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-北极星火力发电网

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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）。

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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。

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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。

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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

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。