基于机组自启停系统的锅炉上水流程设计优化

田乐，苏杰，朱晓星，易扬，昌学年

(1.华北电力大学，河北保定071003；2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；3.湖南省湘电试验研究院有限公司，湖南长沙410007)

基于机组自启停系统的锅炉上水流程设计优化

田乐1，苏杰1，朱晓星2，易扬3，昌学年3

(1.华北电力大学，河北保定071003；2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；3.湖南省湘电试验研究院有限公司，湖南长沙410007)

本文通过对机组自启停系统上水方式需求的分析，提出一种设计优化方案。采用该方案，机组自启停系统可根据运行人员预先选择的电泵上水或汽泵上水方式，自动顺序运行或并行运行各功能组，从而兼顾了2种上水方式的需要，提高了对机组运行状况的适应性。

机组自启停控制；电泵上水；汽泵上水；模块化；断点

随着国内火电技术的不断发展，超 (超)临界机组成为国内燃煤机组发展的主要方向和未来洁净煤发电的主要趋势。机组自启停系统 (Automatic Power Plant Start-up and Shutdown System，以下简称APS系统)〔1〕能够提升机组控制系统的水平、降低机组启停期间运行人员劳动强度，在现有以及新建超 (超超)临界机组电厂中受到越来越多的重视。但目前APS系统的各项功能、性能还需要不断完善优化，以尽可能满足机组多种运行方式的需求，从而提高APS的利用率。

1 机组自启停系统

APS系统协调机组的各个控制系统，依据机组运行条件以顺序启动的方式调用相关设备，完成机组的启动过程和停止过程。在设计APS系统时，应按照电厂的工艺特点以及各个设备、系统的投退顺序以及相互关系进行合理调整，以满足不同电厂的控制要求。如图1所示，APS系统及其组成部分设计为3层结构:机组控制级、功能组/功能子组控制级、设备控制级；通过三层结构将热力系统分为几个相对独立的工艺过程，便于机组启动过程和停止过程中的管理和改进。

图1 自启停系统结构

APS系统一般将机组启停过程分为多个断点，每个断点下又分成相对应的功能组。机组控制级是对机组的整体监控和依据机组运行状况协调各个系统运行的重要组成部分；功能组/功能子组级对机组的重要辅机系统或者功能阀门群进行操作；设备控制级接受功能组/功能子组的指令，对现场设备进行启停、联锁、手动自动切换等操作〔2〕。

依据不同电厂运行流程、启停操作以及设备配置的不同，APS系统启停设计范围不同。虽然机组启动起点差异较大，但是机组启动的完成和机组停止过程大致一样的。APS系统启动过程的断点一般包括启动准备、冷态冲洗、锅炉点火以及升温升压、汽机冲转、机组并网、升负荷；停止过程的断点一般包括降负荷、机组解列、机组停运。通过采用断点的方式运行APS系统，可满足机组启停的要求，同时运行人员可独立运行分设备和子系统〔3〕。

2 机组自启停系统锅炉上水流程优化

2.1 设备概况

某660 MW机组采用型号为HG－1948/28.25－HM6的超超临界、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、∏型燃煤锅炉。汽轮机型号为NJK660－27/600/610的超超临界、一次中间再热、单轴、三缸两排汽、间接空冷凝汽式汽轮机。机组配置1台100%汽动给水泵，2台机组共用1台30%电动给水泵。机组DCS系统采用北京国电智深EDPF－NT＋分散控制系统。

该机组APS系统步序控制主要采用国电智深EDPF－NT Plus系统的步序主控算法模块、步序设备算法模块等算法模块。步序主控算法为具有控制顺序执行的一种管理算法。步序设备算法提供一个控制逻辑函数和步序主控算法之间的接口，用来控制一些特别的设备。步序设备算法在步序主控算法管理之下，接收其发送的步启动请求指令，执行相应的操作，监视受控设备的状态反馈，并将自身状态输出回送给步序主控算法。

