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1、密 級08-130027檢索號杭州意能電力技術有限公司科學技術文件華能玉環電廠#3機組節能型協調控制系統科技項目實施方案二一四年二月華能玉環電廠#3機組節能型協調控制系統科技項目實施方案編寫者：審核者：審批者：目 錄1 項目實施的意義12 項目研究的原理23 項目實施路線34 項目具體工作內容65 危險源辨識及控制9摘 要方案介紹了華能玉環電廠節能型協調控制系統科技項目實施的具體內容和實施步驟，對實施中存在的危險點和重要技術細節做了詳細的說明，本方案供電廠運行和系統設備維護相關人員參考。關鍵詞玉環電廠#3機組 節能型協調控制 科技項目 方案1 項目實施的意義對于火電機組而言，傳統的機組協調控制2、系統是指鍋爐燃燒率與汽機調門之間的協調，典型的協調控制主要有爐跟機的協調（CBF）和機跟爐的協調（CTF）。爐跟機或者爐跟機為主導的協調控制是指汽機調門控制負荷，鍋爐燃燒率控制主蒸汽壓力；機跟爐或機跟爐為主導的協調控制是指汽機調門控制主汽壓力，鍋爐燃燒率控制負荷。為了能夠快速地響應電網的負荷要求，機組大都采用CBF或接近CBF的協調控制方式。當有負荷變化需求時，比如要求加負荷，汽機調門快速開大（即首先利用鍋爐蓄熱快速響應負荷），同時鍋爐燃燒率增加，及時補充被利用的機組蓄能，并維持汽輪發電機輸出能量與鍋爐輸入能量之間的平衡。目前浙江省內的所有火力發電機組，汽機調門都是有一定節流的，即保留有一定的3、蓄熱能力以應付電網的調峰和調頻，在變負荷過程中，協調控制系統合理協調汽機調門和鍋爐燃燒率之間的動作，滿足電網負荷要求，同時保證機組運行參數的穩定。汽機調門節流會導致機組發電的熱耗率上升，降低發電機組的效率，以寧海電廠#6機組為例（該機組的汽輪發電機組與玉環相同），在機組日常調峰負荷段設置了1000MW、900MW、800MW、700MW、600MW和500MW六個負荷點，對“調門基本無節流”（100%）、“優化滑壓”（45%）、“參考滑壓”（35%）和“日常滑壓”（26.5%40.5%）四種運行方式進行了經濟性比較，詳見圖1。從圖1可知，調門基本無節流熱耗率最低，但是調門基本無節流，機組失去了4、對負荷的精確控制，上海外高橋三廠與漕涇電廠都采用了汽機調門基本無節流的運行方式，但是機組的功率偏差較大，這在目前浙江電網AGC精度考核的體系下難有生存的空間。實際上，調門開度45%的“優化滑壓”方式熱耗曲線與“調門基本無節流”滑壓方式熱耗曲線非常接近，即兩種運行方式的經濟性差異非常小，如果通過修改滑壓曲線，降低各負荷段的滑壓設定，將各負荷段穩態下調門開度開大至45及以上，既達到了降低主汽壓降、降低發電熱耗率，又能兼顧電網AGC考核。2 項目研究的原理為了在汽機調門節流很小時達到較快的變負荷性能，需要考慮在熱力系統中是否還有其他蓄能可以被利用。國外相關文獻顯示，利用發電機組熱力系統內的蓄能，可以5、最大限度的降低汽機調門的節流，又可以幫助燃煤發電機組快速改變功率輸出。利用熱力系統內蓄能，主要有以下方法：1）改變給水流量（直流爐增加，汽包爐減少）；2）增加減溫水量；3）高壓、中壓調閥節流；4）中壓缸排氣旁路；5）過熱器、再熱器旁路；6）高加抽氣節流；7）除氧器抽氣節流；8）高、低加旁路；9）低加抽氣節流；10）凝結水節流。上述方法中，有些方法降低了發電機組的效率，如第3條；有的則增加熱力系統內金屬受熱面的熱應力沖擊，如第1、2條；有的則需要增加昂貴的設備（泵、閥門），并且使系統運行更加復雜。因此，德國的機組普遍采用第9、10條，就是所謂的凝結水節流（Condensate Throttlin6、g）。所謂凝結水節流，是指在機組變負荷時，在凝汽器和除氧器允許的水位變化范圍內，改變凝泵出口調門（或凝泵的頻率），改變凝結水流量，從而改變低壓加熱器內的抽汽流量，暫時獲得或釋放一部分機組的負荷。