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智慧电厂干货|火电燃煤机组APS启动步序设计管窥

北极星电力网新闻中心  来源:北极星电力网    2020/5/7 17:52:14  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 智慧电厂 APS 王立地

北极星火力发电网讯:APS启动概述

机组程序自动启停(Automatic Procedure Start-up/Shut-down,APS)作为机组启停的热控标准功能配置和例行应用的操作方式,总共分为12个阶段,机组启动和停止各由6个分布式主控器串联组成,每个APS分布式主控器控制机组启、停过程中的一个阶段,每个阶段进程都是从节点(BREAK POINT)开始,完成阶段任务后结束(BP COMPLETE),前序阶段的完成状态作为后序阶段的许可条件。

机组启动6个阶段(参阅图1):

1.机炉辅助系统启动(UNIT START PREPARATION);

2.汽轮机抽真空(VACUUM UP);

3.炉膛吹扫&点火(FURNACE PURGE & LIGHT-OFF);

4.汽轮机冲转(TURBINE ROLLING);

5.发电机并网&初负荷(SYNCHRO. & INIT. LOAD);

6.机组升负荷(LOAD UP)。

图片1.jpg

图1 APS系统START-UP架构框图

从APS启动的6个阶段中我们可以看到,第一阶段主要以启动汽轮机和锅炉的辅助系统为主,第二阶段启动汽轮机的主要辅机,第三阶段启动锅炉本体,第四阶段启动汽轮机,第五阶段以发电机并网为主,第六阶段是升负荷,机、炉、电全体参与。整个过程遵循机组启动的内在规律,首先启动主机外围的辅助系统,然后启动主要辅机,最后启动主机。

图2是APS机组启动操作画面,操作画面设计简洁,但每个按键下面都蕴含着大量的操作过程或实时信息,按照星型拓扑层层传递指令、回馈状态。冰山露出一角,巨大的山体都在看不见的水面下,APS也是如此。

6个分布式主控器串联成APS启动程序,直接管控系统28套,总共执行步序35步,发出46条指令,机组并网带初负荷前执行步序25步,指令34条,管控系统23套,并网后执行步序10步,指令12条,管控系统5套,并网前后指令占比分别为74%和26%,步序占比分别为71.4%和28.6%,设备系统占比82.1%和17.9%。机组启动时,APS绝大部分的控制发生在机组未带负荷的工况下。

图片2.jpg

图2APS机组启动操作画面

一、机炉辅助系统启动阶段(UNIT START PREPARATION)

1.机炉辅助系统阶段起步许可条件:仪用压缩空气压力与杂用压缩空气压力均正常;

2.机炉辅助系统运行运行准备条件:同时满足,(1)机炉辅助系统启动允许时机条件;(2)凝汽器水位正常;(3)凝结水系统顺控已投“自动”;(4)低加抽汽顺控已投“自动”;(5)高加抽汽顺控已投“自动”;(6)给水系统顺控已投“自动”;(7)锅炉疏水与排气系统顺控已投“自动”;(8)汽机透平油系统顺控已投“自动”;(9)汽机盘车系统顺控已投“自动”;(10)汽机疏水系统顺控已投“自动”;(11)锅炉给水大旁路自动调节回路已投“自动伺服”(STAND-BY)。

3.辅助系统启动逻辑步序

机炉辅助系统启动分4个步序完成(参阅图3)。

顺序按下按键,① “MBC IN APS”;② “APS IN”;③ “BREAK POINT START-UP”。

按键选择“UNIT START PREPARATION”,并触发按键“GO”(参阅图2)。

第一步 APS接到“机炉辅助系统启动开始”信号,向汽轮机顺序控制系统(T-SCS)和锅炉电除尘(EP)PLC系统发出指令启动:① 锅炉电除尘绝缘加热;② 低压加热器抽汽系统;③ 汽轮机疏水系统。

第二步 确认自汽机顺序控制系统(T-SCS)的全部状态,① 汽轮机循环水系统已经运行;② 发电机辅机系统(氢、油、水)已经运行;③ 汽轮机疏水系统已经投入;④ 低压加热器抽汽系统已经投入;⑤ 自EP-PLC,锅炉电除尘绝缘子加热器已经投入,或者,自BMS,第一台煤粉燃烧器已经启动。则向T-SCS发出指令,启动:① 汽轮机凝结水系统;② 汽轮机透平油系统;③ 汽轮机盘车系统。

