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智慧电厂干货|火电燃煤机组APS逻辑步序设计管窥:停机步序设计点评

北极星电力网新闻中心  来源:北极星电力网  作者:王立地  2020/5/9 18:07:11  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停机概述

机组程序自动启停(Automatic Procedure Start-up/Shut-down,APS)控制,启动和停止各6个阶段。机组启动阶段已经另文介绍,本文介绍的是APS停机步序。

APS停机6个阶段(参阅图1):

1.机组降负荷(LOAD DOWN);

2.机组最低负荷(MINIMUM LOAD);

3.发电机解列(LINE OFF);

4.汽轮机停机(TURBINE SHUT-DOWN);

5.锅炉燃烧器切除(BURNER SHUT-DOWN);

6.锅炉停炉&汽轮机切真空(BOILER SHUT-DOWN & VAC. BREAK)。

图片1.jpg

图1APS系统SHUT-DOWN架构框图

APS停机,第一阶段机组降负荷,同时启动锅炉和汽轮机辅助系统,第二阶段机组负荷降至最低,降低锅炉燃烧强度,第三阶段发电机解列,第四阶段汽轮机停机,第五阶段锅炉切除燃烧器,第六阶段停锅炉风机和汽轮机真空破坏。停机次序是从主机降负荷开始,然后辅助设备有启有停,先停主机再停主要辅机最后是辅助系统逐次退出。

图2是APS机组停止操作画面,与APS启动操作画面风格一致,同样的简洁,画面的下面同样地蕴藏着大量的热控系统。停机的6个分布式主控器管控系统21套,执行步序27步,发出指令合计37条,发电机解列前执行步序15步,指令18条,管控系统9套,解列后执行步序12步,指令19条,管控系统12套,发电机解列前后步序占比分别为55.5%和44.5%,指令占比分别为48.6%和51.4%,管控系统占比42.9%和57.1%。从中可以看出,机组停运时,APS在机组解列后发出的指令和控制的热工系统居多。

图片2.jpg

图2 APS机组停止操作显示画面

一、 机组降负荷阶段(LOAD DOWN)

1.机组降负荷阶段起步许可条件:实发负荷≮20%ECR且机炉协调系统(CCS)在功率控制方式。

2.机组降负荷阶段运行准备条件:同时满足,① 机组降负荷时机条件;② 燃烧器顺控主控器在APS自动;③ 磨煤机出力控制在自动;④ 给水系统顺控在自动;⑤ 锅炉轻油系统顺控在自动。

3.机组降负荷逻辑步序

机组降负荷阶段分10个步序完成(参阅图3)。

顺序按下按键,①“BMS APS IN”;②“APS IN ”;③“BREAK POINT SHUT-DOWN”。

按键选择“LOAD DOWN”,并触发按键“GO”(参阅图2)。

第一步 APS降负荷阶段控制器接到“机组降负荷”信号,则发出指令:

1)去DEH,设定汽轮机调门为单阀方式;

2)去B-SCS,启动锅炉电动给水泵;

3)去B-SCS,启动锅炉轻油系统。

第二步 确认:① 轻油系统启动已完成;② 给水系统启动已完成;③ 燃油泄漏试验准备就绪或锅炉燃油速断阀已经打开。

则向BMS发出指令:燃油泄漏试验开始。去DEH,设定汽轮机调门为单阀工作方式。

第三步 同时满足以下2个条件:

1)汽轮机调门为单阀工作方式或机组实发负荷>90%ECR,并且燃油泄漏试验已经完成或锅炉燃油速断阀已经打开。

2)降负荷手动按键已触发或实发负荷<22%ECR。

则向CCS发出指令:设定目标负荷在20%ECR。

第四步 确认自MCS目标负荷已经设定在20%ECR,则向MCS发出指令,燃油调节阀开度至“一对油枪点火位”。

第五步 以下两方面状态中的任一项得到确认:

1)给煤机投入少于2台,且燃油调节阀已置“一对油枪点火位”;

2)任一层油枪已经投入,或EF层1、3号油枪角阀已经开启。则向BMS发出指令,投EF层1、3号油枪。

图片3.jpg

图3 机组降负荷阶段逻辑步序

第六步 确认自BMS EF层1、3号油枪角阀已开启或任一层油枪已投入。则向BMS发出指令,投EF层2、4号油枪。

第七步 确认自BMS任一层油枪已投入,则向BMS发出指令,“油枪负荷程序”自动控制。

第八步 确认自BMS油枪已在负荷程序自动控制,且机组实发负荷≯22%,则向BMS发出指令,磨煤机出力计算切至手动。

第九步 确认:① 自BMS,磨煤机出力计算未在自动;② 自B-SCS,电动给水泵单元顺控启动已经完成。则向MCS发出指令,电动给水泵并入锅炉给水系统。

第十步

1)确认自MCS电动给水泵已经并入锅炉给水系统或电泵给水调节阀在自动,则向MCS发出指令;