比如，機組加負荷時，減小凝泵變頻器輸出，減少凝結水流量，從而可以減小低加的抽汽量，增加汽輪機中蒸汽做功的量，使得機組負荷增加。此時，除氧器水位下降，凝汽器熱井水位上升。機組減負荷的過程相反。凝結水調負荷技術本質是一種利用蓄能的技術，利用的是汽機回熱/加熱系統中蓄能的變化。凝結水調負荷主要作用是提高變負荷初期的負荷響應，能夠改善由于鍋爐側的滯后而產生的負荷響應的延時，但機組最終的負荷響應仍然取決于鍋爐燃燒7、率的變化。3項目實施路線雖然凝結水節流可以在短時間內增加或減小機組的功率輸出，但是凝結水流量頻繁的波動對凝結水系統產生沖擊，影響機組的安全穩定運行。在6月份玉環電廠有關節能型協調控制的專題討論會上，電廠有關人員就指出，漕涇電廠曾發生過除氧器上水調門斷裂過的事故，另外玉環電廠也擔心凝結水壓力波動大會使管道受損。鑒于此，在玉環電廠實施的節能型協調控制系統中的凝結水節流只在機組需要增加出力時才使用。目前1000MW的超超臨界機組在減負荷時，機組功率的精確控制不是問題，沒有必要增加凝結水流量來降低機組的輸出功率。況且AGC模式下，機組功率指令上上下下無序變化，機組增減出力都使用變凝結水流量，對熱力系統8、沖擊較大，不利于安全運行。機組需要增加出力的工況包括：a、一次調頻動作（電網低頻）；b、協調控制狀態下機組升負荷過程中（包括AGC和LOCAL兩種模式，MWDLoadTarget時）；c、穩態協調控制下（CCS穩態工況下MWD=LoadTarget且實際負荷低于功率指令超過8MW，延時1min）。滑壓曲線下移后，汽機調門在穩態工況下的開度在45及以上，這時汽機調門的節流度很低，一旦主汽壓力下降，汽機很容易基本無節流，這樣會造成汽機調門時常基本無節流，又時常關下來，對機組的安全不利。因此在DEH中將調門的閥限定為50，即汽機的調門最大只能開大到50。考慮到夏季高背壓工況下，機組要達到額定出力，需9、要開啟補汽閥，建議在夏季工況下，可參照外高橋電廠，提高主蒸汽壓力，從而避免開啟補汽閥。即主汽壓力的設定根據凝汽器的背壓做適當的調整，也使得穩態工況下汽機調閥的閥位在預定區域。考慮到低負荷時凝結水節流受到較多因素的制約（包括精處理入口壓力、給泵密封水壓力等），經與電廠方多次討論，決定增加低加的旁路系統，即從軸封加熱器后增加管路到除氧器，管路上配置電動隔離閥、氣動調節閥。這樣一來，凝結水節流就有兩個實施的技術手段，一是凝泵轉速降低，另一個是打開低加旁路。低加旁路的實施，實現了降低低加凝結水流量升負荷，又不影響正常的除氧器上水、凝結水精處理、給泵密封水等。節能型協調控制系統的總體工作路線是：降低機組10、滑壓曲線，使得汽機調門在穩態工況下的開度保持在45及以上，降低調門的節流損失。當機組有升負荷的需求時，首先依靠凝結水節流調負荷（解決變負荷初期50s的負荷響應），其次依靠鍋爐給水的快速響應（解決變負荷中期5080s的負荷響應），然后依靠鍋爐燃燒率的提高、合理的超調（解決變負荷中后期的負荷響應），補充利用了的蓄熱，最終恢復系統的平衡。本次研究的方法包括理論計算和現場試驗。理論計算的依據包括汽輪機廠提供的TRL工況下的汽機熱平衡圖。根據汽機熱平衡圖，可以計算出理論上低壓加熱器全部撤出后，機組發電功率短時間內所能增加的最大范圍。考慮到機組實際運行中，凝結水系統收到較多的限制，因此理論計算得到的凝結水11、調負荷能力要低于實際值。為了得到實際機組運行中，凝結水調負荷的能力，需要做凝結水調負荷的特性試驗，理論計算得到的數值可以為特性試驗做參考。考慮到機組在不同負荷段內的流量特性、功率響應有所不同，凝結水調負荷的特性試驗應當分不同的負荷工況進行，以100MW為一個斷點，從5001000MW負荷范圍內進行凝結水改變負荷的特性試驗。