一種燃機罩殼風(fēng)機的優(yōu)化控制策略

成 卓

(江蘇華電通州熱電有限公司，江蘇 南通 226300)

0 引言

隨著電網(wǎng)和機組容量的不斷擴大，電網(wǎng)對機組的負荷適應(yīng)性提出了嚴格要求；同時隨著環(huán)保意識的提高，控制燃氣輪機噪聲輻射對環(huán)境影響的呼聲也越來越高，這些都要求機組配置性能良好的燃機罩殼系統(tǒng)。而罩殼風(fēng)機需要長期運行，因此運行控制策略可靠與否對機組運行的經(jīng)濟性有明顯影響。

1 設(shè)備概況

江蘇華電通州燃機項目包含2套200 MW (E級)燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組。燃氣輪機采用西門子公司生產(chǎn)SGT5-2000E (V94.2)型燃機，采用單缸單軸、軸向排氣的結(jié)構(gòu)，具有設(shè)計合理、運行可靠、壽命長、適合多種燃料、檢修方便等優(yōu)點。在保證燃機運行的前提下，設(shè)置燃機罩殼及其輔助系統(tǒng)用于降低燃氣輪機噪聲輻射對外界環(huán)境影響。

罩殼風(fēng)機是整個系統(tǒng)的動力輸出部分。因排出的氣體可能包括泄漏的天然氣，罩殼風(fēng)機采用防爆型設(shè)計。正常運行時，應(yīng)監(jiān)視罩殼溫度不高于51.7 ℃，高于51.7 ℃時應(yīng)聯(lián)啟備用風(fēng)機；同時應(yīng)重點監(jiān)視運行風(fēng)機的運行狀況，若運行風(fēng)機跳閘，備用風(fēng)機應(yīng)聯(lián)啟正常；當(dāng)罩殼內(nèi)檢測天然氣含量達到報警值時，亦應(yīng)聯(lián)啟備用風(fēng)機。查閱該燃機項目自投產(chǎn)以來環(huán)境溫度曲線，發(fā)現(xiàn)夏季罩殼溫度最高達到45.4 ℃，冬季時罩殼內(nèi)溫度在13～20 ℃，此時長期運行兩臺風(fēng)機方式，經(jīng)濟性不高。因此對現(xiàn)有罩殼風(fēng)機控制策略進行優(yōu)化，采用更加完善的控制策略以達到滿足生產(chǎn)需要和節(jié)能的效果。

2 現(xiàn)有罩殼控制策略

罩殼風(fēng)機的控制包含對罩殼內(nèi)部溫度的控制和對罩殼內(nèi)天然氣含量的控制。這兩種控制方式都是通過改變罩殼風(fēng)機的運行方式來實現(xiàn)。通州熱電公司罩殼內(nèi)部配置3臺30 kW的YB3 200L-4型罩殼風(fēng)機。正常運行時，運行人員可手動預(yù)選任意兩臺罩殼風(fēng)機運行，剩余一臺風(fēng)機為備用風(fēng)機。

現(xiàn)有的控制邏輯中，罩殼風(fēng)機運行共有3種預(yù)選組合：“1+2”“2+3”“3+1”(數(shù)字為風(fēng)機編號)。當(dāng)2臺罩殼風(fēng)機不足以滿足運行需求時，將自動啟動備用的罩殼風(fēng)機。當(dāng)2臺罩殼風(fēng)機有1臺故障時，預(yù)選方式將以“1+2”“2+3”“3+1”的順序切換。當(dāng)風(fēng)機故障指令發(fā)出后，將不再發(fā)出啟動指令。

(1) 正常運行時，運行風(fēng)機故障啟動備用風(fēng)機控制策略。正常運行時，罩殼風(fēng)機聯(lián)鎖按鈕及進氣風(fēng)扇聯(lián)鎖投入后，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)罩殼風(fēng)機自帶的邏輯判斷信號，當(dāng)罩殼風(fēng)機正常運行時，出口流量低開關(guān)動作，或者出現(xiàn)啟動失敗、停運失敗、反饋故障、狀態(tài)差異故障、保護執(zhí)行啟動、保護執(zhí)行停運任一信號時，系統(tǒng)判斷認為罩殼風(fēng)機自身出現(xiàn)故障。此時罩殼控制邏輯自動將預(yù)選切至下一方式，同時主動停運故障風(fēng)機。聯(lián)鎖投入時，若罩殼風(fēng)機被預(yù)選模塊選中，則會發(fā)出罩殼風(fēng)機啟動指令。當(dāng)風(fēng)機執(zhí)行保護停運后，將不再啟動該風(fēng)機，同時發(fā)出罩殼風(fēng)機故障報警，提醒運行人員注意。