2.2 APS系统上水方式需求分析

机组自启停系统虽然以顺序控制为主要方式，但是以综合调用设备系统的开关量设备、模拟量设备和在线监控系统的状态点信息，根据机组不同运行状况进行相应的操作〔4〕。在国电智深EDPF－NT Plus系统的基础上，为了能够适应机组启停过程中上水要求，APS系统能够根据需要调用电泵、汽泵设备及子其系统。

在电泵上水方式下，由锅炉上水，进行开式冲洗、热态清洗、锅炉点火、汽机冲转、并网带负荷，直到25%负荷启动汽泵、并入汽泵退出电泵。电泵运行时间长，同时电泵的功率大，因此电泵上水方式下所消耗的电量大，降低了机组的经济性。并且电泵上水方式的系统复杂，启动过程较为繁杂，既要启动电泵又要启动汽泵，增加了机组启动过程的工作量，也提高了事故率。

在汽泵上水方式下，汽泵的排汽进入凝汽器，蒸汽在凝汽器里冷却凝结，体积缩小，使得凝汽器加速成为真空状态，能缩短机组启动初期建立真空的过程。启动时冲转汽泵的蒸汽，不是本机抽汽，可避免出现启动过程中主机等待小机的情况，节省机组启动时间。汽泵启动代替电泵启动，降低电能消耗，提高了机组的经济性。直接采取汽泵上水代替电泵上水，增加了机组的启动备用。一旦汽泵由于某种原因无法启动，则可以直接采用电泵启动，不影响机组的启停。因此采用汽泵上水，机组启动的适应性和灵活性得到很大的提高〔5〕。

但是在汽泵上水方式下，汽泵的启动需要合格稳定的汽源，在汽源不足或者无邻炉供汽时，就无法实现汽泵上水，这大大限制了机组直接进行汽泵启动的应用。而电泵上水方式较汽泵上水方式适应性更强，能够适应不同情况下机组启动的需要，因此电泵上水方式是不可或缺的。

综上所述，电泵上水与汽泵上水方式都是必要的，依据不同机组状况选择不同的上水方式，不仅能提高机组安全性和经济性，同时也能够提升APS系统的适应性。

2.3 APS系统上水流程的优化设计

为了能够实现电泵与汽泵上水方式，同时考虑到APS系统设计初期工作量和后期维护的情况，将APS系统电泵与汽泵上水方式设计为共用一套启动功能组的方案。兼顾2种上水方式的机组启动，需要在顺控算法模块条件下改进实现，因此在APS系统设计中，2种上水方式下启动功能组的步序都不是顺序的启动的步序方式。改进的APS系统上水方式如图2所示，在电泵上水方式下，以2个功能组分支并行的方式实现步序的启动；而在汽泵上水方式下，通过跳步的方式实现步序的启动。

图2 选择不同上水泵的启动方式

在汽泵上水方式下，凝结水系统启动功能组和除氧器上水功能组为正常的顺序步序，之后调用真空轴封系统启动功能组以及EH油泵启动功能组，每个功能组都是在上一功能组完成后启动下一个功能组，逻辑组态如图3所示。完成真空轴封系统启动功能组以及EH油泵启动功能组的步序之后，跳回管道注水与启上水泵功能组启动。然后按顺序启动锅炉上水及开式冲洗功能组，跳过已经启动完成的真空轴封功能组、EH油功能组，启动冷态循环冲洗功能组。