解列最后1台汽动给水泵;

2)满足条件,① 停机阶段降负荷步序开始;② 只有2台给煤机在运行;③机组实发负荷≯22%。

向BMS发出指令:退出倒数第2台煤粉燃烧器。

4.设计刍议

停机降负荷并不简单,本阶段开头的第一条指令就发给DEH,汽轮机调门顺序阀转单阀。APS控制水、煤、油,全面开花,兼顾锅炉、汽机一个都不落。锅炉给水和燃烧器管理(BMS)都是成色十足的“一键启停”,但一键启停,那一键还是要人工按下,有了APS,省时省力省了伸手,且精神绝不会溜号儿。机组停机先要降负荷,降负荷却要启电泵、投轻油,为什么?为了平顺地停机,设备出力匹配机组低负荷。APS再次开足马力,从启动电泵到汽动给水泵全部解列,全程关照。更对锅炉燃烧情有独钟,启轻油、试泄漏、点油枪步步精心。机组从高负荷减到APS给定的20%ECR,多至3套煤粉燃烧器由“一键启停”的BMS伴随自动退出,APS接手最后两套制粉系统。为此APS专设一段条件逻辑,具有排列组合的选择功能,找出“倒数第二套煤粉燃烧器”控制其退出。足以见得,热工控制系统“一键启停”的控制能力是APS成功的基石。

二、 机组最低负荷阶段(MINIMUM LOAD)

1.机组最低负荷阶段起步许可条件:机组降负荷阶段已完成。

2.机组最低负荷阶段运行准备条件:同时满足,① 机组最低负荷时机条件;② 厂高变已切换至启备变;③ 辅助蒸汽系统已投入;④ 燃烧器顺控主控器在APS自动;⑤ DEH受控APS方式;⑥ 低加抽汽顺控在自动;⑦ 高加抽汽顺控在自动;⑧ 汽机疏水顺控在自动。

3.机组最低负荷逻辑步序

图片4.jpg

图4 机组最低负荷阶段逻辑步序

机组最低负荷阶段分3个步序完成(参阅图4)。

按键选择“MIN LOAD”,触发按键“GO”(参阅图2)。

第一步 APS接到“机组最低负荷”信号,向T-SCS发出以下指令:

1)启动低加抽汽顺序控制系统;

2)启动高加抽汽顺序控制系统;

3)启动汽轮机疏水顺序控制系统。

第二步 确认自T-SCS:① 低加抽汽顺序控制系统已经启动;② 高加抽汽顺序控制系统已经启动;③ 汽轮机疏水顺序控制系统已经启动。则向DEH发出指令,设定目标负荷在5%ECR。

第三步 确认:① 目标负荷已经设定在5%ECR;② 实发负荷不高于40MW;③ 只有一层煤粉燃烧器在运行或煤粉燃烧器已经全部切除。则向BMS发出指令,切除最后1套煤粉燃烧器。

4.设计刍议

继续减负荷,步序不多,内容不少。电气此前已有操作,厂高变切至启备变,这是发电机要解列的节奏。APS一声召唤,汽机的辅助系统,疏水、抽汽全员上岗整装待发。汽机辅助系统的顺控采用的是“条件逻辑”,不受时长限制,所以也就不会出现步序超时报警,适用于随机性相对较强的运行工况。最低负荷目标,5%ECR,APS赋值DEH,转至CCS执行。APS最在意锅炉燃烧,本阶段步序逻辑第3步,确认机组实发负荷已经不高于40MW,且只有一层煤粉燃烧器在运行,通过“条件逻辑”判定磨煤机编号,向BMS发出切除最后一套在运煤粉燃烧器的指令。CCS一如既往的低调,忠实地完成APS派发的任务,直到停机结束。

三、 发电机解列阶段(LINE OFF)