綜上所述：原有罩殼風(fēng)機聯(lián)鎖邏輯是根據(jù)風(fēng)機本身運行狀態(tài)，選擇不同的預(yù)選方式來實現(xiàn)罩殼風(fēng)機的切換。

(2) 正常運行時，兩臺風(fēng)機運行不滿足要求時啟動備用風(fēng)機控制策略。正常運行時，若預(yù)選模塊為“fan1 2=main”，此時同時判斷1號罩殼風(fēng)機和2號罩殼風(fēng)機的運行狀態(tài)，若都在運行狀態(tài)，則啟動條件由“AUX ON”(罩殼內(nèi)部溫度高于閾值、天然氣檢測系統(tǒng)告警、罩殼風(fēng)機出口流量偏低)信號觸發(fā)，經(jīng)過15 s延時后自動啟動3號罩殼風(fēng)機。

3 優(yōu)化后的控制策略

最大限度地保持運行人員的操作習(xí)慣，燃機罩殼風(fēng)機控制畫面與原先一致，只是將預(yù)選的2臺風(fēng)機同時運行更改為只運行1臺風(fēng)機。

設(shè)計總體思路：單臺風(fēng)機運行時，以3號罩殼風(fēng)機為例，此時運行狀況為預(yù)選模塊為選擇“fan3 1=main”，3號罩殼風(fēng)機正常運行。此時工況若不足以滿足 “AUX ON”條件觸發(fā)(罩殼溫度高于閾值，或天然氣檢測系統(tǒng)告警，或罩殼風(fēng)機出口流量偏低)時，延時15 s啟動1號罩殼風(fēng)機。若啟動后的工況仍不滿足條件，延時15 s啟動2號罩殼風(fēng)機。當(dāng)滿足條件后，停運1號、2號罩殼風(fēng)機。若3號罩殼風(fēng)機故障跳閘或出力不滿足要求，則自動將預(yù)選模塊切至“fan1 2=main”，則1號風(fēng)機啟動。預(yù)選方式將以“1，2，3，1，2，3……”的方式自動切換至下一臺設(shè)備運行。

(1) 優(yōu)化后單臺風(fēng)機正常運行聯(lián)鎖啟動備用風(fēng)機控制策略。新增單臺罩殼風(fēng)機運行時聯(lián)啟備用罩殼風(fēng)機邏輯，以3號罩殼風(fēng)機為例，即聯(lián)鎖投入時，判斷3號風(fēng)機的運行狀態(tài)，若3號罩殼風(fēng)機不在運行狀態(tài)，系統(tǒng)將預(yù)選方式切至“fan1 2=main”，同時啟動1號罩殼風(fēng)機。聯(lián)鎖投入時，若3號風(fēng)機在運行狀態(tài)，但運行工況不滿足要求，則延時啟動1號風(fēng)機。

刪除原有邏輯中判斷2號罩殼風(fēng)機運行狀態(tài)邏輯，并將預(yù)選模塊“SLC GT ENC VNET fan2 3=main”更改為“SLC GT ENC VNET fan3 1=main”，指令出口連接至自動啟動1號燃機自動啟動回路。2，3號罩殼風(fēng)機控制思路與1號一致。

(2) 優(yōu)化后兩臺風(fēng)機運行聯(lián)鎖啟動第3臺風(fēng)機控制策略。新增兩臺罩殼風(fēng)機運行，工況仍不滿足要求自動啟動第3臺罩殼風(fēng)機邏輯。在冬季工況下，可只運行一臺罩殼風(fēng)機。夏季時，一臺風(fēng)機運行后，運行人員可根據(jù)風(fēng)機預(yù)選情況，再手動啟動一臺罩殼風(fēng)機運行,當(dāng)兩臺風(fēng)機運行，仍不滿足要求的情況下，自動啟動第3臺風(fēng)機。以啟動3號罩殼風(fēng)機為例，在預(yù)選模塊選擇“fan1 2=main”的條件下，判斷1號罩殼風(fēng)機和2號罩殼風(fēng)機的運行狀態(tài)，若都在運行情況下，此時啟動3號罩殼風(fēng)機的指令由“AUX ON”信號觸發(fā)，經(jīng)過15 s延時后自動啟動3號罩殼風(fēng)機。1號罩殼風(fēng)機和2號罩殼風(fēng)機的控制思路與此一致。