三菱M701F4型燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組APS停機(jī)優(yōu)化研究

鐘文晶，陸 陸，胡伯勇

（1．浙江省火力發(fā)電高效節(jié)能與污染物控制技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310000；2．浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310000）

0 引言

燃?xì)鈾C(jī)組為了響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰的需求，啟停非常頻繁。隨著電廠自動(dòng)化水平的不斷提高，不少聯(lián)合循環(huán)機(jī)組都實(shí)現(xiàn)了一鍵啟停（APS）功能，APS通過順控邏輯實(shí)現(xiàn)機(jī)組主、輔設(shè)備啟停操作條件判斷和自動(dòng)啟停操作。對(duì)于過程控制，順控邏輯會(huì)隨著過程量的變化自動(dòng)更改調(diào)節(jié)參數(shù)，使機(jī)組啟停過程按照順控邏輯設(shè)計(jì)的要求執(zhí)行。機(jī)組自啟停控制邏輯通過對(duì)機(jī)組啟停過程中的條件、過程變量和調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行時(shí)的客觀判斷和調(diào)節(jié)，提升了機(jī)組啟停過程的本質(zhì)安全。整套機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用是個(gè)復(fù)雜的課題，涉及范圍比較廣，啟動(dòng)過程從循環(huán)水泵啟動(dòng)到機(jī)組帶有一定的負(fù)荷，停止過程從當(dāng)前負(fù)荷減負(fù)荷到真空破壞，凝結(jié)水泵停止。因此，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)組自啟停控制，對(duì)提高機(jī)組的控制和運(yùn)行水平具有重要意義。

目前，國內(nèi)已開展了對(duì)燃機(jī)APS進(jìn)行研究，如文獻(xiàn)[1]～[4]，文獻(xiàn)[6]，對(duì)GE的9F機(jī)型進(jìn)行研究，文獻(xiàn)[7]對(duì)三菱M701F4型燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組進(jìn)行研究，而文獻(xiàn)[7]中，對(duì)停機(jī)部分的描述非常少，因此有必要對(duì)三菱M701F4型燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組APS停機(jī)程控進(jìn)行深入研究。

1 當(dāng)前APS停機(jī)程控存在的問題

1.1 停機(jī)步序太多

一般的APS停機(jī)程控設(shè)計(jì)與APS啟機(jī)程控類似，都是按系統(tǒng)分為機(jī)組協(xié)調(diào)功能級(jí)、子組功能級(jí)、設(shè)備級(jí)[1]。但APS停機(jī)過程與啟機(jī)過程不同，啟機(jī)過程中，一個(gè)系統(tǒng)需要?jiǎng)e的系統(tǒng)啟動(dòng)完畢以后才能啟動(dòng)，而且啟機(jī)過程更加注重安全性。而停機(jī)過程不受這些因素制約，因此可以考慮減少APS停機(jī)步序，以加快停機(jī)時(shí)間。

1.2 沒有把APS啟停看成一個(gè)統(tǒng)一的整體

設(shè)計(jì)APS啟停程控時(shí)，往往兩個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立。然而，燃機(jī)啟停頻繁，可能當(dāng)天22：00停機(jī)，第二天5:00就啟機(jī)了。所以應(yīng)在停機(jī)程控適當(dāng)加入部分有效流程以縮短啟機(jī)程控時(shí)間，對(duì)節(jié)能降耗也能起到一定的作用。

2 解決APS停機(jī)程控問題的方案

2.1 基于流程劃分的APS停機(jī)程控設(shè)計(jì)

三菱M701F4型燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)燃機(jī)系統(tǒng)較多，輔機(jī)部分就包括循環(huán)水系統(tǒng)、開式水系統(tǒng)、閉式水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、輔汽系統(tǒng)、汽包上水系統(tǒng)，按系統(tǒng)分容易導(dǎo)致步序過多。因此，按照流程分為燃機(jī)停機(jī)、惰走、停剩余輔機(jī)3步。將各個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備嵌入步序中，步序設(shè)計(jì)需要結(jié)合運(yùn)行的具體習(xí)慣，整個(gè)系統(tǒng)只包含真空破壞斷點(diǎn)確認(rèn)一個(gè)斷點(diǎn)。

2.1.1 燃機(jī)停機(jī)步序設(shè)計(jì)

停機(jī)程序從手動(dòng)減負(fù)荷至225MW后，由運(yùn)行人員選擇“NORMAL STOP”按鈕。在停機(jī)過程中，應(yīng)該能在解列前隨時(shí)可以中斷停機(jī)程序（通過APS中的復(fù)位，發(fā)指令到TCS中的啟動(dòng)按鈕）。停機(jī)流程圖如圖1所示。

實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)：

燃機(jī)停機(jī)程控部分，由于燃機(jī)邏輯較為封閉，除了燃機(jī)廠商，其他人修改邏輯受到各種限制。因此，這部分的邏輯一般由燃機(jī)廠家在燃機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，目前大型燃機(jī)在基建時(shí)一般都配置了相應(yīng)的燃機(jī)停機(jī)程控，只需在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，增加一些設(shè)備。同時(shí)增加燃機(jī)與輔機(jī)通信信號(hào)，特別是燃機(jī)停機(jī)信號(hào)。

圖1 APS停機(jī)第1步燃機(jī)停機(jī)流程圖Fig.1 Flow chart of APS shutdown step 1 gas turbine shutdown

