三菱M701F4型燃气蒸汽联合循环机组APS停机优化研究

钟文晶，陆 陆，胡伯勇

（1．浙江省火力发电高效节能与污染物控制技术研究重点实验室，杭州 310000；2．浙江浙能技术研究院有限公司，杭州 310000）

0 引言

燃气机组为了响应电网调峰的需求，启停非常频繁。随着电厂自动化水平的不断提高，不少联合循环机组都实现了一键启停（APS）功能，APS通过顺控逻辑实现机组主、辅设备启停操作条件判断和自动启停操作。对于过程控制，顺控逻辑会随着过程量的变化自动更改调节参数，使机组启停过程按照顺控逻辑设计的要求执行。机组自启停控制逻辑通过对机组启停过程中的条件、过程变量和调节参数进行时的客观判断和调节，提升了机组启停过程的本质安全。整套机组自启停控制系统的研究和应用是个复杂的课题，涉及范围比较广，启动过程从循环水泵启动到机组带有一定的负荷，停止过程从当前负荷减负荷到真空破坏，凝结水泵停止。因此，真正实现机组自启停控制，对提高机组的控制和运行水平具有重要意义。

目前，国内已开展了对燃机APS进行研究，如文献[1]～[4]，文献[6]，对GE的9F机型进行研究，文献[7]对三菱M701F4型燃气蒸汽联合循环机组进行研究，而文献[7]中，对停机部分的描述非常少，因此有必要对三菱M701F4型燃气蒸汽联合循环机组APS停机程控进行深入研究。

1 当前APS停机程控存在的问题

1.1 停机步序太多

一般的APS停机程控设计与APS启机程控类似，都是按系统分为机组协调功能级、子组功能级、设备级[1]。但APS停机过程与启机过程不同，启机过程中，一个系统需要别的系统启动完毕以后才能启动，而且启机过程更加注重安全性。而停机过程不受这些因素制约，因此可以考虑减少APS停机步序，以加快停机时间。

1.2 没有把APS启停看成一个统一的整体

设计APS启停程控时，往往两个功能相对独立。然而，燃机启停频繁，可能当天22：00停机，第二天5:00就启机了。所以应在停机程控适当加入部分有效流程以缩短启机程控时间，对节能降耗也能起到一定的作用。

2 解决APS停机程控问题的方案

2.1 基于流程划分的APS停机程控设计

三菱M701F4型燃气蒸汽联合循环燃机系统较多，辅机部分就包括循环水系统、开式水系统、闭式水系统、凝结水系统、辅汽系统、汽包上水系统，按系统分容易导致步序过多。因此，按照流程分为燃机停机、惰走、停剩余辅机3步。将各个系统的各个设备嵌入步序中，步序设计需要结合运行的具体习惯，整个系统只包含真空破坏断点确认一个断点。

2.1.1 燃机停机步序设计

停机程序从手动减负荷至225MW后，由运行人员选择“NORMAL STOP”按钮。在停机过程中，应该能在解列前随时可以中断停机程序（通过APS中的复位，发指令到TCS中的启动按钮）。停机流程图如图1所示。

实现要点：

燃机停机程控部分，由于燃机逻辑较为封闭，除了燃机厂商，其他人修改逻辑受到各种限制。因此，这部分的逻辑一般由燃机厂家在燃机控制系统中实现，目前大型燃机在基建时一般都配置了相应的燃机停机程控，只需在原来的基础上进行优化，增加一些设备。同时增加燃机与辅机通信信号，特别是燃机停机信号。

图1 APS停机第1步燃机停机流程图Fig.1 Flow chart of APS shutdown step 1 gas turbine shutdown

图2 APS停机第2步惰走流程图Fig.2 Flow chart of step 2 idling of APS shutdown

2.1.2 惰走步序设计

启动允许条件：各机侧汽机旁路已关。惰走流程图如图2所示。

实现要点：

惰走主要为1个延时时间设置和1个真空破坏断点的确认。在惰走期间，运行人员可观察各缸差胀、轴向位移、轴承金属温度、振动、润滑油温等参数是否正常，一切正常后手动确认真空破坏。

2.1.3 停剩余辅机步序设计

停剩余辅机流程图如图3所示。

实现要点：

停剩余辅机紧接着惰走，由于辅机设备较多，不可能把辅机所有的设备增加到主程控中。因此，各个辅机设计停机小程控，在停机过程中只需调用相应的子程控，就能实现相应的辅机系统停机。对于一些小的阀门，如泵的进出口阀，直接通过联锁实现，能够减少主程控的容量。

2.2 在停机程控中加入汽包上水流程

停机过程中，给水泵需空转1h，可以运用这部分的能量，将水存储在高中低给水泵中，采用汽包蓄热，节约能源。

汽包上水流程步序详细设计：汽机各旁路全关，停运1台循环水泵，余热锅炉停止上水。

图3 APS停机第3步停剩余辅机流程图Fig.3 Flow chart of APS stop at step 3 stop the remaining auxiliaries

执行条件：燃机已熄火，加上负荷为0汽机中低压旁路已全关。

步一，关闭炉侧高压电动主汽阀、低压电动主汽阀，开炉中压主汽旁路阀。

步二，指令：退出备用循泵联锁。

完成：备用循泵联锁已退出。

步三，指令：停运循环水泵（启停程序需优化，分为单泵运行及多泵运行两种情况，分别采取不同阀位停泵程序）。

完成：循泵已停。

步四，指令：高中低压汽包主给水调阀设定值设定为100mm，各汽包上水至高水位。

完成：各汽包水位升至100mm。

步五，指令：高中低压汽包给水调阀关至1%开度。

完成：各汽包主给水调阀开度已至1%。

步六，指令：熄火延时1h，运行给泵程停。

完成：原运行给泵高中压出口门全关，泵停运。

步七，指令：退出备用凝泵联锁。

完成：备用凝泵联锁已退出。

步八，指令：凝泵自动值设为1.5。

完成，凝泵出口母管压力1.5，再循环门自动开大，保持凝水流量大于150。

步九，给泵停运后，关闭炉中压给水电动阀。

实现要点：

高中低汽包上水程控设计中，如果3个汽包同时上水会造成汽包水位波动较大，因此可以考虑牺牲一点停机速度，先将低压汽包的水补充到指定水位后，将低压汽包水位投自动，再补充高中压汽包的水位。

由于水位波动较大，在程序设计中，可考虑步序停止条件的水位略低于步序指令水位，这样才能保证步序的顺利进行。

图4 现场应用画面Fig.4 Field application screen

3 实际应用

目前在浙江浙能常山天然气发电有限公司得到应用，机组APS已运行1年多，效果良好。

从图4可以看出，启机过程是按照系统分步的，停机过程根据运行流程进行分步，停机步序只有3步，较为简洁。

4 结语

通过对APS停机进行研究，强化停机程控按实际流程进行设计和实现，使APS停机程序控制更加接近运行实际操作，同时简化停机主程控，将停机小程控在每个系统中实现，使停机主程控只有燃机停机、惰走、停剩余辅机3步。针对燃机停机启机的时间特殊性，把停机和启机看成一个整体，在停机的过程中，增加上水程控，以节省下一次启机的时间和有效地节约能源。