jié)水和積聚的氣體。對于鍋爐溫態(tài)、熱態(tài)啟動期間，排汽管道的排氣電動門將處于關(guān)閉狀態(tài)[3]。

高壓疏水電動門：HRSG啟動前，吹掃期間打開（至少3min）；當高壓汽包壓力≥0.5 bar（g）時，開疏水電動門5min后關(guān)閉；當5min后關(guān)閉后，疏水電動門投入自動控制方式。監(jiān)視疏水罐溫度，當對應(yīng)高壓汽包壓力飽和溫度的過熱度≤30K時，開疏水電動門；當對應(yīng)高壓汽包壓力飽和溫度的過熱度≥50K時，關(guān)疏水電動門。且在高壓汽包壓力≤15 bar（g）時，這個電動門疏水時可全開；高壓汽包壓力≥15 bar（g）時，這個電動門疏水時開20%。

高壓排氣電動門： 當高壓汽包壓力≥0.5 bar（g）時，開排氣電動門5min后關(guān)閉；當高壓汽包壓力=3bar（g）時，關(guān)閉排氣電動門。

低壓排氣電動門：當?shù)蛪浩鼔毫Α?.5 bar（g）時，開排氣電動門；當?shù)蛪浩鼔毫Α?.5bar（g）時，關(guān)閉排氣電動門。

3.2 鍋爐汽包連續(xù)排污電動門

鍋爐連續(xù)排污主要控制T.D.S及汽包水的硅含量。操作員根據(jù)蒸汽的品質(zhì)，手動操作排污電動門的開關(guān)。

高壓連續(xù)排污電動門：當高壓汽包壓力≥20 bar（g）時，開排污電動門。

低壓連續(xù)排污電動門：當?shù)蛪浩鼔毫Α? bar（g）時，開排污電動門。當高壓/低壓汽包水位低于正常水位500 mm 時，保護動作，關(guān)閉排污電動門。

3.3 鍋爐汽包定期排污電動門

在鍋爐啟動期間，鍋爐汽包定期排污電動門用于控制汽包水位。當汽包水位高于正常水位時，定期排污電動門將打開，排至定期排污擴容器。

3.3.1 高壓定期排污電動門

根據(jù)高壓汽包壓力的大小，確定高壓定期排污電動門的開度：

高壓汽包壓力< 15 bar（g）時，全開；高壓汽包壓力> 15 bar（g）時，開20%。

高壓定期排污電動門允許開的條件：啟動低負荷期間（負荷≤30% M.C.R），高壓汽包水位≥正常水位；正常運行期間（負荷≥30% M.C.R），高壓汽包水位≥正常水位+100mm。當汽包水位低于上述水位時，高壓定期排污電動門將關(guān)閉。

3.3.2 低壓定期排污電動門

低壓定期排污電動門允許開的條件：啟動低負荷期間（負荷≤30% M.C.R），低壓汽包水位≥正常水位；正常運行期間（負荷≥30% M.C.R），低壓汽包水位≥正常水位+100mm。當?shù)蛪浩坏陀谏鲜鏊粫r，低壓定期排污電動門將關(guān)閉。當高壓/低壓汽包水位低于正常水位500mm時，保護動作，關(guān)閉排污電動門。

3.4 高/低壓循環(huán)泵

每臺HRSG配置兩臺高壓循環(huán)泵、兩臺低壓循環(huán)泵。一臺運行，另一臺備用。鍋爐啟動前，鍋爐上水已達到汽包啟動水位，循環(huán)泵啟動運行。

3.4.1高壓循環(huán)泵

1）高壓循環(huán)泵啟動允許條件：高壓汽包啟動水位在包啟動水位；高壓循環(huán)泵軸承溫度<高I值（如果有）； 高壓循環(huán)泵電動機線圈溫度<高I值（如果有）。

2） 備用高壓循環(huán)泵啟動條件：運行泵故障跳閘；循環(huán)流量低I值（三取二），即流量≤240 m3/hr。

3）高壓循環(huán)泵停止：高壓汽包啟動水位≤正常水位-635 mm；高壓循環(huán)泵軸承溫度≥高II值（如果有）；高壓循環(huán)泵電動機線圈溫度≥高II值（如果有）；

