引言

習(xí)近平同志在十九大報(bào)告中提出,要深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。在電力產(chǎn)能過(guò)剩、競(jìng)爭(zhēng)加劇的前提下,增強(qiáng)供給結(jié)構(gòu)對(duì)需求變化的適應(yīng)性和靈活性,提高全要素的配置已經(jīng)成為整個(gè)火電行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),因此如何減低煤耗、推進(jìn)火力發(fā)電機(jī)組的供熱改造成為火力發(fā)電廠的重點(diǎn)生存課題之一,而保證機(jī)組供熱系統(tǒng)穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行又成為重中之重。

本文針對(duì)福建華電可門(mén)發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱"可門(mén)公司")機(jī)組中壓供熱系統(tǒng)中蒸汽壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能差,造成供熱運(yùn)行中熱用戶用熱壓力不足甚至中斷供熱等問(wèn)題分析了原因,并提出了改進(jìn)意見(jiàn)。

1存在的問(wèn)題

可門(mén)公司擁有4臺(tái)600MW超臨界火力發(fā)電機(jī)組,汽輪機(jī)系上海汽輪機(jī)有限責(zé)任公司制造的超臨界、中間一次再熱、單軸三缸四排汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組,20l7年3月完成#2、#3、#4機(jī)組中壓供熱系統(tǒng)改造,并于4月l日正式向熱用戶供熱。各臺(tái)機(jī)組的中壓供熱蒸汽均抽取至冷段再熱蒸汽(以下簡(jiǎn)稱"冷再")母管,經(jīng)減溫減壓器調(diào)節(jié)溫度、壓力后匯集至中壓供熱集箱,集箱出口至用戶端。中壓供熱系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

可門(mén)公司供熱由一臺(tái)機(jī)組主供,其余機(jī)組供熱處于熱備用狀態(tài)。自投運(yùn)以來(lái),壓力控制系統(tǒng)存在問(wèn)題逐漸顯現(xiàn),雖然壓力控制采用閉環(huán)的PI調(diào)節(jié),但無(wú)論如何調(diào)整PI參數(shù),均不能較好地穩(wěn)定供熱壓力,在實(shí)際運(yùn)行中壓力調(diào)節(jié)閥始終處于頻繁大幅調(diào)節(jié)狀態(tài),供熱壓力隨之出現(xiàn)大幅波動(dòng)現(xiàn)象,甚至調(diào)節(jié)發(fā)散最終導(dǎo)致壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)切除自動(dòng)。

供熱管道就地壓力調(diào)節(jié)閥采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),在閥門(mén)調(diào)節(jié)動(dòng)作的過(guò)程中,經(jīng)常存在閥門(mén)實(shí)際動(dòng)作幅度與閥位反饋不一致現(xiàn)象,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥不能準(zhǔn)確動(dòng)作到位,也進(jìn)一步加劇了壓力控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。

供熱系統(tǒng)壓力控制不穩(wěn)定增加了供熱管網(wǎng)的熱損耗,也增大了機(jī)組的供熱煤耗,嚴(yán)重影響了熱用戶的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng),造成熱用戶的設(shè)備加熱不均勻甚至減產(chǎn)等不良事件。同時(shí),供熱壓力大幅波動(dòng)對(duì)供熱機(jī)組的冷再壓力也會(huì)產(chǎn)生不利影響,進(jìn)而影響機(jī)組安全運(yùn)行。

2原因分析

針對(duì)以上問(wèn)題分析原因:

(l)可門(mén)公司供熱壓力控制系統(tǒng)采用出口壓力作為被控參數(shù),是單純的反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng),壓力調(diào)節(jié)控制邏輯如圖2所示。主要熱用戶是一家大型化工廠,由于其生產(chǎn)工藝流程的特殊性,該用戶對(duì)熱需求量瞬時(shí)變化較大,lmin內(nèi)的最多升降可達(dá)60t/h。當(dāng)熱用戶需求量瞬間增大時(shí),供熱蒸汽流量迅速增加,供熱壓力調(diào)節(jié)閥無(wú)法及時(shí)開(kāi)啟會(huì)導(dǎo)致蒸汽管道壓力快速降低,供熱壓力不足:供熱壓力調(diào)節(jié)閥開(kāi)大調(diào)壓時(shí),熱用戶需求量開(kāi)始大幅降低,供熱蒸汽流量隨之減少,調(diào)節(jié)閥無(wú)法快速做出響應(yīng),會(huì)導(dǎo)致供熱超壓。因此,頻繁大幅變化的供熱流量作為一個(gè)主要干擾因素影響了中壓供熱系統(tǒng)的壓力控制。

