超临界630MW机组供热节能降耗的实施及控制技术优化

　　【摘 要】本文简述了在火力发电厂超临界机组改造供热机组后在中压缸排汽处进行抽汽，抽汽后机组的控制和供热首站设备的控制对机组正常运行的安全可靠性及供热设备的控制技术优化提出可行性解决方案，以提高供热系统控制的可靠性和机组运行的安全性，为大型火力发电机组节能改造和供热机组提供较好借鉴。

　　0、前言

　　随着国家对燃煤发电厂煤耗技术的要求，节能技术已经开始在各火力发电厂得以应用，直接影响到社会效益、企业的经济效益。本文以河南华润电力首阳山有限公司二台630MW超临界燃煤机组改造为供热机组为例，详细阐述通过供热来降低煤耗，提高机组的热利用率，供热改造对主机安全性的影响及供热首站设备控制优化和完善及控制系统的相关问题。

　　1、供热改造实施

　　1.1 中排供热改造部分

　　本次采暖供热改造是从中低压联通管上加装三通，并在抽汽联通管三通后加装调节蝶阀实现可调整供热;中排抽汽额定供热抽汽量300t/h，最大供热抽汽量400t/h;抽汽压力范围0.60-1.0Mpa，供热温度360-380℃。抽汽管道上增设逆止阀、快关阀、安全阀等满足供热工况运行的要求;

　　1.2 热网供热首站循环水系统流程及主要设备

     热网循环水系统流程简介：来自#1机组或#2机组的蒸汽对通过热网加热器的循环水进行加热后，通过热网循环水泵(热网电动液偶循环水泵和热网汽动循环水泵)供给城市热负荷用户,如图所示热网首站主要设备及循环水系统流程。

　　热网首站内设置#1、#2、#3热网高压加热器、 #1、#2热网低压加热器、#1、#2、#3热网高压加热器疏水泵、 #1、#2热网低压加热器疏水泵、热网电动液偶循环水泵、#1、#2、#3热网汽动循环水泵、#1、#2热网补水泵及相关设备和设施。

　　2、抽汽改造对汽轮机本体的影响

　　2.1 回热系统的影响

　　抽汽后，由于抽汽参数的变化，将对加热器产生影响。经过计算，抽汽后的抽汽管道流速变化不大，可以认为抽汽对加热器的运行及抽汽管道基本不会产生较大影响，抽汽后回热系统仍能保持正常运行。

　　2.2 轴向推力校核影响

　　供热抽汽后，通流级反动度及部分轮毂上承受的压力发生变化，从而引起轴向推力发生变化。经计算，抽汽后，轴向推力有所下降，总推力有负向增大的趋势。在较低工况抽汽时，将会产生零推力或负向推力，因而需对最低供热负荷提出限制，我司要求最低投供热电负荷为420MW，即在此负荷以上方允许投入供热，以避免产生零推力或负向推力，并确保抽汽管道的安全，避免影响机组的运行安全。

　　3、中排供热设备控制优化分析

　　3.1中排抽汽被控对象分析

　　中排调整抽汽主要原理是通过控制连通管上蝶阀的开度，从而改变由连通管通向两个低压缸的进汽量，以满足抽汽供热的需求。在冷凝工况运行，蝶阀全开时中压缸排汽通过连通管进入低压缸。当需要抽汽时，关小蝶阀，使一部分中压缸排汽由连通管上接出的抽汽管道转移到热网。

　　3.2中排抽汽调节控制分析

　　抽汽调节属于独立调节与汽轮机原有功频DEH 调节系统不牵联，蝶阀由智能电动执行器直接控制，对应调整蝶阀开度从零到全开，根据抽汽压力给定和实测抽汽压力，我们在DCS设置单回路控制，对阀门输出进行速率限制使阀门控制比较平稳，抽汽调压系统与功频调节系统除了机内蒸汽热力参数的内部联系外，外部没有任何联系。两者之间是互为独立的。功频系统只控制高、中压调门。抽汽调压系统只控制蝶阀，不因为抽汽压力和抽汽量的调整而直接改变高中压调门的阀位开度。

　　通过DCS使蝶阀执行机构逐渐关小，抽汽压力逐渐提高，待抽汽压力略高于热网抽汽母管内的压力值时，开启供热抽汽快关阀、逆止阀，逐渐开启抽汽供热的电动碟阀，接带热负荷，调整抽汽点压力到所需压力，使供热碟阀投入热网调节。我们在DCS系统中设置自动调压回路自动调整蝶阀开度，保证供热负荷，维持给定抽汽压力。若机组在供热工况下甩负荷，此时DCS接受信号，关闭供热抽汽逆止阀及供热抽汽快关阀，机组维持空转，整个过程由调节系统自动控制。

　　3.3中排供热调节碟阀逻辑优化

　　首先我们对抽汽调节阀投自动进行了优化，在以下条件满足情况下抽汽调节阀投入自动：电动隔离阀全开、气动逆止阀全开、液动快关阀全开、供热抽汽调节蝶阀前压力三个信号都正常、供热按钮已投入全部满足。自动时阀门阀位指令低限由原来的5%调整到20%，来保证抽汽时阀门误关对主机造成冲击，保证低压缸最小的进汽量，来减小因热网出现故障供热退出影响整个机组的安全，保证主机的安全运行。