凝結水改變負荷的特性試驗完成后，可以在機組DCS中搭建凝結水調負荷的功能模塊，該模塊接受來自協調控制系統的功率指令，輸出為低加旁路調節閥閥位開度指令、凝泵變頻指令。為了確保機組的安全穩定運行，需要對機組的除氧器、凝汽器、低壓加熱器水位控制回路進行邏輯優化。在完成邏輯優化后，進12、行特定的水位擾動試驗，確保凝結水流量改變后，除氧器、凝汽器、低壓加熱器的水位控制在安全范圍內，除氧器、凝汽器、低壓加熱器液位控制邏輯優化，主要是完成快速的前饋回路。凝結水變負荷特性試驗中，除氧器、凝汽器、低壓加熱器液位調節閥的閥位變化可以作為前饋回路的依據。節能型協調控制系統下，鍋爐的燃料量、給水量、送風量要更加精確，因此需要做燃燒要素的定位試驗。燃燒要素定位試驗中，機組要撤出AGC，因此需要獲得電網的許可。與凝結水調負荷特性試驗相似，鍋爐燃燒要素的定位試驗要在機組正常運行負荷范圍內分段多次進行。鍋爐燃燒要素的定位試驗完成后，需要在協調控制邏輯修改燃料、給水的靜態分配指令，對鍋爐燃燒的KICK13、分量也要重新完善。這主要是考慮到對機組熱力系統蓄熱損失的彌補，同時又不能影響機組的穩定運行。最后將節能型協調控制系統投入使用，并進行多次負荷擺動試驗，從而完成對控制邏輯、控制參數的優化。可以預見，最終的負荷擺動試驗將耗時數周。期間需要對機組進行全范圍內的升降負荷試驗，根據實際工況，對協調控制邏輯、凝結水調負荷邏輯、除氧器水位控制、凝汽器水位控制、低壓加熱器水位控制的邏輯和參數進行修改完善。具體的技術路線如圖2所示。圖2 技術路線圖4項目具體工作內容節能型協調控制系統具體實施的工作內容如下所示：1) 完成TOP平臺與DCS的通訊，DCS側完成與TOP平臺的通訊邏輯、通訊接口邏輯。優化組態首先組態14、外掛優化系統狀態判斷邏輯，判斷優化系統是否正常運行，同時應將所有優化信號的質量傳遞處理為無質量信號，以免優化系統通訊故障時影響原系統的控制方式影響系統正常運行。對于完全由優化系統發送控制指令的減溫水控制等指令組態方式如下：在原PID與手操器間插入下圖所示邏輯，當優化系統正常并選擇優化控制方式時，將優化系統的優化指令輸出到對應手操器，同時相應的PID應跟蹤，保證優化系統運行中故障時能夠無擾切換到原PID控制方式；當未選擇優化控制方式或優化系統故障時，選擇原PID信號輸出，同時原PID控制方式按原有邏輯進入指定方式。對于給水、燃料等修正優化信號的組態方式如下：將優化信號附加到原控制信號上，通過F(15、x)和加法塊的系數，設置是否引入優化控制信號和引入的強度等。2) TOP平臺根據采集的機組運行數據，對鍋爐燃燒、汽機功率控制、汽溫與燃水比進行建模，完成新型控制系統的組態設計，具體如圖3所示。 圖3基于凝結水調負荷的協調控制系統示意圖新型控制系統主要實現如何合理及時地恢復機組蓄熱。凝結水節流利用機組低壓側的抽汽蓄熱，幫助機組在變負荷初期實現功率的快速響應。但在鍋爐新增燃料已經轉換為做功的蒸汽后，應當讓機組熱力系統內的抽汽蓄熱恢復。具體來說，應當使除氧器內的飽和水、各級低壓加熱器內的飽和水質量和焓值回復。為了彌補機組蓄熱的損失，應當額外增加燃料量。這就需要對已經利用的機組蓄熱的熱量進行計算，在根16、據實際燃料的熱值校正系數，計算出需要額外增加的燃料量。要真正實現超超臨界直流機組汽機調門基本無節流，利用凝結水流量的改變來改善由于鍋爐燃燒的滯后而產生的負荷響應延時，在工程上還需要相當多的工作要做。特別要注意以下問題：負荷指令如何安全、可靠、合理地送至凝泵出口調門控制回路。協調控制系統需要根據機組主汽壓力、主汽溫度、鍋爐燃燒的慣性時間，計算出需要熱力系統釋放多少千焦的熱量。計算鍋爐的蓄熱，除了主汽壓力、主汽溫度等參數外，還需要鍋爐的蓄熱系數。鍋爐蓄熱系數可以根據相關參數進行理論計算，但理論計算的結果與實際值往往有一定的偏差，因此還需要通過試驗的手段來整定鍋爐的蓄熱系數。