第三步 确认自T-SCS的全部状态:① 汽轮机凝结水系统已经运行;② 汽轮机透平油系统已经投入;③ 汽轮机盘车系统已经投入。则向T-SCS发出指令启动:高压加热器抽汽系统。

第四步 确认自T-SCS高压加热器抽汽系统已经投入。向锅炉顺序控制系统(B-SCS)发出指令,启动:① 电动给水泵单元;② 锅炉疏水排气系统。

图片3.jpg

图3 机炉辅助系统启动阶段逻辑步序

4.设计刍议

APS启动机组,首先从机炉辅助系统开始。按设备在工艺系统中的作用划分,锅炉、汽轮机和发电机为主机,送风、引风、一次风机和给水泵被认为是锅炉的主要辅机,真空、凝结水、循环水泵等是汽轮机的主要辅机,发电机的主要辅机包括定子冷却水和密封油泵等。机组还有相应配套的辅助系统,比如锅炉的疏水、排空气,汽轮机的回热和疏水等系统。机组按“先挖渠、后放水”的规则进行启动,先启动外围设备再逐次到核心主机,“水到渠成”,APS第一阶段“UNIT START PREPARATION”,之所以定义为“机组辅助系统启动”是根据这一过程中被控对象的特点确定的。

这一阶段APS主要导引的是T-SCS 、B-SCS和(EP)PLC。从启动允许、准备和自动条件中可以看到,压缩空气系统已经先行独立启动,9套顺序控制系统(SCS)和1套模拟量调节(MCS)回路全部投入自动工作方式,MCS因设备尚未启动,所以处在自动伺服(Stand-By)状态。这就是APS控制的明显特征,控制对象为“复合变量”,是开关量和模拟量无缝连接的控制系统。

APS还要首先确认独立控制的汽轮机循环水和发电机辅机系统(氢、油、水)已经运行。这说明,APS虽然控制众多热工控制系统,但也不是“包打天下”,选择是有原则的,有些辅助系统在机组一个检修周期运行期间只启停一次,APS不会也没有必要纳入导引范围。

二、汽轮机抽真空阶段(VACUUM UP)

1.汽轮机抽真空节点起步许可条件:机炉辅助系统启动节点已完成。

2.汽轮机抽真空节点运行准备条件:同时满足,① 抽真空时机条件;② 辅助蒸汽已投入;③ 汽轮机真空系统顺控自动;④ A汽泵小汽机蒸汽单元顺控自动;⑤ B汽泵小汽机蒸汽单元顺控自动;⑥ A汽泵小汽机透平油单元顺控自动;⑦ B汽泵小汽机透平油单元顺控自动。

3.汽轮机抽真空逻辑步序

汽轮机抽真空阶段一步完成(参阅图4)。

按键选择“VACUUM UP”,并触发按键“GO”(参阅图2)。

APS接到“汽轮机抽真空开始”信号,向T-SCS发出指令:①投汽轮机真空系统;② 投A给水泵小汽机蒸汽单元;③ 投B给水泵小汽机蒸汽单元;④ 投A给水泵小汽机透平油单元;⑤ 投B给水泵小汽机透平油单元。

图片4.jpg

图4汽轮机抽真空阶段逻辑步序

4.设计刍议

本阶段一步到位,指令单一,但有特点。发出一道指令,驱动五套系统。这就是DCS的能力体现和APS的特色,多线程控制,若是人工操作无论如何也办不到的。汽机真空和给水泵小汽机油、汽等设备安装位置虽然都在汽机厂房内,但控制分属T-SCS和B-SCS,小汽机的油、汽单元为汽动给水泵专属设备,给水系统划归B-SCS,小汽机的油、汽单元自然也归属了锅炉顺序控制。这有别于通常控制区域的划分方法,但运用起来信号传递确实更为便捷合理。

三、炉膛吹扫&点火阶段(FURNA.PG & LIGHT-OFF)