循環(huán)流量低II值（三取二）。

3.4.2低壓循環(huán)泵

1）低壓循環(huán)泵啟動允許條件：低壓汽包啟動水位在包啟動水位；低壓循環(huán)泵軸承溫度<高I值（如果有）；低壓循環(huán)泵電動機線圈溫度<高I值（如果有）。

2） 備用低壓循環(huán)泵啟動條件：運行泵故障跳閘；循環(huán)流量低I值（三取二），即流量≤89 m3/hr。

3）低壓循環(huán)泵停止

·低壓汽包啟動水位≤正常水位-560 mm；低壓循環(huán)泵軸承溫度≥高II值（如果有）；低壓循環(huán)泵電動機線圈溫度≥高II值（如果有）；循環(huán)流量低II值（三取二），即流量≤74 m3/hr。

3.5 三通煙氣分流檔板

三通煙氣分流檔板是液壓驅(qū)動。當HRSG啟動投入運行時，三通煙氣分流檔板按要求的程序打開。控制功能在DCS系統(tǒng)實現(xiàn)，系統(tǒng)包括：三通煙氣分流檔板；液壓油系統(tǒng)；密封風(fēng)系統(tǒng)。

液壓油系統(tǒng)設(shè)置兩臺高壓油泵，一臺運行一臺備用。分流檔板的正常驅(qū)動油壓大于25MPa，小于28MPa。正常運行期間，當供油母管壓力≤25MPa時，油泵將啟動；當供油母管壓力油壓≥28Mpa時，運行泵將停止。

當GT、HRSG投入運行前，煙氣分流檔板密封風(fēng)系統(tǒng)必須投運，給煙氣分流檔板供密封、冷卻風(fēng)，防止煙氣外漏。密封風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置兩臺密封風(fēng)機，互為備用。風(fēng)機出口設(shè)置爐側(cè)電動隔離檔板和旁路電動隔離擋板。當三通煙氣分流擋板開啟、密封風(fēng)機投入運行時，旁路電動隔離檔板連鎖開；當三通擋板關(guān)閉、密封風(fēng)機投入運行時，其爐側(cè)電動隔離檔板連鎖開。

5 HRSG保護

余熱鍋爐（HRSG）設(shè)置下列保護：高壓汽包水位高/低II值保護（當高壓汽包水位高II值，即正常水位+230 mm；當高壓汽包水位低II值，即正常水位-635 mm）；低壓汽包水位高/低II值保護（當?shù)蛪浩桓逫I值，即正常水位+230 mm；當?shù)蛪浩坏虸I值，即正常水位-560 mm）；過熱蒸汽溫度高保護（當過熱蒸汽溫度高II值，即溫度≥480℃）；高壓循環(huán)水流量低保護（當高壓循環(huán)流量低II值，即流量≤200 m3/hr）；低壓循環(huán)水流量低保護（當?shù)蛪貉h(huán)流量低II值，即流量≤74 m3/hr）；給水泵全跳閘；燃機跳閘；旁路故障。當發(fā)生上述條件之一時，跳閘HRSG，關(guān)閉煙氣檔板。

6 結(jié)語

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組在我國的發(fā)展歷時不長，相對于單循環(huán)燃機而言其控制系統(tǒng)更為復(fù)雜，安全性和可靠性要求也更高。本文通過對已投產(chǎn)的聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐主要順序控制邏輯的總結(jié)，希望為今后同類型工程提供設(shè)計參考 [4]。對于具體的工程，應(yīng)根據(jù)制造廠和工藝專業(yè)的資料進行控制邏輯設(shè)計。

參考文獻

[1] 楊偉良，徐棟梅，呂震宇.宋占啟.燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐概述[J].鍋爐制造，2001，5（2）：12～15.

[2] 王榮.燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站中的余熱鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析[J].燃氣輪機技術(shù)，1998，3（1）：30～34.

[3] DOOSAN強制循環(huán)雙壓余熱鍋爐使用說明書.

[4] 劉世秀.PG9171E型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐的控制和運行[J].科技資訊，2008，12：81～82.