當鍋爐新增燃料轉換成主蒸17、汽上升的壓力，鍋爐燃燒產生的能量與汽機以固定速率的能量輸出間達到平衡后，協調控制系統應當及時釋放送至凝結水調負荷模塊的功率指令。此外，協調控制系統應充分考慮機組蓄熱量的大小，密切監視除氧器水位、凝汽器熱井水位、低壓加熱器水位控制系統的運行情況，一旦發生異常，協調控制系統應當立即將送至凝結水調負荷模塊的功率指令復歸到零，以確保機組的安全運行。凝結水調負荷模塊切至正常工作模式，即凝泵出口調閥控制除氧器液位。鍋爐側燃料、給水等的控制策略的修改和完善，與基于凝結水節流技術相配套，合理及時地恢復機組的蓄熱。為了及時恢復機組的蓄熱，燃料量要有一個額外增加的過程。當機組蓄熱得到恢復后，要及時將額外增加的燃料18、切除，具體如圖4所示。圖4 額外增加的燃料量變化曲線變負荷和穩態過程，凝結水調負荷控制方式的合理切換，保證水位的穩定。變負荷過程中，凝結水調負荷模塊的工作方式是凝結水節流；機組穩態過程中，凝結水調負荷模塊的工作方式是除氧器水位控制。這樣，凝泵出口調閥就有兩個控制回路，兩個控制回路的輸出存在切換問題。從除氧器水位控制模式切到凝結水調負荷模式，其切換要迅速，反過來，切換要緩慢，因為兩者的控制目的不同。由于除氧器水位控制采取三沖量控制，為了保證切換過程中控制系統的穩定，對高壓加熱器疏水的流量要進行定量的整定，作為除氧器水位外回路控制的前饋調節。需要對除氧器、凝汽器、低壓加熱器水位控制回路、補水控制進19、行較大的設計改進與重新調整。3) 在DCS側投入優化控制系統，進行機組升降負荷試驗，觀察機組在新的滑壓曲線下工作狀況，包括機組的負荷響應、過熱汽溫、再熱汽溫、除氧器及低加的水位變化等是否滿足要求；4) 優化系統調試結束后，進行機組的性能考核試驗，得到機組在新控制方式下的熱耗率，并與項目實施之前進行比較；5) 項目總結，完成項目的技術報告、工作報告，開科技項目的鑒定會等。5 危險源辨識及控制詳見附表。附表1：危險源預控措施表（熱工）項目名稱：華能玉環電廠#3機組節能型協調控制系統科技項目實施作業時間： 編號：WX-08-2014-02序號選項危險源描述擬采取控制措施控制措施實施確認1接受有關人員20、口頭組態修改的通知嚴格執行組態修改審批單制度。2MCS在線下載不撤相關自動嚴格執行下載制度3FSSS在線下載嚴格執行下載制度4組態不及時備份以及修改不做記錄嚴格執行系統備份制度5未經授權擅自使用工程師站/操作員站在工程師/操作員站旁用“非相關人員禁止操作”標示牌標示；對所有調試人員加強安全教育。6非試驗人員擅自碰摸控制柜內模件、設備在電子室門口懸掛“非相關人員禁止入內”標示牌；在不影響其他工作的情況下，責任人要注意鎖柜門。7強電信號串入輸入卡件嚴格遵守調試規范8帶靜電觸摸卡件放靜電并戴防靜電手腕9卡件嚴重積灰吹灰10卡件積露腐蝕防止11信號系統接地不符合要求嚴格遵守驗收標準12DCS系統供電不21、符合要求嚴格遵守驗收標準13用手觸摸DO輸出防止14射頻干擾防止15信號強制錯誤或試驗結束后忘記恢復。執行信號強制登記、審批制度16信號接線錯誤加強核對17非試驗人員誤入試驗區域裝設圍欄并懸掛“止步！”標示牌。18萬用表電流檔測量數字量輸入信號防止19萬用表電阻檔測量數字量輸入信號防止20萬用表電流檔測量強電壓信號防止21未經許可操作聯調后的設備防止注1：作業開始前，負責人應首先進行安全及技術交底、任務分配，并落實控制措施確認人。注2：如果存在危險源，控制措施確認人應在相應的“選項”欄打“”，并在“確認”欄簽名。確認人：附表2：安全、技術交底記錄表(ZDS/04/Q 05-01)項目名稱：華能玉環電廠#3機組節能型協調控制系統科技項目實施交底時間項目負責人交底地點交 底 人參加人員(簽名)：交底內容：試驗詳細過程及注意事項詳見華能玉環電廠#3機組節能型協調控制系統科技項目實施驗方案記錄人/日期：