1.炉膛吹扫&点火节点起步许可条件:机炉辅助系统启动已完成。

2.炉膛吹扫&点火节点运行准备条件:同时满足,① 炉膛吹扫与点火时机条件;② 辅助蒸汽已运行;③ 锅炉风烟系统顺控自动;④ A送风调节自动伺服;⑤ B送风调节自动伺服;⑥ A引风调节自动伺服;⑦ B引风调节自动伺服;⑧ 锅炉燃烧器顺控主控器自动;⑨ 锅炉炉水循环泵系统顺控自动;⑩ 锅炉轻油系统顺控自动;⑾ 给水大旁路调节自动伺服;⑿ 锅炉轻油调节自动伺服。

3.炉膛吹扫&点火逻辑步序

炉膛吹扫&点火阶段分8个步序完成(参阅图5)。

按键选择“FURNA.PG & LIGHT-OFF”,并触发按键“GO”(参阅图2)。

第一步 APS接到“炉膛吹扫&点火开始”信号,向B-SCS发出指令:启动炉水循环泵系统。

第二步 确认自B-SCS炉水循环泵系统已经运行。向MCS发出指令:锅炉汽包水位定值在-100mm。

第三步 确认全部状态,① 自B-SCS,炉水循环泵系统已经运行;② 自MCS,锅炉汽包水位定值已在-100mm。向B-SCS发出指令:启动轻油系统。

第四步 确认自B-SCS轻油系统已经运行,并且锅炉汽包压力<1.0MPa或凝汽器真空>-80kPa。向B-SCS发出指令:启动锅炉风烟系统。

第五步 确认自B-SCS的全部状态:① 锅炉风烟系统已经运行;② 锅炉主燃料跳闸(MFT)已复位,或者燃油泄漏试验和炉膛吹扫已准备好。向锅炉燃烧器管理系统(BMS)发出指令:开始炉膛吹扫。

提示:锅炉风量≥30%,炉膛负压正常,炉膛吹扫条件满足,炉膛吹扫及燃油泄漏试验开始。

第六步 确认自B-SCS的燃油调节阀开度在一对油枪供油阀位,并且油枪可以点火。向BMS发出指令:投AB层1、3号油枪。

第七步 确认自B-SCS轻油自动调节在压力控制方式,同时AB层1、3号油枪角阀已经打开,延时1分钟。向BMS发出指令:投AB层2、4号油枪。

第八步 确认自B-SCS任一油层已经运行。向BMS发出指令:油枪负荷程序投自动。

提示:① 锅炉点火后,凝汽器真空>-80kPa,则汽轮机旁路调节由伺服(STAND-BY)转为调节(AUTO);② DEH 投转子应力控制。

图片5.jpg

图5炉膛吹扫&点火阶段逻辑步序

4.设计刍议

所有的控制都围绕着锅炉(强制循环炉)展开,要给炉子点火就要先向锅里添水,但要注意一个背景,此时是DSS方式下闷炉的热态锅炉,锅炉水冷壁有水有温度有压力,并非空锅上水,因此先启动炉水循环泵再给锅炉上水至水位-100mm。其后启动轻油系统、炉膛吹扫、锅炉点火直至投两对油枪。特点有四,第一,从轻油系统启动到投两对油枪, BMS有全套的顺序控制,APS在这个阶段实际上是接管了BMS的控制权,直接出手控制,这和前两个阶段有所不同,前两个阶段都是“导引”,说白了就是把指令发给相应的热工控制系统APS就放手了,而本阶段,APS亲力亲为控制轻油系统。第二,这个阶段APS还主导了轻油系统压力和流量的调节,比如,① 将燃油调节阀开至“一对油枪点火位”,② 燃油自动调节回路自举至“压力自动控制方式”,③ 油枪负荷程序投自动。并根据点火进程,给出轻油MCS调节回路的定值,轻油泄漏试验和炉膛吹扫都由APS全部包下了。第三, APS在这个阶段,还关照到汽轮机真空值、投入汽机转子应力控制以及把汽机旁路调节回路由“伺服”转为“调节”。当然了,APS投了两对油枪以后,把控制权重新交还给了BMS、MCS、和DEH。第四,这个阶段汇集了6个MCS回路和5个SCS控制,模拟量与开关量的指令、信号交互引用,典型的复合变量系统,经典的程序自动控制,APS的特点一览无遗。

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