智慧電廠乾貨|火電燃煤機組APS邏輯步序設計管窺:停機步序設計點評

2020-12-16 全國能源信息平臺

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APS停機概述

機組程序自動啟停(Automatic Procedure Start-up/Shut-down,APS)控制,啟動和停止各6個階段。機組啟動階段已經另文介紹,本文介紹的是APS停機步序。

APS停機6個階段(參閱圖1):

1.機組降負荷(LOAD DOWN);

2.機組最低負荷(MINIMUM LOAD);

3.發電機解列(LINE OFF);

4.汽輪機停機(TURBINE SHUT-DOWN);

5.鍋爐燃燒器切除(BURNER SHUT-DOWN);

6.鍋爐停爐&汽輪機切真空(BOILER SHUT-DOWN & VAC. BREAK)。

圖1 APS系統SHUT-DOWN架構框圖

APS停機,第一階段機組降負荷,同時啟動鍋爐和汽輪機輔助系統,第二階段機組負荷降至最低,降低鍋爐燃燒強度,第三階段發電機解列,第四階段汽輪機停機,第五階段鍋爐切除燃燒器,第六階段停鍋爐風機和汽輪機真空破壞。停機次序是從主機降負荷開始,然後輔助設備有啟有停,先停主機再停主要輔機最後是輔助系統逐次退出。

圖2是APS機組停止操作畫面,與APS啟動操作畫面風格一致,同樣的簡潔,畫面的下面同樣地蘊藏著大量的熱控系統。停機的6個分布式主控器管控系統21套,執行步序27步,發出指令合計37條,發電機解列前執行步序15步,指令18條,管控系統9套,解列後執行步序12步,指令19條,管控系統12套,發電機解列前後步序佔比分別為55.5%和44.5%,指令佔比分別為48.6%和51.4%,管控系統佔比42.9%和57.1%。從中可以看出,機組停運時,APS在機組解列後發出的指令和控制的熱工系統居多。

圖2 APS機組停止操作顯示畫面

一、 機組降負荷階段(LOAD DOWN)

1.機組降負荷階段起步許可條件:實發負荷≮20%ECR且機爐協調系統(CCS)在功率控制方式。

2.機組降負荷階段運行準備條件:同時滿足,① 機組降負荷時機條件;② 燃燒器順控主控器在APS自動;③ 磨煤機出力控制在自動;④ 給水系統順控在自動;⑤ 鍋爐輕油系統順控在自動。

3.機組降負荷邏輯步序

機組降負荷階段分10個步序完成(參閱圖3)。

順序按下按鍵,①「BMS APS IN」;②「APS IN 」;③「BREAK POINT SHUT-DOWN」。

按鍵選擇「LOAD DOWN」,並觸發按鍵「GO」(參閱圖2)。

第一步 APS降負荷階段控制器接到「機組降負荷」信號,則發出指令:

1)去DEH,設定汽輪機調門為單閥方式;

2)去B-SCS,啟動鍋爐電動給水泵;

3)去B-SCS,啟動鍋爐輕油系統。

第二步 確認:① 輕油系統啟動已完成;② 給水系統啟動已完成;③ 燃油洩漏試驗準備就緒或鍋爐燃油速斷閥已經打開。

則向BMS發出指令:燃油洩漏試驗開始。去DEH,設定汽輪機調門為單閥工作方式。

第三步 同時滿足以下2個條件:

1)汽輪機調門為單閥工作方式或機組實發負荷>90%ECR,並且燃油洩漏試驗已經完成或鍋爐燃油速斷閥已經打開。

2)降負荷手動按鍵已觸發或實發負荷<22%ECR。

則向CCS發出指令:設定目標負荷在20%ECR。

第四步 確認自MCS目標負荷已經設定在20%ECR,則向MCS發出指令,燃油調節閥開度至「一對油槍點火位」。

第五步 以下兩方面狀態中的任一項得到確認:

1)給煤機投入少於2臺,且燃油調節閥已置「一對油槍點火位」;

2)任一層油槍已經投入,或EF層1、3號油槍角閥已經開啟。則向BMS發出指令,投EF層1、3號油槍。

圖3 機組降負荷階段邏輯步序

第六步 確認自BMS EF層1、3號油槍角閥已開啟或任一層油槍已投入。則向BMS發出指令,投EF層2、4號油槍。

第七步 確認自BMS任一層油槍已投入,則向BMS發出指令,「油槍負荷程序」自動控制。

第八步 確認自BMS油槍已在負荷程序自動控制,且機組實發負荷≯22%,則向BMS發出指令,磨煤機出力計算切至手動。

第九步 確認:① 自BMS,磨煤機出力計算未在自動;② 自B-SCS,電動給水泵單元順控啟動已經完成。則向MCS發出指令,電動給水泵併入鍋爐給水系統。

第十步

1)確認自MCS電動給水泵已經併入鍋爐給水系統或電泵給水調節閥在自動,則向MCS發出指令;