在电泵上水方式下，由于真空轴封系统功能组、EH油启动功能组过程缓慢，并且并不影响冷态循环冲洗功能组的启动过程，因此设计真空轴封系统功能组、EH油系统功能组与冷态循环冲洗系统功能组同时启动。为了实现此功能，同时考虑汽泵启动步序调用的需要，将真空系统功能组、EH油系统功能组设计为顺启功能组分支，如图4所示。该功能组分支在运行方式上是与其他功能组同等的，接受上一级断点的指令，按顺序分别启动真空轴封系统功能组、EH油系统功能组；功能组分支步序完成后再运行后续功能组步序。但是此功能组分支在设计结构上是真空轴封系统功能组、EH油系统功能组的延伸，并不是其上级调用的关系。为了实现功能组之间并行运行的方式，此功能组分支在启动的同时延时1秒就令其完成，然后启动冷态循环冲洗功能组。断点的完成条件等待EH油系统功能组完成和冷态循环冲洗功能组完成，实现了对真空系统功能组、EH油系统功能组与冷态循环冲洗功能组的同时启动、并行运行。

图3 启动过程逻辑图

图4 模块化的步序功能组

在汽泵上水方式与电泵上水方式的设计中，将其中2个功能组步序设计为1个单独的功能组分支，使得启动步序能够按照特定的顺序启动。模块化的设计可以将一个复杂的系统或者过程按一定的关系分解为相对独立的子系统。模块化的设计方式不仅可以将复杂的系统设计分解成简单的系统，并且分解的模块之间相互独立，修改其中的模块设计对于其他模块的影响不大〔6〕。在APS系统上水流程改进中，通过对其中2个功能组模块化的设计方式，实现功能组步序同时启动、并行运行的设计；同时两种上水方式通过模块化的方式，以不同的顺序调用功能组步序，实现了2种上水方式共用1套启动功能组。改进的机组自启停系统能够根据机组的不同运行状态，通过一键选择的方式合理选择锅炉上水方式，提升了APS系统使用的便捷性和应用范围，减少了设计APS系统的工作量，且便于系统维护。

3 结语

APS系统的研究是一项不断探索的课题，在不同机组不断改进下，设计方式也在不断变化，以顺控为主、采用更加灵活的控制方式。文中对APS系统上水流程进行了优化设计，使运行人员可以根据每次开机工况的不同，选择合适的上水方式，大大提高了APS系统的应用范围，增强了APS系统的便捷性。

〔1〕朱晓星，刘武林，张建玲.大型火电机组智能并退给水泵功能设计与研究〔J〕.湖南电力，2012，32(5):10-12.

〔2〕徐德杰.多燃料混烧锅炉机组APS的研究〔D〕.上海:华东理工大学，2014.

〔3〕潘凤萍，陈世和，陈锐民，等.火力发电机组自启停控制技术及应用〔M〕.北京:科学出版社，2011.

〔4〕潘凤萍，陈世和，张红福，等.1000 MW超超临界机组自启停控制系统总体方案设计与应用〔J〕.中国电力，2009，42 (10):61-64.

〔5〕刘道鹏.发电厂汽泵替代电泵启动应用分析〔J〕.科技信息，2009(35):790-782.

〔6〕黄素文.火电厂控制系统的模块化设计〔D〕.杭州:浙江大学，2014.

Feeding water process design optimization based on automatic power plant start－up and shutdown system

TIAN le1，SU jie1，ZHU Xiaoxing2，YI yang3，CHANG Xuenian3
(1.North China Electric Power University，Baoding 071003，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；3.Hunan Xiangdian Test Research Institute Co.Ltd，Changsha 410007，China)

Nowadays automatic power plant start－up and shutdown system is applied more and more widely.Based on the analysis with the need of feeding water system，a design optimization scheme is proposed in the paper.Applying the scheme，according to the feeding water mode chosen by the operation staff choosing in advance(by steam pump or electric pump)，automatic start-up and shutdown system runs automatically and sequentially or each function groups runs in parallel，which takes into account the needs of two kinds of feeding water supply modes，and enhances the adaptability of the units operation conditions.

power automatic start-up and shutdown control；team pump；electric pump；feeding water；modular；breakpoint

TM621.6

B

1008-0198(2015)06-0067-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.06.019

田乐(1990)，男，硕士研究生，研究方向为过程控制、系统建模与仿真。

2015-04-10

湖南省科技计划项目 (2012GK3017)