生物質發電機組模擬量控制與熱工保護的探析

郝勝濤 姚雪梅

摘 要：隨著發電機組自動化程度的不斷提高，模擬量控制系統管理和控制的范圍逐步增加，使系統也變得更加復雜，控制系統中的信號測量、傳輸、執行、邏輯及供電系統等任何一個環節出現故障，都會導致整個自動化系統的安全和穩定受到影響，因此熱工保護系統的重要性隨之日益凸顯。熱工保護系統是發電機組中必不可缺的重要部分，當機組主要參數發生異常時，對其進行正確判斷及邏輯運算，緊急停爐或停機，防止發生設備或人身事故。因此，確保熱工保護系統運行可靠，消除熱工保護拒動、誤動的意義非常重大。

關鍵詞：模擬量控制;熱工聯鎖保護

我國是農業大國，生物質資源豐富，近些年隨著可再生能源行業發展迅速，生物質發電憑借資源可再生的優勢而廣受推崇，生物質發電裝機容量與上網電量穩定持續提升。生物質鍋爐直燃是生物質發電的主要技術路線，生物質燃料在鍋爐中直接燃燒釋放大量熱能，與煙冷器、省煤器、過熱器等設備進行能量交換，產生大量高溫高壓蒸汽，推動汽輪機做功發電。本文就模擬量控制系統與熱工保護系統在生物質發電機組熱中的應用進行分析與探討。

1 模擬量控制系統

模擬量控制系統肩負著鍋爐、汽機及主要輔助設備的主要參數控制，它是機組自動化控制的重要組成部分，隨著自動化程度的不斷提高，模擬量控制系統顯得尤為重要。合理的設計模擬量控制系統，以及模擬量控制系統是否能否在各種工況下將被調量控制在允許范圍內，對提高機組自動化水平，減輕運行人員負擔，增加機組運行的安全性、可靠性具有重要意義。

單元機組模擬量控制系統由協調控制系統及控制子系統、輔助設備自動控制系統構成。協調控制系統包括機組負荷指令控制、汽機主控、鍋爐主控、壓力設定、頻率校正等控制回路。協調控制系統主要有給水控制系統、汽溫控制系統、燃燒控制系統、和汽機控制系統。

汽包鍋爐的給水控制系統由汽包水位控制系統和給水泵再循環控制系統組成。低負荷下單沖量汽包水位控制主要由給水泵再循環系統控制，30%以上負荷時采用三沖量汽包水位控制系統，通過調整給水泵轉速控制汽包水位。

由于生物質鍋爐無再熱系統，其汽溫控制系統的主要任務是過熱蒸汽溫度控制，主要包括過熱汽一級噴水減溫、過熱汽二級噴水減溫、過熱汽三級噴水減溫和主汽溫控制。

燃燒控制系統包括爐膛壓力控制、一次風量控制、氧量控制、爐排振動循環控制、給料控制等自動控制系統。

輔助設備自動控制系統主要有除氧器水位、除氧器壓力、凝汽器水位、煙冷器出口溫度、空預器溫度、汽包壓力等自動控制系統。

2 熱工聯鎖保護系統

熱工聯鎖保護系統肩負保護主、輔機設備，保證機組安全運行和防止事故擴大的重任。它是機組自動化控制的重要組成部分，隨著機組自動化水平的提高，熱工保護系統的重要性日益凸顯。合理的熱工聯鎖保護策略，正確的聯鎖保護邏輯，準確的聯鎖保護定值，能夠最大程度地減少保護誤動和保護拒動事件，提高熱工保護的可靠性。為防止保護誤動和保護拒動事件，熱工保護系統應采用可靠的措施，如重要保護參數冗余測量。

熱工保護內容主要有限制保護、聯鎖保護、緊急停爐或停機保護。生物質發電機組的熱工保護系統主要包括爐膛安全監控系統（FSSS）、主燃料跳閘系統（MFT）、汽輪機安全監測系統（TSI）、汽輪機緊急跳閘保護系統（ETS）和輔助系統監視與保護。

爐膛安全監控系統（FSSS）是鍋爐機組必備的監控系統，在鍋爐各種運行工況下，連續監視鍋爐系統的大量參數和狀態并進行邏輯運算和判斷，必要時發出控制指令，使系統總的各種設備按照一定的邏輯順序進行自動操作和保護動作，以保證鍋爐系統的安全。主燃料跳閘系統（MFT）是爐膛安全監控系統最重要的安全功能，當出現任何危及鍋爐安全運行的情況時，MFT動作切斷所有進入爐膛燃料，實現緊急停爐，以保證設備安全。生物質鍋爐MFT保護動作條件為：a.送風系統保護動作：空預器出口風量低、送風機出口風壓高、送風機出口風壓低;b.煙氣系統保護動作：引風機入口煙氣壓力高、引風機入口煙氣壓力低;c.爐膛壓力保護動作：爐膛壓力高、爐膛壓力低;d.蒸汽循環保護動作：汽包壓力高、過熱器出口汽溫高;e.水循環保護動作：汽包水位高、汽包水位低;f.手動緊急停爐;g.汽輪機跳閘。

汽輪機安全監測系統（TSI）是一種可靠的連續監測汽輪機發電機組轉子和汽缸的機械工作參數的多路監控系統，用于連續顯示機組的啟停和運行狀態，并為記錄儀表提供信號，具有參數顯示功能、狀態顯示與開關量輸出功能、參數設定功能、緩沖輸出功能、通道旁路功能以及自檢功能等。當被測參數超過整定值時發出報警信號，必要時采取自動保護停機，并能提供故障診斷的各種測量數據。汽輪機緊急跳閘系統（ETS）是汽輪機最重要的安全保護裝置，當汽輪機運行參數超出允許范圍時，系統發出緊急停機信號，迅速關閉主汽門、調節汽門，緊急停機，防止發生飛車、斷裂等事故。生物質發電機組汽輪機ETS保護動作條件為：a.手動緊急停機;b.鍋爐汽包水位異常;c.發電機主保護動作;d.電調裝置停機;e.真空低;f.潤滑油壓低;g.推力軸承回油溫度高;h.推力瓦塊溫度高;i.徑向瓦塊溫度高;j.軸振動大;k.軸瓦振動大;l.軸向位移大;m.脹差大;n.超速保護動作。

參考文獻：

[1]王志祥.熱工控制與順序控制.中國電力出版社1995.

[2]朱北恒.火電廠熱工自動化系統試驗.中國電力出版社2005.

（國能寧陽生物發電有限公司? 山東? 泰安? 271408）