解列最後1臺汽動給水泵;

2)滿足條件,① 停機階段降負荷步序開始;② 只有2臺給煤機在運行;③機組實發負荷≯22%。

向BMS發出指令:退出倒數第2臺煤粉燃燒器。

4.設計芻議

停機降負荷並不簡單,本階段開頭的第一條指令就發給DEH,汽輪機調門順序閥轉單閥。APS控制水、煤、油,全面開花,兼顧鍋爐、汽機一個都不落。鍋爐給水和燃燒器管理(BMS)都是成色十足的「一鍵啟停」,但一鍵啟停,那一鍵還是要人工按下,有了APS,省時省力省了伸手,且精神絕不會溜號兒。機組停機先要降負荷,降負荷卻要啟電泵、投輕油,為什麼?為了平順地停機,設備出力匹配機組低負荷。APS再次開足馬力,從啟動電泵到汽動給水泵全部解列,全程關照。更對鍋爐燃燒情有獨鍾,啟輕油、試洩漏、點油槍步步精心。機組從高負荷減到APS給定的20%ECR,多至3套煤粉燃燒器由「一鍵啟停」的BMS伴隨自動退出,APS接手最後兩套制粉系統。為此APS專設一段條件邏輯,具有排列組合的選擇功能,找出「倒數第二套煤粉燃燒器」控制其退出。足以見得,熱工控制系統「一鍵啟停」的控制能力是APS成功的基石。

二、 機組最低負荷階段(MINIMUM LOAD)

1.機組最低負荷階段起步許可條件:機組降負荷階段已完成。

2.機組最低負荷階段運行準備條件:同時滿足,① 機組最低負荷時機條件;② 廠高變已切換至啟備變;③ 輔助蒸汽系統已投入;④ 燃燒器順控主控器在APS自動;⑤ DEH受控APS方式;⑥ 低加抽汽順控在自動;⑦ 高加抽汽順控在自動;⑧ 汽機疏水順控在自動。

3.機組最低負荷邏輯步序

圖4 機組最低負荷階段邏輯步序

機組最低負荷階段分3個步序完成(參閱圖4)。

按鍵選擇「MIN LOAD」,觸發按鍵「GO」(參閱圖2)。

第一步 APS接到「機組最低負荷」信號,向T-SCS發出以下指令:

1)啟動低加抽汽順序控制系統;

2)啟動高加抽汽順序控制系統;

3)啟動汽輪機疏水順序控制系統。

第二步 確認自T-SCS:① 低加抽汽順序控制系統已經啟動;② 高加抽汽順序控制系統已經啟動;③ 汽輪機疏水順序控制系統已經啟動。則向DEH發出指令,設定目標負荷在5%ECR。

第三步 確認:① 目標負荷已經設定在5%ECR;② 實發負荷不高於40MW;③ 只有一層煤粉燃燒器在運行或煤粉燃燒器已經全部切除。則向BMS發出指令,切除最後1套煤粉燃燒器。

4.設計芻議

繼續減負荷,步序不多,內容不少。電氣此前已有操作,廠高變切至啟備變,這是發電機要解列的節奏。APS一聲召喚,汽機的輔助系統,疏水、抽汽全員上崗整裝待發。汽機輔助系統的順控採用的是「條件邏輯」,不受時長限制,所以也就不會出現步序超時報警,適用於隨機性相對較強的運行工況。最低負荷目標,5%ECR,APS賦值DEH,轉至CCS執行。APS最在意鍋爐燃燒,本階段步序邏輯第3步,確認機組實發負荷已經不高於40MW,且只有一層煤粉燃燒器在運行,通過「條件邏輯」判定磨煤機編號,向BMS發出切除最後一套在運煤粉燃燒器的指令。CCS一如既往的低調,忠實地完成APS派發的任務,直到停機結束。

三、 發電機解列階段(LINE OFF)

