重型燃气轮机联合循环电厂全厂一体化控制应用

许军伟

摘要：联合循环电厂的控制系统可比作电厂的大脑，对电厂的高效稳定运行起着至关重要的作用。全厂综合控制并不是一个新概念，它已经成为大型燃煤电厂控制系统设计中的标准设计。本文主要讨论联合循环电厂的控制系统。

Abstract： The control system of combined cycle power plant can be compared to the brain of power plant， which plays a vital role in the efficient and stable operation of power plant. Plant integrated control is not a new concept， it has become a standard design in the control system design of large coal-fired power plants. This paper mainly discusses the control system of combined cycle power plant.

关键词：重型燃气轮机;控制系统;一体化应用

Key words： heavy duty gas turbine;control system;integrated application

中图分类号：[TM622]                                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）19-0210-02

0  引言

重型燃气轮机联合循环是指燃气轮机循环与兰金蒸汽或其他流体循环相结合的热循环。密集使用燃气轮机的主要是高产轴流式压缩机组成的17层与进口的指引可调叶片（rehbrucke），经过燃烧室与燃烧器的分支和一个20节与涡轮叶片4层楼的反应。燃气轮机叶片采用先进的冷却系统。从气流方向的入口看，涡轮叶片顺时针旋转。气体通过进气过滤器、进气腔和进气缸进入压缩机。空气被压缩机压缩到燃烧室。圆管燃烧使用燃料和压缩空气，使用干燥的低NOX工艺。高压下的气体通过涡轮输送到涡轮中，然后转化为机械动能。部分动能用于驱动压缩机，部分动能用于驱动发电机。可渗透气体通过排气扩散器的截面和轴向排气管道排出，进入热回收锅炉（HRSG）回收热量，并通过烟囱排放到大气中。大型燃气轮机联合循环电站的综合规模控制通过顺序控制逻辑，对机组主、辅设备的运行状态和运行状态进行判断。控制逻辑将随着进程数量的变化而自动调整。通过对机组启动和关闭过程的条件、过程变量和调整参数进行实时客观判断，提高了机组启动和关闭过程的内在安全性。

1  重型燃气轮机联合循环概述

联合循环电厂的主要设备包括燃气轮机（GT）、汽轮机（ST）、余热锅炉（HRSG）、辅助系统（BOP）、电力系统（ELEC）、公共系统（COM）等。电厂联合循环是通过与上述设备协同工作来实现的。联合运输是指燃气轮机的排气进入余热锅炉，所产生的蒸汽进入抽汽式或背压式汽轮机做功，汽轮机的抽汽或排气被用于加热。与传统的蒸汽机组相比，采用燃气轮机、余热锅炉，后端汽轮机机组基本上相同，具有以下优点：

①发电厂整体循环效率高：由于常规电厂由于循环、设备等方面的限制，纯发电的热效率难以突破，一般在40%左右。采用超临界、超超临界参数可以提高一定的效率，但上升空间已经很有限。而联合循环效率一般在50%以上，如采用先进的F级燃气轮机，则效率更高。例如深圳市广前电力有限公司燃机项目，采用三菱M701F型燃机，纯发电热效率达到57.7%。

②环境污染小：由于用油或天然气作燃料，联合循环发电厂不产生灰渣和烟尘，燃烧产物少，NOX排放量低。为了对污染物进行治理，传统电厂需要安装电除尘、脱硫、脱硝等设备。

③调峰能力好，启停快：大燃机在1h内达到满负荷，单锅炉启动时间远大于传统电厂1h。

④相同条件下，单位投资低：由于无煤粉、制粉、除灰系统，除盐水和循环水少、体积小、占地面积小等优点，同等条件下，联合循环投资的成本要低于常规燃煤电厂。例如，2F级联合循环的单位成本一般在3500元/kW左右，而2个300MW燃煤机组在5000元/kW左右，若考虑脱硫脱硝的话，则更高。

⑤其他优点有建设周期短、运行人员少、工厂用电少、利用率高。

2  大型燃气轮机联合循环发电厂全厂综合控制系统的特点

联循环发电厂的综合控制有许多优点，在技术上并不难实现。重点在于突破设备厂商保护，改变主设备单独控制的思路。实际应用表明，全厂集成控制对于业主建厂后节省投资、高效运行、简化维修等方面具有优势。