(2)由于大電網(wǎng)技術(shù)管理需要,當(dāng)電網(wǎng)頻率偏差時(shí)調(diào)度中心通過(guò)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)裝置調(diào)整機(jī)組負(fù)荷,機(jī)組在投入AGC時(shí)負(fù)荷可能會(huì)出現(xiàn)大幅升降,進(jìn)而影響機(jī)組各主要物理量參數(shù)。中壓供熱蒸汽抽取自冷再母管,因此當(dāng)母管內(nèi)蒸汽壓力出現(xiàn)大幅變化時(shí),也會(huì)影響供熱系統(tǒng)壓力控制。尤其是當(dāng)機(jī)組夜間進(jìn)行深度調(diào)峰,負(fù)荷降低至330MW甚至更低時(shí),機(jī)組冷再壓力可低至2.2MPa,經(jīng)過(guò)抽汽口節(jié)流及管道疏水等因素影響,根據(jù)供熱壓力調(diào)節(jié)閥的流量特性,閥門(mén)要保持100%的開(kāi)度才成保證用戶對(duì)供熱壓力2MMP的要求,此時(shí)閥門(mén)已經(jīng)失去基本調(diào)節(jié)作用。由此可見(jiàn),冷段再熱蒸汽壓力頻繁變化或壓力過(guò)低同樣會(huì)影響中壓供熱系統(tǒng)的壓力控制。

(3)就地供熱管道由于閥門(mén)節(jié)流作用導(dǎo)致管道振動(dòng)頻率高、幅度大,壓力調(diào)節(jié)閥安裝于水平管道正上方,受供熱管道大幅振動(dòng)影響,調(diào)閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部測(cè)量閥位變化的電位器齒輪與傳動(dòng)齒輪出現(xiàn)嚙合不到位,即齒輪打滑現(xiàn)象,電位器的反饋電流無(wú)法匹配實(shí)際閥位,進(jìn)而導(dǎo)致壓力調(diào)節(jié)閥實(shí)際開(kāi)度過(guò)大或過(guò)小,嚴(yán)重影響供熱壓力的調(diào)節(jié)。

3改進(jìn)措施

通過(guò)分析原因,可以制定以下對(duì)應(yīng)的改進(jìn)措施:

(1)可門(mén)公司中壓供熱壓力控制系統(tǒng)是一個(gè)基于出口壓力偏差控制的反饋控制系統(tǒng)。若控制系統(tǒng)中存在一個(gè)或多個(gè)干擾量,當(dāng)干擾發(fā)生時(shí),如果被控量尚未變化,偏差等于零,反饋控制器就不會(huì)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用,此時(shí)反饋控制總是要滯后于擾動(dòng),并不能及時(shí)消除偏差。而在此基礎(chǔ)上加入擾動(dòng)補(bǔ)償控制(或稱為"前饋控制"),可以在被控量還未發(fā)生變化時(shí),讓控制器先做出調(diào)節(jié),就能夠及時(shí)補(bǔ)償干擾對(duì)被控量的影響。中壓供熱壓力控制系統(tǒng)作為一個(gè)單純的閉環(huán)控制系統(tǒng)難免存在穩(wěn)定性問(wèn)題,只要干擾因素存在,作為被控量的供熱出口壓力就會(huì)變得難以控制。在此系統(tǒng)中主要的干擾因素就是供熱出口流量和冷再壓力,這兩個(gè)物理量可通過(guò)變送器進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量,將它們作為前饋加入中壓供熱壓力控制系統(tǒng),組成前饋一反饋控制系統(tǒng)。通過(guò)觀察冷再壓力與中壓供熱壓力設(shè)定值的差值和中壓供熱壓力調(diào)節(jié)閥開(kāi)度之間的關(guān)系,建立函數(shù)f(x)。同時(shí)考慮當(dāng)熱用戶側(cè)流量需求減少甚至為0時(shí),前饋也應(yīng)當(dāng)減小直至為0,因此將函數(shù)f(x)乘以由中壓供熱流量得出的系數(shù)作為前饋分量加入中壓供熱壓力控制系統(tǒng),經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的控制邏輯圖如圖3所示。

(2)中壓供熱壓力調(diào)節(jié)閥的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為一體化安裝形式,根據(jù)其結(jié)構(gòu)功能不同可將執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為控制部分和傳動(dòng)部分,現(xiàn)將控制部分與傳動(dòng)部分分離,其中傳動(dòng)部分繼續(xù)與閥門(mén)保持正常連接,在蒸汽管道旁的地面上設(shè)置支撐架,將控制部分安裝于相對(duì)靜止的支撐架上,通過(guò)傳輸電纜將控制部分與傳動(dòng)部分相連,這樣就可以避免電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電位器等零部件因管道大幅振動(dòng)受損進(jìn)而影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正?？刂啤＝?jīng)過(guò)分體改造后的安裝情況如圖4所示。執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)分體式改造后既能保證控制部分的相對(duì)獨(dú)立,又能使整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)繼續(xù)正常地受控和動(dòng)作,不失整體性,又增強(qiáng)了穩(wěn)定性。