1.發電機解列階段起步許可條件:汽機疏水已投入且最低負荷階段已完成。

2.發電機解列階段運行準備條件:鍋爐排氣&疏水系統順控在自動方式。

3.發電機解列邏輯步序

發電機解列階段分2個步序完成(參閱圖5)。

按鍵選擇「LINE OFF」,並觸發按鍵「GO」(參閱圖2)。

第一步 APS接到「發電機解列」指令,向B-SCS發出指令:啟動鍋爐排空氣&疏水順序控制系統。

第二步 確認自B-SCS鍋爐排空氣與疏水順序控制系統已經啟動。則向DEH系統發出「斷開發變組出口開關」指令,再經DEH輸出至電氣系統解列發電機。

圖5 發電機解列階段邏輯步序

4.設計芻議

又見電氣操作,發電機與電網解列,勵磁開關自動斷開。何為「統籌」?就是走一步要為下一步做準備,如此安排才會步步連貫、行程緊湊。發電機解列而先啟動鍋爐排空氣&疏水順控就是出於這樣的考慮。熱工控制系統都在幹什麼?DEH由「LL」轉「GOV」 方式,汽機轉速穩定在3000rpm;CCS由CC轉為BF方式,汽機旁路(BPC)自動開啟,維持主汽壓在11.2MPa。

APS導引高屋建瓴,熱工控制實力擔當撐起了機爐運行。APS的成與敗,關鍵還在熱工控制基礎邏輯的深度。

四、 汽輪機停機階段(TURBINE SHUT-DOWN)

1.汽輪機停機階段起步許可條件:汽機疏水系統已投入,且發電機開關未合閘。

2.汽輪機停機階段運行準備條件:同時滿足,① 汽輪機停機時機條件;② 汽機透平油系統順控在自動;③ 汽機盤車系統順控在自動;④ 鍋爐一次風系統順控在自動。

3.汽輪機停機邏輯步序

汽輪機停機階段分3個步序完成(參閱圖6)。

按鍵選擇「TURBINE SHUT DOWN」,並觸發按鍵「GO」(參閱圖2)。

第一步 APS接到「汽輪機停機」指令,向B-SCS發出指令:啟動汽輪機透平油順序控制系統。

第二步 確認自T-SCS汽輪機透平油順序控制系統已經啟動。則向DEH系統發出指令:汽輪機打閘。

第三步 確認自T-SCS汽輪機已經跳閘。

則發出以下指令:

1)去T-SCS,投汽輪機盤車;

2)去B-SCS,停鍋爐一次風。

圖6 汽輪機停機階段邏輯步序

4.設計芻議

依舊是有條不紊,停機必先啟油泵。DEH控制汽輪機平滑減速,轉速<900rpm,頂軸油泵自動啟動,轉速<100rpm,盤車供油電磁閥自動開啟,汽機轉速到零,APS投盤車,同時指令鍋爐一次風停運。這段敘述中,設備控制有的是APS在發出指令,有的則是熱工裝置實時地自動操作。可見,分布機爐的熱工裝置,即便在APS工作方式下,仍然在基層忠於職守,協同APS實現機組啟停的控制。APS也僅僅是貫通了主動脈,APS也不可能另起爐灶包羅萬象,要形成有機的整體,末梢血管的微循環同樣重要。

五、 鍋爐燃燒器切除(BURNER SHUT-DOWN)

1.鍋爐燃燒器切除階段起步許可條件:汽輪機和給水泵A與B小汽機都已打閘。

2.鍋爐燃燒器切除階段運行準備條件:同時滿足,① 燃燒器切除階段時機條件;② 鍋爐輕油系統順控已在自動;③ 電泵給水大旁路調節已在自動;④ 鍋爐送風調節已在自動;⑤ 燃燒器順控主控器已投APS自動。

