實現余熱電站負荷自動調整的簡易方法

馬哲

水泥窯余熱發電站的負荷一般是由中控操作員根據鍋爐的產汽量人工進行增減，也就是根據汽輪機的進汽壓力人工進行閥位調整。當中控操作員監控到進汽壓力上升時，適當增加負荷；當監控到進汽壓力降低時，適當減少負荷，維持汽輪機進汽壓力的穩定。此項操作要求中控操作員有較高的操作水平，閥位調整過快或過慢都會造成發電站負荷、汽包水位等發生大的波動，不利于發電站的穩定運行。本文以我公司運營的水泥余熱發電站為例，闡述如何通過簡易的改進，實現汽輪機在串級恒壓控制方式下運行，進而實現自動增減負荷的目的。

1 余熱電站原負荷控制方式

該余熱電站的DEH系統采用的是典型的WOOWARD505+VOTH閥系統，汽輪機的控制方式采用閥位控制方式，操作上主要是由中控操作員根據汽輪機進汽壓力調整調速汽閥的開度，控制汽輪機的進汽量以調整負荷。雖然在WOOWARD505的配置中也有功率控制方式，但由于水泥窯余熱鍋爐產汽量的不可控性（與窯況相關），使得此功率控制方式實際上無法投入使用。

2 改進方案

對于余熱電站來說，實現負荷自動控制實際上就是實現汽輪機在恒定進汽壓力下運行。通過對電站工藝流程、圖紙、WOOWARD505裝置說明書進行分析，結合現場的實際情況，最后確定如下經濟適用的改造方案：對WOOWARD505外部接線進行簡單更改，投入WOOWARD505裝置的串級控制方式，設定為壓力控制；DCS編制簡易程序實現壓力信號的引入及串級壓力控制的投退。控制邏輯的結構框圖如圖1所示。

DCS系統將進汽壓力變送器信號做無壞點判斷后，通過AO點開出，接入WOOWARD505裝置的AI點，作為串級壓力控制方式進汽壓力的采樣點；DCS人機界面設置恒壓控制的投/退按鈕，通過DO點接入到WOOWARD505裝置的DI點，控制串級壓力控制的投/退。當串級壓力控制方式投入作用時，WOOWARD505裝置通過設定壓力與實際壓力的差值，采用PID控制方式，輸出電信號至VOTH閥，VOTH閥將電信號變為對應的油壓信號控制油動機的行程，從而控制調速汽閥的開度。當調速汽閥開度變化后，對應的進汽壓力也發生變化，又通過DCS將進汽壓力信號反饋給WOOWARD505裝置，實現閉環控制。

圖1 控制邏輯結構框圖

3 具體實施

3.1 DCS系統的改動

本余熱電站的DCS系統是和利時的MACSV系統，共分為兩個控制站：10號站為汽機控制站，11號站為鍋爐控制站。10號站的33模塊（型號FM151A，模擬量輸出模塊）的第2、3通道為備用通道，選第2通道為進汽壓力信號輸出通道，在程序中將進汽壓力變送器的數值直接賦到AO點；10號站的40模塊（型號FM171B，開關量輸出模塊）的第5、6、7通道均為備用通道，選第5通道為DCS恒壓投/退控制方式的DO點，在人機界面上設置“恒壓控制”投/退按鈕，按下為投入（DO點閉合），彈開為退出（DO點斷開）。同時，判斷進汽壓力變送器信號的狀態，如果信號點異常，閉鎖投入恒壓控制，斷開DO點。

3.2 裝置接線的改動

DCS系統與WOOWARD505裝置之間只需增加4根控制線，具體接線方式如圖2所示，WOOWARD505原備用點DI#7接DCS恒壓投/退控制的DO點，WOOWARD505原備用點AI#1接DCS進汽壓力信號的AO點。

3.3WOOWARD505裝置的配置

完成WOOWARD505裝置的接線后，有三個模塊的程序需要進行改動，分別是 ANALOG INPUTS、CONTACT INPUTS、CASCADE CONTROL。

（1）將AI#1配置為串級輸入功能，進入ANALOG INPUTS模塊，進行如下配置：

Analog Input#1 Function_______Cascade input

Input 1 4mA Value_______Units 0

Input 1 20mA Value_______Units 6400

（2）將DI#7設置為串級功能投/退的使用點，進入CONTACT INPUTS模塊，進行如下配置：

Contact input 7 Function_______Casc control Enable

（3）對串級控制的數據進行配置，主要包括串級方式的進汽壓力設置的范圍、轉速限值、PID參數等，進入CASCADE CONTROL模塊，進行如下配置：

Use Cascade Control?.............Y

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Invert Cascade?......................Y

Min Cascade Setpt_______1270

Max Cascade Setpt_______2290

Casc Setpt Rate(/sec)_______Units/SEC 5

Use Setpoint Tracking?.............Y

Speed Setpt Lower Limit_______RPM 3000

Speed Setpt Upper Limit_______RPM 3180

Cascade Droop_______%0

Casc PID Prop Gain_______%5

Casc PID Integral Gain_______rps 0.3

圖2 新增串級控制的WOOWARD505裝置的端子接線圖

Casc Derivative Ratio_______%100

Casc Units of Measure_______KP

通過上述簡易的改線與編程配置，在未增加任何設備的情況下，比較容易地就完成了此次改進。改進后，中控操作員只需在DCS畫面上操作“恒壓控制”投入，即可完成汽輪機串級恒壓控制方式的投入，從而實現負荷增減的自動調整。