660 MW亚临界纯凝机组供热改造控制系统分析

(沙角C电厂，广东 东莞 523936)

1 供热改造工程概况

为了满足当地日益增长的热负荷需求，减轻小锅炉造成的环境污染，应当地政府的要求，结合沙角C电厂机组的实际状况，沙角C电厂决定对3台660 MW亚临界纯凝机组进行供热改造，为附近的工业企业提供蒸汽。经过测算用户的最大热负荷及预留充足的供热裕度，确定最大热负荷为144 t/h，每台机组的常用供热量为50 t/h，全部为工业用汽，回水率为零。对各种方案进行比较后，考虑到日常是通过2台或3台机组同时供热来满足用户的需求，分配到每台机组的抽汽不大，所以本次改造工程采用从3台机组的再热冷段取一次蒸汽，经减温减压后向厂外热网管线供汽的方案。这种方案改造难度低，增加设备少，投资少，工期短，是目前在纯凝机组供热改造技术方案中使用较多的。缺点是再热冷段抽汽流量受到机组安全运行的限制，不能无限制地抽汽，导致不能满足用户巨大需求的情况。而且再热冷段抽汽后会使进入锅炉再热器的蒸汽流量减少，使锅炉再热器温度控制难度加大。

供热系统的工艺原理如图1所示。汽轮机冷再出口引出管道，经过1个气动止回阀和1个气动闸阀后进入减温减压器，减温减压器后设有流量计作贸易结算用，然后经过1个出口电动阀后汇入热网。凝结水泵出口引出一管道，经手动阀、流量计、电动调节阀后进入减温减压器作为减温水用。气动止回阀前、气动闸阀后、减温减压器后设有疏水装置，以保证蒸汽中不带水。管道上设置有相关的测点用于控制、保护和监视。

图1 供热系统工艺原理图

本工程采用在原有DCS(分散控制系统)上增加独立控制器卡件和I/O卡件的方式，将系统所有的信号和控制逻辑在新增的控制器卡件中进行处理，并纳入原机组DCS控制系统进行统一监控。运行人员在机组单元控制室通过机组DCS操作员站对相应机组供热系统进行启停操作、正常运行的监控和调整，以及异常与事故工况的处理和故障诊断。与某些工程采用独立PLC(可编程逻辑控制器)控制的方案相比，此方案具有系统简洁、监控方便、备品备件种类少的特点，缺点是不能在机组运行时进行控制机柜的安装调试，必须要在机组停运的状态下进行，不如采用独立PLC控制的方案灵活。

2 控制逻辑分析

1)机组负荷小于150 MW时，机组运行状况不太稳定，甚至要投油助燃，为了保护过热器，以及从机组稳定运行的角度考虑，机组不供热。

气动止回阀联锁关的条件为机组MFT(主燃料跳闸)动作，汽轮机跳闸，机组负荷小于150 MW，三者为或逻辑。无联锁开条件。启动允许条件为机组负荷大于150 MW。

气动闸阀联锁关的条件为机组MFT动作，汽轮机跳闸，机组负荷小于150 MW，三者为或逻辑。无联锁开条件。启动允许条件为机组负荷大于150 MW，气动止回阀打开，两者为与逻辑。

出口电动阀联锁关的条件为机组MFT动作，汽轮机跳闸，机组负荷小于150 MW，三者为或逻辑。无联锁开条件。启动允许条件为机组负荷大于150 MW，气动止回阀打开，气动闸阀打开，三者为与逻辑。

机组负荷小于150 MW时联锁关气动止回阀、气动闸阀和出口电动阀，目的是在低负荷情况下禁止抽汽以保护再热器，防止再热器超温。机组MFT动作，汽轮机跳闸条件下机组已无提供蒸汽的能力，联锁关闭3个阀门，停止供汽。

4个疏水阀联锁开条件为MFT动作，汽轮机跳闸，机组负荷小于130 MW，气动止回阀关，气动闸阀关，五者为或逻辑。这5个条件任何一个都有可能使供热管道中产生积水，为了保证供给用户的蒸汽的品质，任一条件满足时启动疏水。联锁关条件为供热流量大于5 t/h。供热流量达到5 t/h时，可以认为管道中已无积水，所以设置联锁关闭疏水阀，以减少蒸汽的损失。无启动允许条件，方便运行人员根据实际运行工况及时启动疏水阀。