3.鍋爐燃燒器切除邏輯步序

鍋爐燃燒器切除階段分5個步序完成(參閱圖7)。

按鍵選擇「BURNER SHUT DOWN」,並觸發按鍵「GO」(參閱圖2)。

第一步 APS接到「退出全部燃燒器」指令,向MCS發出指令:燃油自動流量調節給定「最低流量」。

第二步 確認自BMS只有1層油槍在運行。

向BMS發出指令:切除最後兩對輕油槍;向MCS發出指令:燃油自動壓力調節給定「最低壓力」。

第三步 確認自BMS只有1對油槍在運行。則向BMS發出指令:切除最後一對輕油槍;向MCS發出指令:燃油自動壓力調節給定「最低壓力」。

第四步 確認自BMS,給煤機已經全部停運,且油槍角閥已經全部關閉。則向BMS系統發出指令:切除鍋爐主燃料(MFT)。

第五步 確認自BMS:① 燃油速斷閥已經關閉;② 油槍角閥已經全部關閉;③ 鍋爐已經MFT。則向BMS發出指令:停止鍋爐輕油系統。

圖7 燃燒器切除階段邏輯步序

4.設計芻議

本階段任務倒是單一,就是退油槍,不過,這可不是單一的順序控制。油槍順序退出,油槍的流量、壓力隨之變化,由APS給出定值,輕油MCS調節迴路從流量調節轉為壓力控制。整個過程並不長,變化卻不少,就算只剩一層油槍(4支),兩對變一對也力求控制和調節的穩、準、細,細緻的目的是為了經濟運行,集腋成裘,燃油是寶貴的,能省則省,細微之處見匠人精神。所有油槍停運且BMS控制吹掃完成後,APS發出指令MFT。縱觀啟停步序,APS主要還是運籌帷幄,調度各個熱工系統參與控制,唯有投退鍋爐油槍和煤粉燃燒器,APS多次親力親為,機組啟停任何環節都不能忽視,但對鍋爐燃燒的重視,APS表現突出。

六、 鍋爐停爐&汽輪機切真空階段(BOILER SHUT-DOWN & VAC. BREAK)

1.鍋爐停爐&汽輪機切真空起步許可條件:鍋爐主燃料跳閘(MFT)。

2.鍋爐停爐&汽輪機切真空運行準備條件:同時滿足,① 鍋爐停爐時機條件;② 鍋爐給水系統順控在自動;③ 鍋爐爐水泵系統順控在自動;④ 鍋爐風煙系統順控在自動;⑤ 汽輪機真空系統順控在自動。

3.鍋爐停爐&汽輪機切真空邏輯步序

分4個步序完成(參閱圖8)。

按鍵選擇「BOILER SHUT-DOWN&VAC.BREAK」,並觸發按鍵「GO」(參閱圖2)。

第一步 APS接到「鍋爐停爐」信號,向鍋爐順控發出以下指令:

1)停止鍋爐風煙系統;

2)停止A、B給水泵小汽輪機蒸汽單元。

第二步 確認狀態之一:① A送風單元已經停運;② B送風單元已經停運;③ A引風單元已經停運;④ B引風單元已經停運;⑤ A給水泵小汽機蒸汽單元已經停運;⑥ B給水泵小汽機蒸汽單元已經停運;

則發出指令:

1)去B-SCS,停止鍋爐爐水循環泵;

2)去EP,停止鍋爐電除塵器(EP T/R UNIT)。

第三步 確認:① 鍋爐爐水泵已經停運;② 鍋爐電除塵器已經停運。則向B-SCS發出指令,停止鍋爐給水系統。

第四步 確認:① 汽輪機真空已破壞;② 鍋爐給水系統已停運;③ 汽輪機轉速<200rpm。則向T-SCS發出指令,停止汽輪機真空系統。

APS停機結束。

圖8 真空破壞與停爐階段邏輯步序

4.設計芻議

說是鍋爐停爐,爐的部分也只剩下風煙系統還在運行,鍋爐燃料在前一階段已經MFT,所以真正停的是風煙系統。鍋的部分,汽動給水泵在APS停機的第一階段第10步就已經解列,隨後打閘,這裡退出的是汽泵小汽機蒸汽系統的順控功能,相當於邏輯復位。APS向鍋爐爐水循環泵、電動給水泵和汽機真空泵的順控單元發出停泵指令,停泵操作由各自的順控邏輯完成。鍋爐靜電除塵器由一套PLC控制,與機組DCS網絡通信連接,APS「停靜電除塵器」指令經DCS的網關傳至鍋爐靜電除塵器的PLC。

結語

APS停機步序從機組「降負荷」開始,6個階段,整體設計順其自然、次序井然。兩段降負荷,先啟設備再停系統,承前啟後。三波退出,電、機、爐專一操控,專業節奏。最後一程,停爐&汽機切真空,步步緊湊。同時,BMS、CCS全程陪跑,BPC途中助力。每日22:00點低谷解列停機停爐,停下來要的是熱機熱爐,為的是次日併入電網8:00時帶負荷迎早峰,這就是DSS運行方式。APS因DSS而生,為電網調峰而用。APS無需神化,不過高居冰山一角,亦無需泛化,畢竟技術難度遠超常規。為APS而升級換代的熱工策略和智能化邏輯才是冰山主體。

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