圖2 APS停機(jī)第2步惰走流程圖Fig.2 Flow chart of step 2 idling of APS shutdown

2.1.2 惰走步序設(shè)計(jì)

啟動(dòng)允許條件：各機(jī)側(cè)汽機(jī)旁路已關(guān)。惰走流程圖如圖2所示。

實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)：

惰走主要為1個(gè)延時(shí)時(shí)間設(shè)置和1個(gè)真空破壞斷點(diǎn)的確認(rèn)。在惰走期間，運(yùn)行人員可觀察各缸差脹、軸向位移、軸承金屬溫度、振動(dòng)、潤滑油溫等參數(shù)是否正常，一切正常后手動(dòng)確認(rèn)真空破壞。

2.1.3 停剩余輔機(jī)步序設(shè)計(jì)

停剩余輔機(jī)流程圖如圖3所示。

實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)：

停剩余輔機(jī)緊接著惰走，由于輔機(jī)設(shè)備較多，不可能把輔機(jī)所有的設(shè)備增加到主程控中。因此，各個(gè)輔機(jī)設(shè)計(jì)停機(jī)小程控，在停機(jī)過程中只需調(diào)用相應(yīng)的子程控，就能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的輔機(jī)系統(tǒng)停機(jī)。對(duì)于一些小的閥門，如泵的進(jìn)出口閥，直接通過聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)，能夠減少主程控的容量。

2.2 在停機(jī)程控中加入汽包上水流程

停機(jī)過程中，給水泵需空轉(zhuǎn)1h，可以運(yùn)用這部分的能量，將水存儲(chǔ)在高中低給水泵中，采用汽包蓄熱，節(jié)約能源。

汽包上水流程步序詳細(xì)設(shè)計(jì)：汽機(jī)各旁路全關(guān)，停運(yùn)1臺(tái)循環(huán)水泵，余熱鍋爐停止上水。

圖3 APS停機(jī)第3步停剩余輔機(jī)流程圖Fig.3 Flow chart of APS stop at step 3 stop the remaining auxiliaries

執(zhí)行條件：燃機(jī)已熄火，加上負(fù)荷為0汽機(jī)中低壓旁路已全關(guān)。

步一，關(guān)閉爐側(cè)高壓電動(dòng)主汽閥、低壓電動(dòng)主汽閥，開爐中壓主汽旁路閥。

步二，指令：退出備用循泵聯(lián)鎖。

完成：備用循泵聯(lián)鎖已退出。

步三，指令：停運(yùn)循環(huán)水泵（啟停程序需優(yōu)化，分為單泵運(yùn)行及多泵運(yùn)行兩種情況，分別采取不同閥位停泵程序）。

完成：循泵已停。

步四，指令：高中低壓汽包主給水調(diào)閥設(shè)定值設(shè)定為100mm，各汽包上水至高水位。

完成：各汽包水位升至100mm。

步五，指令：高中低壓汽包給水調(diào)閥關(guān)至1%開度。

完成：各汽包主給水調(diào)閥開度已至1%。

步六，指令：熄火延時(shí)1h，運(yùn)行給泵程停。

完成：原運(yùn)行給泵高中壓出口門全關(guān)，泵停運(yùn)。

步七，指令：退出備用凝泵聯(lián)鎖。

完成：備用凝泵聯(lián)鎖已退出。

步八，指令：凝泵自動(dòng)值設(shè)為1.5。

完成，凝泵出口母管壓力1.5，再循環(huán)門自動(dòng)開大，保持凝水流量大于150。

步九，給泵停運(yùn)后，關(guān)閉爐中壓給水電動(dòng)閥。

實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)：

高中低汽包上水程控設(shè)計(jì)中，如果3個(gè)汽包同時(shí)上水會(huì)造成汽包水位波動(dòng)較大，因此可以考慮犧牲一點(diǎn)停機(jī)速度，先將低壓汽包的水補(bǔ)充到指定水位后，將低壓汽包水位投自動(dòng)，再補(bǔ)充高中壓汽包的水位。

由于水位波動(dòng)較大，在程序設(shè)計(jì)中，可考慮步序停止條件的水位略低于步序指令水位，這樣才能保證步序的順利進(jìn)行。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用畫面Fig.4 Field application screen

3 實(shí)際應(yīng)用

目前在浙江浙能常山天然氣發(fā)電有限公司得到應(yīng)用，機(jī)組APS已運(yùn)行1年多，效果良好。

從圖4可以看出，啟機(jī)過程是按照系統(tǒng)分步的，停機(jī)過程根據(jù)運(yùn)行流程進(jìn)行分步，停機(jī)步序只有3步，較為簡潔。

4 結(jié)語

通過對(duì)APS停機(jī)進(jìn)行研究，強(qiáng)化停機(jī)程控按實(shí)際流程進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，使APS停機(jī)程序控制更加接近運(yùn)行實(shí)際操作，同時(shí)簡化停機(jī)主程控，將停機(jī)小程控在每個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，使停機(jī)主程控只有燃機(jī)停機(jī)、惰走、停剩余輔機(jī)3步。針對(duì)燃機(jī)停機(jī)啟機(jī)的時(shí)間特殊性，把停機(jī)和啟機(jī)看成一個(gè)整體，在停機(jī)的過程中，增加上水程控，以節(jié)省下一次啟機(jī)的時(shí)間和有效地節(jié)約能源。