2)用户要求的蒸汽参数为230 ℃、1.2 MPa。减温减压器的功能就是对冷再蒸汽进行减温减压，控制逻辑是围绕着产生合格品质的蒸汽来设计的。

蒸汽压力控制功能是通过减温减压器自带的调节阀实现的。压力控制流程简单，所以采用单回路控制，压力偏差信号送入PID调节器，PID调节器的输出送入手操站功能块，手操站功能块的输出送至减温减压器的指令回路。PID调节器的参数Kp=3，Ki=1.5，Kd=0。减温减压器强制切手动的条件为MFT动作，汽轮机跳闸，调节阀位置反馈信号坏质量，调节阀指令和反馈偏差大于10%，这4个条件为或逻辑。

再热冷段抽汽会减少流过再热器的蒸汽流量，为此设计了不同负荷下供热流量的限制逻辑，以减少对再热器的影响，避免再热器超温，从而保证机组的安全稳定运行。表1所示为不同负荷下供热流量限值。当达到供热流量的限值时，禁止减温减压器指令增加，同时报警提醒运行人员注意，这样就可以避免供热流量的继续增加。同时设计供热流量小于5 t/h时禁止减温减压器指令减少的逻辑，防止因阀门开度小而导致的供热流量过少、管道有积水的现象出现，从而保证蒸汽的良好品质。

表1 不同负荷下供热流量限值

供热蒸汽温度控制功能是通过外置的调节阀实现的，即外置调节阀的喷水进入减温减压器来调节蒸汽温度。温度控制流程简单，所以采用单回路控制，温度偏差信号送入PID调节器，PID调节器的输出送入手操站功能块，手操站功能块的输出送至减温水调节阀的指令回路。PID调节器的参数Kp=2.5，Ki=1.2，Kd=0.4。减温减压器强制切手动的条件为MFT动作，汽轮机跳闸，调节阀位置反馈信号坏质量，调节阀和反馈偏差大于10%，这4个条件为或逻辑。

3 供热系统运行中的问题及解决思路

沙角C电厂3台机组的供热系统投入运行后，2台机组或3台机组投入供热，减温减压器处于自动的情况下，有的机组减温减压器开度明显比其他机组小，甚至流量会低至5 t/h。查阅这个过程的数据时，发现PID调节器调节正常，造成这种现象的原因主要是3台机组负荷的不同步变动引起了再热器压力变动不同步，压力的变动引起了PID调节器的输出变化，经过一段时间的积累就出现了有的机组减温减压器开度很小的状况。在稳态下，不同机组的负荷基本一致，而不同机组抽汽流量偏差过大不利于机组稳定运行。特别是在供热流量比较大的情况下，可能某台机组提供了比较大的供热流量，甚至达到了高限值。解决思路是在3台机组抽汽汇入热网后的一段距离处设置压力测点，仍然采用单回路控制，压力偏差信号送入PID调节器，PID调节器的输出送入手操站功能块，手操站功能块的输出送至3台减温减压器的指令回路。当3台机组减温减压器指令小于10%时，自动停运1台机组的供热。这种方案可以使3台减温减压器动作一致，不至于使某1台或2台减温减压器指令太小，供热流量过低。对已经投入供热系统的电厂来说，这种方案需要在完全停止供热的情况下才可以实施改造，增加了实施的困难。对新建供热系统的电厂来说，这种方案则易于实施。另一种解决思路是在1台机组的减温减压器投自动的情况下，设置10%的最低输出，在另外2台机组的减温减压器投自动的情况下，如果指令的移动平均值小于8%，则停止本台机组的供热。这种方案在机组停止供热的时候即可修改逻辑，实施难度小。

每台机组供热流量是按照100 t/h的标准来设计的，用孔板来测量差压送入流量积算仪，经过压力和温度补偿后得出当前流量。在节假日或者晚上，单台机组的供热流量经常会低于10 t/h，甚至低至5 t/h。根据流量的计算公式，差压值需要经过开方后的一系列计算才能得出流量。在供热流量为5 t/h的情况下，差压值约为满量程的2.2%。因为仪表的误差是按照量程乘以仪表精度得出的，所以在测量小差压时，仪表的绝对误差较大。笔者经过调研发现，某厂生产的FC6000型通用流量积算仪的某一型号具有双量程差压变送器接入功能，可以接入1个低量程和1个高量程的差压变送器，这样就可以解决小流量时测量误差大的问题。

4 结语

目前，为了满足环保要求，减轻小锅炉造成的环境污染，同时也为了延长机组服役寿命，提高经济效益，很多纯凝机组都有供热改造的实际需求。

本文介绍的供热改造控制系统，经过两年的供热运行发现，该系统改造方案经过优化，可以很好地满足整个供热系统运行的要求，为整个电厂带来了不错的经济和社会效益。也为同类工程提供了可借鉴的经验。特别是沙角C电厂3台机组的供热系统投入运行后发现的问题，同类工程在实施时需要重视。