关于燃气蒸汽联合循环机组一键自动启停功能的前期优化设计

关于燃气蒸汽联合循环机组一键自动启停功能的前期优化设计

赵双生  朱军

广东粤电永安天然气热电有限公司 广东肇庆 526071

摘要：本文以本厂建设的燃气蒸汽联合循环机组为基础，分析了一键自动启停对于燃气蒸汽联合循环机组的重要性，同时基于本厂所设计的一键启停功能，针对联合循环机组常见的问题，本厂进行了相应的改进并应用。

关键词：联合循环机组；一键自动启停；

一、研发背景

在如今的发电厂中，所有机组或设备都朝着自动化的方向提升，而整台机组能够达到一键自动启停是机组自动化程度高的一大标志。联合循环机组一键启停是实现发电机组启动和停止过程自动化的控制系统，是热工自动化技术的最新发展方向之一。

所谓燃气蒸汽联合循环机组一键自动启停，是指联合循环机组通过DCS和TCS深度配合实现启机过程—从全停止状态到带满负荷，停机过程—从满负荷到全停止状态，且所有由DCS和TCS控制的设备均纳入了该项目的控制范畴。

目前燃气蒸汽联合循环机组的启停过程中，普遍存在冷态启动汽机暖机时间长、燃机与汽机负荷不匹配、疏水阀操作量大等难点。本文针对燃气蒸汽联合循环机组启停过程存在的问题，进行了改进优化，提高机组启停过程的正确性、规范性，大大减轻运行人员的操作量，并提高运行人员的操作容错率，并且能够缩短启停机时间，降低了启停机过程中的能耗和设备寿命损失。

二、针对联合循环机组一键自动启停常见问题所做的改进

本文在整套联合循环机组设计阶段就已经把联合循环机组的一键启停功能作为重点项目，所以在设计所有辅助系统时为配合一键启停功能都做了优化改进，并且针对同类型机组容易发生的问题都做了一定的预防措施。

1. 汽机冷态启动时暖机时间过长

众所周知，汽机冷态启动的时间大部分都是汽机的暖机过程。而适当的降低凝汽器的真空度可以缩短暖机时间。因此对于不同的真空度汽机主顺控所设定的暖机时间不同。凝汽器真空度越低，设定的暖机时间就会越短；但凝汽器绝对压力的上限为21kpa，超过上限则不会再缩短时间。所以应在真空破坏阀前设置了一个小管径的真空破坏阀。汽机的暖机功能组会根据凝汽器绝对压力缓慢开启此阀门，将凝汽器的绝对压力设置为20kpa。并且此阀门会关联凝汽器水位，若水位波动大，则立即暂停动作，防止凝汽器水位过高或过低触发保护动作。

待暖机时间还剩30分钟时，小真空破坏阀会缓慢关闭。同理，关闭过程也会关联凝汽器水位波动。在其全关时，暖机过程也即将结束。此过程皆有汽机的功能组控制，无需人工干预，既能安全快速地度过暖机阶段，也减少了运行人员的操作量。

2. 疏水阀操作量大并且关闭时间不精准

在频繁的启停机过程中，机侧和炉侧的疏水阀都需要根据具体情况频繁开关。为减少运行人员的操作量，疏水阀应都设置为电动门。各疏水电动门根据疏水阀组操顺控进行开启。但各疏水电动门的关闭信号是根据阀前压力以及阀后温度计算得出的过热度触发的。在传统的疏水门自动控制方式中是根据阀门开启时间或阀后温度触发阀门关闭信号的。这两种方式都有弊端，根据阀门开启时间触发关闭信号这种自动控制方式十分模糊，在阀门无法全开或全开信号故障时，很容易造成疏水不完全的情况；根据阀后温度触发关闭信号的这种控制方式，在机组不同状态时很容易造成关闭过早或过晚的情况。例如机组启动阶段，各管道的温度都很低，若达到设定温度在关闭疏水阀门，会造成大量工质的损失。