2.1 改进自动化过程

降低硬线路和通信接口，简化系统结构，提高自动化程度。综合设计使子系统之间无硬线信号。体系结构简单明确。此外，它有利于逻辑设计。当设计逻辑时，任何控制器的信号都可以通过网络调用，没有考虑到硬线环的代价。所以，在设计自动控制程序时，尽量利用上述优点，尽可能地设计自動控制逻辑，降低操作人员的工作强度。

2.2 hadware平台与软件集成

通过对成套设备的整体控制，避免了控制系统软硬件的多套故障，减少了备件种类。普通的配置工具和诊断工具的使用可以简化对操作和维护人员的培训。操作站、工程师站、历史站等也避免了重复结构，减少初期投资。

2.3 集成操作界面，减轻操作者监视磁盘压力

通用操作员站画面，整合了整个工厂的机器信息。HMI站采用双屏显示，信息丰富。因为逻辑自动化程度很高，通常只有一次操作，操作者可以监控整个设备。

全厂的报警信息和SOE信息都可在任意计算机上显示，并能对工厂进行监控。通过全厂一体化，各控制设备的时间标号一致，在出现意外情况下，能快速准确地调用报警和SOE数据进行事故分析。

2.4 工程设计和服务

在进行综合设计时，由同一供应商实施整体设计。供货商在设计和工厂试运行期间，要完成许多内部调整工作。这样可以节省网点的工作量，缩短服务时间，提高服务质量。克服了多厂商参与、调整难度大、调试周期长、风险高等缺点。

3  一体化控制应用

3.1 余热锅炉及其重要辅助设备

每一系统的启动过程主要控制各个阀门和泵的开关顺序。重要控制参数。尽量避免参数剧烈波动。循环水系统、开水系统、闭水系统、冷凝水辅助系统、冷凝水系统、辅助蒸汽系统、低压供水系统、高压供水系统、低压主蒸汽加热增压系统、中压主蒸汽加热增压系统。辅机停车后，进行相应联动，将重要设备参数放入畫面。

3.2 启动引擎和汽轮机

汽轮机控制包括启动条件的确定、启动方式的选择、冲洗、高压/中压/低压主蒸汽压力的控制、燃气轮机机组 IGV阀的控制。根据汽轮机入口金属温度选择启动方式。一般分为以下三类：

①热启动：汽轮机高压缸入口的金属温度。

②启动温度：汽轮机高压缸入口的金属温度230～400℃。

③冷启动：低于230℃。

泊车方法分为普通泊位和维修泊位。

3.3 锅炉和其他设备启动控制

启动锅炉可以集成在 DCS系统中进行控制，集成在控制系统中，还可以通过通信信号控制，启动锅炉的启停。其他设备：按需要控制的顺序排列设备。DCS可以直接将设备集成到系统中， DCS不能控制的设备需要增加硬接线或增加通信点。

3.4 各系统的启停次序是机组控制的重点

如果条件允许，可直接与泵的启停指示连接。接收相应反馈完成控制。在一般情况下，调节阀控制包括以下几个方面：阀门指令控制、阀门设定值变化、阀门根据设定值的偏差自动调节。具体实现如下所示。步进启动：调节阀达到规定开度，控制参数达到一定值，修改设定值，自动抛出。例如：以高压水旁通阀为例，简单介绍阀门的控制方式如图。采用高压汽包水位作为控制目标。图1所示为调节阀的开启方式。图2是MA站的介入方式，包括手动自动切换指令和关键的强制降落指令。另外，在切换到阀门控制时也有不受干扰的问题。高电压给水阀完成手动自动切换方式：高压汽包水位达到300mm。PID设定值切至固定值300mm，延迟5s，切换为自动，步序结束后，PID设定值切换为手动输入，将输入值跟踪到开关块地输出，从而实现无扰动开关。

3.5 断点

以确保机组的安全。冷凝器排空确认、冷却水高温和上水断点设置。启动燃气轮机断点。停止设置有失败真空确认断点。其中冷却水温度高，可通过逻辑判断取消真空确认取消。

4  总结

大型燃气轮机联合循环电站全厂综合控制系统，通过一套统一的操作控制，将原燃气轮机的各种设备和参数控制整合为一体，有效地实现了机组的启停控制。该方法有助于节省能源，缩短启停时间，减少作业工作量，具有研究和推广价值。目前，融合采用传统的控制方式，可以采用新的控制、报警技术，使之更人性化、智能化。

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