1.发电机解列阶段起步许可条件:汽机疏水已投入且最低负荷阶段已完成。

2.发电机解列阶段运行准备条件:锅炉排气&疏水系统顺控在自动方式。

3.发电机解列逻辑步序

发电机解列阶段分2个步序完成(参阅图5)。

按键选择“LINE OFF”,并触发按键“GO”(参阅图2)。

第一步 APS接到“发电机解列”指令,向B-SCS发出指令:启动锅炉排空气&疏水顺序控制系统。

第二步 确认自B-SCS锅炉排空气与疏水顺序控制系统已经启动。则向DEH系统发出“断开发变组出口开关”指令,再经DEH输出至电气系统解列发电机。

图片5.jpg

图5 发电机解列阶段逻辑步序

4.设计刍议

又见电气操作,发电机与电网解列,励磁开关自动断开。何为“统筹”?就是走一步要为下一步做准备,如此安排才会步步连贯、行程紧凑。发电机解列而先启动锅炉排空气&疏水顺控就是出于这样的考虑。热工控制系统都在干什么?DEH由“LL”转“GOV” 方式,汽机转速稳定在3000rpm;CCS由CC转为BF方式,汽机旁路(BPC)自动开启,维持主汽压在11.2MPa。

APS导引高屋建瓴,热工控制实力担当撑起了机炉运行。APS的成与败,关键还在热工控制基础逻辑的深度。

四、 汽轮机停机阶段(TURBINE SHUT-DOWN)

1.汽轮机停机阶段起步许可条件:汽机疏水系统已投入,且发电机开关未合闸。

2.汽轮机停机阶段运行准备条件:同时满足,① 汽轮机停机时机条件;② 汽机透平油系统顺控在自动;③ 汽机盘车系统顺控在自动;④ 锅炉一次风系统顺控在自动。

3.汽轮机停机逻辑步序

汽轮机停机阶段分3个步序完成(参阅图6)。

按键选择“TURBINE SHUT DOWN”,并触发按键“GO”(参阅图2)。

第一步 APS接到“汽轮机停机”指令,向B-SCS发出指令:启动汽轮机透平油顺序控制系统。

第二步 确认自T-SCS汽轮机透平油顺序控制系统已经启动。则向DEH系统发出指令:汽轮机打闸。

第三步 确认自T-SCS汽轮机已经跳闸。

则发出以下指令:

1)去T-SCS,投汽轮机盘车;

2)去B-SCS,停锅炉一次风。

图片6.jpg

图6 汽轮机停机阶段逻辑步序

4.设计刍议

依旧是有条不紊,停机必先启油泵。DEH控制汽轮机平滑减速,转速<900rpm,顶轴油泵自动启动,转速<100rpm,盘车供油电磁阀自动开启,汽机转速到零,APS投盘车,同时指令锅炉一次风停运。这段叙述中,设备控制有的是APS在发出指令,有的则是热工装置实时地自动操作。可见,分布机炉的热工装置,即便在APS工作方式下,仍然在基层忠于职守,协同APS实现机组启停的控制。APS也仅仅是贯通了主动脉,APS也不可能另起炉灶包罗万象,要形成有机的整体,末梢血管的微循环同样重要。

五、 锅炉燃烧器切除(BURNER SHUT-DOWN)

1.锅炉燃烧器切除阶段起步许可条件:汽轮机和给水泵A与B小汽机都已打闸。

2.锅炉燃烧器切除阶段运行准备条件:同时满足,① 燃烧器切除阶段时机条件;② 锅炉轻油系统顺控已在自动;③ 电泵给水大旁路调节已在自动;④ 锅炉送风调节已在自动;⑤ 燃烧器顺控主控器已投APS自动。