(3)依據(jù)前文所述,機(jī)組負(fù)荷過(guò)低同樣會(huì)影響中壓供熱系統(tǒng)的壓力控制[9]。由于供熱管線至用戶端較長(zhǎng),沿途有壓力損耗,因此在供熱端適當(dāng)提高出口壓力設(shè)定值至2.05MMP,確保熱用戶供熱壓力2MMP的需求。在機(jī)組冷再供熱抽汽流量一定的工況下,結(jié)合機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)所能達(dá)到的最低負(fù)荷進(jìn)行綜合分析,在保證機(jī)組冷再供熱抽汽參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的情況下,確定機(jī)組不同供熱流量對(duì)應(yīng)的最低電負(fù)荷。調(diào)取運(yùn)行曲線查詢機(jī)組在不同負(fù)荷下冷再壓力、最大供熱出口流量及此時(shí)壓力調(diào)節(jié)閥開(kāi)度等數(shù)值,同時(shí)根據(jù)熱用戶每日平均瞬時(shí)供熱量90t/h的要求,觀察表1可見(jiàn),負(fù)荷在a80MW以下時(shí),維持供熱出口壓力2.05MMP需要壓力調(diào)節(jié)閥100%的開(kāi)度,閥門(mén)失去調(diào)節(jié)作用。通過(guò)試驗(yàn)得出結(jié)論,只有機(jī)組負(fù)荷保持在390MW及以上時(shí),才能保證供熱出口壓力可控可調(diào)。

4效果檢查

對(duì)可門(mén)公司#a機(jī)組中壓供熱壓力控制系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行優(yōu)化改造后,于2016年6月10日重新投入運(yùn)行并測(cè)試其穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)連續(xù)一周時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試,調(diào)取此段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行參數(shù)曲線,可以發(fā)現(xiàn)中壓供熱壓力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了大幅提升,其中壓力調(diào)節(jié)閥動(dòng)作指示正常,供熱出口壓力控制平穩(wěn),沒(méi)有出現(xiàn)壓力大幅震蕩導(dǎo)致供熱退出自動(dòng)甚至切除的情況。

可門(mén)公司通過(guò)對(duì)供熱過(guò)程中機(jī)組及熱用戶運(yùn)行情況的探索和分析,制定合理方案,徹底優(yōu)化改造了機(jī)組中壓供熱壓力控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備,提高了壓力控制的穩(wěn)定性,進(jìn)而保證了中壓供熱系統(tǒng)的平穩(wěn)、高效運(yùn)行。供熱壓力控制穩(wěn)定,減少了供熱安全閥泄壓及管道輸水導(dǎo)致的熱損耗,大大降低了機(jī)組的供熱煤耗。

5效益

(1)經(jīng)濟(jì)效益:在對(duì)#3機(jī)組中壓供熱壓力控制系統(tǒng)優(yōu)化改造前由于壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定經(jīng)常中斷供熱,通過(guò)優(yōu)化改造,供熱穩(wěn)定性大幅提升,#3機(jī)組的供熱煤耗由40.21kg/t降低至38.42kg/t,按#3機(jī)組2017年全年供熱量474536t,同年的標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格850元/t計(jì)算,可以為公司節(jié)約標(biāo)煤474536x(40.21-38.42)/1000≈849.42t,節(jié)約資金849.42×850/10000≈72.2萬(wàn)元。

(2)社會(huì)效益:該項(xiàng)目適應(yīng)國(guó)家對(duì)能源企業(yè)供給側(cè)改革的要求,增強(qiáng)了火電企業(yè)機(jī)組供熱的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性,提升了企業(yè)在供熱市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力,提高了知名度,為公司繼續(xù)開(kāi)拓供熱市場(chǎng)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí),也為其他火電廠同類(lèi)型機(jī)組中壓供熱系統(tǒng)所出現(xiàn)的類(lèi)似問(wèn)題的處理提供了充分的借鑒依據(jù),改造經(jīng)驗(yàn)值得推廣。

6結(jié)語(yǔ)

目前,可門(mén)公司已完成#3機(jī)組中壓供熱壓力控制所有改進(jìn)措施的實(shí)施。通過(guò)對(duì)這臺(tái)機(jī)組供熱情況近一年的運(yùn)行觀察,機(jī)組供熱高效、穩(wěn)定,沒(méi)有出現(xiàn)任何故障。實(shí)踐證明,各項(xiàng)優(yōu)化改進(jìn)措施都卓有成效,能適應(yīng)各種運(yùn)行工況變化的考驗(yàn),大大提高了機(jī)組的安全性和可靠性。后續(xù)將結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)其余供熱機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化改造。