以过热度为触发信号是比较精准的，即使机组在各种状态都可以做到既不浪费工质也能疏水完全。

3. 燃机负荷和锅炉升温过程之间的协调

在联合循环机组启动过程中，若燃机升负荷过快，会导致余热锅炉的受热管内外温差过大，使受热管道热损失。所以在锅炉升温升压顺控中将高压过热器出口管道内壁的蒸汽温度和管道外壁的烟温相减。差值超过50℃时，则限制燃机负荷增加，使其升负荷速率为0Mw/min。待温差将至40℃以下时升负荷速率恢复正常值。

4. 汽机暖机、升速、升负荷期间的差胀调节

充分利用汽机厂家提供的“裕度”参数，在启停机顺控中根据 “裕度”调整升负荷速率、主蒸汽温度。

“裕度”是汽轮机应力计算器TSE中引用了温度裕度的概念，是指特定条件下部件材料的允许温差与实际温差的差值。简单来说就是，裕度越大代表汽机金属部位表面位置和中心位置的温差越小，汽机此时可以继续升降负荷。若裕度过小，则代表温差过大，此时差胀也会过大。此时启停机顺控会设定升降负荷的速率为0MW/min；待裕度回升，启停机顺控也会重新设置升降负荷的速率。

这种方式使我们启停机时，由启停机顺控顺控来控制负荷速率，既能保证汽机的安全性，而且在这个安全性的前提下尽量的缩短启停机时间，提高了经济性。

5. 启停机过程中燃机负荷和汽机负荷不匹配

由于汽机有冷态、温态、热态之分，不同的状态可承受的主蒸汽参数不同。所以在机组启动过程中，启机顺控会根据汽机的状态设定不同的燃机负荷。启机顺控会收集汽机不同部位的金属温度，类似缸体表面温度、缸体中间温度、转子表面温度与转子中心温度，然后加以修正计算，得出最符合此时汽机状态的燃机负荷，既不会让主蒸汽温度过高浪费大量减温水，也不会使其过低，导致启机时间过长。

在停机过程中，若燃机负荷和汽机负荷同时下降，会导致汽机进汽参数也在下降。使汽机的外部条件处在不稳定的状态，此时汽机的降负荷的过程也会不稳定。所以燃气蒸汽联合循环机组的停机顺控在停机过程中，会先让燃机汽机协调将机组负荷将至最小稳定负荷。然后保持燃机负荷不动，汽机执行停机顺控，待汽机顺利停机解列后再让燃机继续降负荷停机。这种做法会大大提高停机过程的安全性。

三、结束语

本厂的一键自动启停的设计过程不同于传统模式，在整套机组设计阶段就为将来的机组一键自动启停做好铺垫工作。配置的设备、阀门以及信号传感器都将与机组一键自动启停顺控紧密配合。并且参考了多个同类型的燃气蒸汽联合循环机组启停机时常见的问题或参数调整难点，在机组设计阶段尽量避免了这些机组缺陷，并且在机组一键自动启停顺控中编写了相关逻辑，提前做好了预防措施。

致谢

本厂的一键自启停技术的研究是在厂领导的大力支持下开展的，从本厂一键自启停技术的探索、设计到应用，均获得了厂领导大量的指导，从而让我们在本厂一键自启停技术的设计研究中克服困难。同时，为了实现本厂一键自启停技术，生产准备部从上到下，每一位员工均参与其中。感谢厂领导的指导、感谢生产准备部全体人员支持。

参  考  文  献

[1]陈伟庆, 联合循环机组一键启停(APS)的研究与应用. 上海市,上海申能临港燃机发电有限公司,2012-04-01.

[2]徐征.燃气蒸汽联合循环机组一键自启停技术[J].云南电力技术,2012,40(06):76-78.

[3]北京能源投资有限公司, 金生祥. 西门子燃气轮机控制系统解析[M]. 中国电力出版社, 2016.