3.锅炉燃烧器切除逻辑步序

锅炉燃烧器切除阶段分5个步序完成(参阅图7)。

按键选择“BURNER SHUT DOWN”,并触发按键“GO”(参阅图2)。

第一步 APS接到“退出全部燃烧器”指令,向MCS发出指令:燃油自动流量调节给定“最低流量”。

第二步 确认自BMS只有1层油枪在运行。

向BMS发出指令:切除最后两对轻油枪;向MCS发出指令:燃油自动压力调节给定“最低压力”。

第三步 确认自BMS只有1对油枪在运行。则向BMS发出指令:切除最后一对轻油枪;向MCS发出指令:燃油自动压力调节给定“最低压力”。

第四步 确认自BMS,给煤机已经全部停运,且油枪角阀已经全部关闭。则向BMS系统发出指令:切除锅炉主燃料(MFT)。

第五步 确认自BMS:① 燃油速断阀已经关闭;② 油枪角阀已经全部关闭;③ 锅炉已经MFT。则向BMS发出指令:停止锅炉轻油系统。

图片7.jpg

图7 燃烧器切除阶段逻辑步序

4.设计刍议

本阶段任务倒是单一,就是退油枪,不过,这可不是单一的顺序控制。油枪顺序退出,油枪的流量、压力随之变化,由APS给出定值,轻油MCS调节回路从流量调节转为压力控制。整个过程并不长,变化却不少,就算只剩一层油枪(4支),两对变一对也力求控制和调节的稳、准、细,细致的目的是为了经济运行,集腋成裘,燃油是宝贵的,能省则省,细微之处见匠人精神。所有油枪停运且BMS控制吹扫完成后,APS发出指令MFT。纵观启停步序,APS主要还是运筹帷幄,调度各个热工系统参与控制,唯有投退锅炉油枪和煤粉燃烧器,APS多次亲力亲为,机组启停任何环节都不能忽视,但对锅炉燃烧的重视,APS表现突出。

六、 锅炉停炉&汽轮机切真空阶段(BOILER SHUT-DOWN & VAC. BREAK)

1.锅炉停炉&汽轮机切真空起步许可条件:锅炉主燃料跳闸(MFT)。

2.锅炉停炉&汽轮机切真空运行准备条件:同时满足,① 锅炉停炉时机条件;② 锅炉给水系统顺控在自动;③ 锅炉炉水泵系统顺控在自动;④ 锅炉风烟系统顺控在自动;⑤ 汽轮机真空系统顺控在自动。

3.锅炉停炉&汽轮机切真空逻辑步序

分4个步序完成(参阅图8)。

按键选择“BOILER SHUT-DOWN&VAC.BREAK”,并触发按键“GO”(参阅图2)。

第一步 APS接到“锅炉停炉”信号,向锅炉顺控发出以下指令:

1)停止锅炉风烟系统;

2)停止A、B给水泵小汽轮机蒸汽单元。

第二步 确认状态之一:① A送风单元已经停运;② B送风单元已经停运;③ A引风单元已经停运;④ B引风单元已经停运;⑤ A给水泵小汽机蒸汽单元已经停运;⑥ B给水泵小汽机蒸汽单元已经停运;

则发出指令:

1)去B-SCS,停止锅炉炉水循环泵;

2)去EP,停止锅炉电除尘器(EP T/R UNIT)。

第三步 确认:① 锅炉炉水泵已经停运;② 锅炉电除尘器已经停运。则向B-SCS发出指令,停止锅炉给水系统。

第四步 确认:① 汽轮机真空已破坏;② 锅炉给水系统已停运;③ 汽轮机转速<200rpm。则向T-SCS发出指令,停止汽轮机真空系统。

APS停机结束。

图片8.jpg

图8 真空破坏与停炉阶段逻辑步序

4.设计刍议

说是锅炉停炉,炉的部分也只剩下风烟系统还在运行,锅炉燃料在前一阶段已经MFT,所以真正停的是风烟系统。锅的部分,汽动给水泵在APS停机的第一阶段第10步就已经解列,随后打闸,这里退出的是汽泵小汽机蒸汽系统的顺控功能,相当于逻辑复位。APS向锅炉炉水循环泵、电动给水泵和汽机真空泵的顺控单元发出停泵指令,停泵操作由各自的顺控逻辑完成。锅炉静电除尘器由一套PLC控制,与机组DCS网络通信连接,APS“停静电除尘器”指令经DCS的网关传至锅炉静电除尘器的PLC。

结语

APS停机步序从机组“降负荷”开始,6个阶段,整体设计顺其自然、次序井然。两段降负荷,先启设备再停系统,承前启后。三波退出,电、机、炉专一操控,专业节奏。最后一程,停炉&汽机切真空,步步紧凑。同时,BMS、CCS全程陪跑,BPC途中助力。每日22:00点低谷解列停机停炉,停下来要的是热机热炉,为的是次日并入电网8:00时带负荷迎早峰,这就是DSS运行方式。APS因DSS而生,为电网调峰而用。APS无需神化,不过高居冰山一角,亦无需泛化,毕竟技术难度远超常规。为APS而升级换代的热工策略和智能化逻辑才是冰山主体。

《火电燃煤机组程序自动启停系统(APS)与智能控制》 作者:王立地

可供大型火力发电厂、电力研究院、电力设计院、DCS生产厂家、火电安装调试等单位从事热工自动化、节能优化运行、智能电厂规划等专业的技术人员在生产培训、工程设计、系统调试、软件组态时借鉴应用,也可作为大专院校相关专业的辅助教材。

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