　　调节阀自动运行时我们对被调量的压力设定值进行了优化，压力设定值SP由运行人员根据需要操作DCS手动重新设定与东汽厂家给定的主蒸汽流量与抽汽压力关系曲线设置值(加偏置)，然后取两者低值(如下图所示)给出适合满足热负荷需求的压力给定值，避免了运行期间热网系统出现故障和扰动时给定压力设定不当引起阀门的大幅度摆动，影响机组的安全稳定运行。

　　4、供热首站设备控制优化分析

　　4.1热网首站加热器汽侧控制方式

　　大型热网首站采用母管制系统较少，主要有以下原因：1)供热蒸汽母管运行，一台机组调度调整负荷时引起抽汽压力波动，会影响到另一台组的抽汽量和负荷，运行调整困难;2)由于蒸汽侧流量孔板测量精度较差，母管制运行模式下两台机组疏水回水很难与供汽量调整到一致，而且需要根据负荷波动一直调整;疏水泵出口调节阀跟踪热网加热器液位调节、还是跟踪供汽量和疏水回水量调节难以选择;3)单台热网加热器事故、或一台机组事故时对另一台机组也有影响，会引起连锁反应。综上所述，我司采用扩大单元制系统，既满足相互供汽的要求，又避免两台机运行和事故工况的相互影响。

　　我司#1、#2、#3热网高压加热器汽侧采用扩大单元制，#1机组对应#3热网高压加热器，#2机组对应#1热网高压加热器，中间的#2热网高压加热器通过阀门切换可由#1机组或#2机组供汽;正常运行时，#1机组带#3热网加热器和#1、#2、#3热网循环水泵汽轮机，#2机组带#1和#2热网高压加热器。通过阀门切换，也可#1机组带#2和#3热网高压加热器，#2机组带#1热网加热器和#1、#2、#3热网循环水泵汽轮机。

　　4.2热网首站加热器循环水控制方式

　　热网高、低压加热器循环水侧采用并联方式，以减少水侧阻力、减少某台热网加热器事故时的相互影响;热网循环水回水60℃同时进入热网高、低压加热器，加热到120℃供给城市供热管网。

　　4.3热网首站加热器凝结水疏水控制方式

　　#1、#2、#3热网高压加热器疏水侧采用扩大单元制运行，设置#1、#2、#3永磁调速热网高压加热器疏水泵;#1热网高压加热器对应#1热网高压加热器疏水泵，#3热网高压加热器对应#3热网高压加热器疏水泵，#2热网高压加热器疏水通过阀门切换，可疏到#1或#3热网高压加热器疏水泵前;#2热网高压加热器疏水泵作为#1、#3热网高压加热器疏水泵公用的备用泵;正常运行时，两台机组各向自己对应的热网高压加热器供汽，由对应的热网高压加热器疏水泵回水，两台机组的供汽侧和疏水侧单元制运行。

　　#1、#2热网低压加热器，设置#1、#2变频调速热网低压加热器疏水泵，正常运行时一用一备，热网低压加热器的疏水经热网低压加热器疏水泵增压后，进入热网高压加热器疏水泵出口调节阀及旁路阀后，与汽源情况对应回到1#机组或2#机组侧。疏水导电度合格时，疏水回到主机凝结水7号低加后。疏水导电度不合格时回至凝汽器，热网加热器事故或高二水位情况下，疏水进入循环水前池。

　　4.4热网系统调节方式

　　由于热网循环水系统流量变化会产生水力失调，故对热负荷调节采用质、量双调方式。质调方式：外界热负荷的变化通过主机中低压连通管上的供热蝶阀开度来实现;对于短时间内的热负荷变化，则借助热网加热器蒸汽入口管上带点动调节的电动蝶阀来控制蒸汽量和供水温度。量调方式：根据热负荷的变化调节热网循环水泵运行台数、以及通过小汽轮机控制热网循环水泵流量，从而控制供热量。

　　5、供热热网控制系统优化

　　为了实现集中控制操作的理念我们将供热系统纳入到了主机公用系统，这样两台机组可以根据操作权限选择，实现对供热系统的控制且无需单独设置供热操作站，这样大大的减少了操作人员的劳动强度，实现了集中控制，保证了机组供热控制系统和主机控制系统在一个局域网内，我们对公用环网系统新增两对控制器，并通过两个单元机组的GW(公用控制器)控制器与单元机组进行数据通讯(如下图所示)，以实现在单元操作员站对供热系统内的公用部分设备操作和监控。

　　通过我司两台机组的供热改造洛阳东区和偃师市提供了稳定的供热热源，解决了居民的冬季采暖问题。实现了区域的集中供热，替代区域内的分散小锅炉，大量节约了供热区域内的煤炭消耗，相应的减少了CO2、NOX、SO2及烟尘的排放。对区域的环境，特别是洛阳市和偃师市的污染物排放具有明显的改善作用和明显的环保效益，为洛阳市经济建设和社会发展起到了积极的推动作用，具有重大的环保意义和综合效益。也提高了我司机组的热利用率同时对机组节能降耗起到了重要作用。