國華呼貝電廠熱網(wǎng)改造熱控問題分析

袁偉光

(神華國華廣投(柳州)發(fā)電有限責(zé)任公司，廣西柳州545600)

[摘要]主要對(duì)國華呼貝電廠供熱改造熱控系統(tǒng)構(gòu)成做了概括介紹，對(duì)其中的設(shè)計(jì)、設(shè)備、施工調(diào)試工作中的問題做了簡要分析、并對(duì)熱網(wǎng)改造后期遺留的問題進(jìn)行了分析，給出優(yōu)化方案和改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞 熱網(wǎng)改造 熱控系統(tǒng) 構(gòu)成

中圖分類號(hào)TM621.4

0引言

內(nèi)蒙古國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司一期建設(shè)規(guī)模為2X600 MW,為超臨界空冷機(jī)組。供熱改造工程通過了在#1、#2汽輪機(jī)中低壓連通管上打孔、安裝可調(diào)整蝶閥，建設(shè)廠內(nèi)供熱首站(安裝4臺(tái)熱網(wǎng)加熱器、4臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵)及相關(guān)配套設(shè)施的方案。改造后，國華寶電#1、#2機(jī)組單機(jī)額定采暖抽汽量600 t/h(最大800 t/h)，采暖抽汽壓力1.0 MPa，溫度356.6℃，供熱量848萬GJ/年。根據(jù)供熱規(guī)劃中供熱分區(qū)熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采暖

面積為三個(gè)區(qū)近期采暖面積總和1938萬m2，根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的各類建筑物采暖建筑面積，按熱指標(biāo)計(jì)算出區(qū)內(nèi)采暖熱負(fù)荷，規(guī)劃采暖總熱負(fù)荷為1117 MW。本改造工程設(shè)計(jì)單位為中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院，樁基標(biāo)段為陜西有色建設(shè)右限公司，主體工程標(biāo)段中國能源建設(shè)集團(tuán)北京電力建設(shè)有限公司，施工監(jiān)理單位為黑龍江潤華電力項(xiàng)目管理有限公司，調(diào)試單位為內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院有限公司

1熱控系統(tǒng)構(gòu)成

1.1熱工自動(dòng)化部分的設(shè)計(jì)范圍

汽機(jī)本體抽汽部分(改造)系統(tǒng)：汽機(jī)中低壓缸聯(lián)通管抽汽系統(tǒng)等;熱網(wǎng)首站汽水系統(tǒng)：包括熱網(wǎng)首站加熱蒸汽系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、補(bǔ)水定壓系統(tǒng)等;熱網(wǎng)補(bǔ)水處理系統(tǒng)：包括熱網(wǎng)補(bǔ)水泵、生水泵、雙介質(zhì)過濾器、保安過濾器、超濾反滲透裝置、加藥設(shè)備等;原水處理系統(tǒng)：廠外補(bǔ)給水一臺(tái)升壓水泵、一座蓄水池，廠內(nèi)新建除鐵除錳間1座，除鐵除錳設(shè)備2套;儀表與控制設(shè)備的電源和氣源設(shè)計(jì);儀表與控制自動(dòng)化水平和控制方式、電子設(shè)備間布置。

1.2自動(dòng)化水平

本工程熱網(wǎng)首站監(jiān)控采用以分散控制系統(tǒng)DCS為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，按就地?zé)o人值守考慮。通過將熱網(wǎng)首站控制納入電廠原2X660 MW機(jī)組DCS控制系統(tǒng)的公用網(wǎng)絡(luò)，最終實(shí)現(xiàn)在集中控制室以LCD/鍵盤為中心的集中監(jiān)視和控制;在值班人員少量干預(yù)下自動(dòng)完成熱網(wǎng)首站的啟動(dòng)、停止、正常運(yùn)行的監(jiān)視控制和異常工況處理。與汽機(jī)聯(lián)系緊密的每臺(tái)汽機(jī)的抽汽部分(包括抽汽快關(guān)閥、抽汽逆止閥等)納入原汽機(jī)DEH控制系統(tǒng)。DEH相DCS用系統(tǒng)之間的重要聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用硬接線連接。

熱網(wǎng)補(bǔ)水處理系統(tǒng)：采用以可編程邏輯控制器PLC為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。功能納久原鍋爐補(bǔ)給水處理程控系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)水網(wǎng)及集控室輔網(wǎng)操作員站的集中監(jiān)控。

廠內(nèi)原水除鐵除錳處理系統(tǒng)：采用以可編程邏輯控制器PLC為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。功能納入已有的原水及綜合泵房理程控系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)水網(wǎng)及集控室輔網(wǎng)操作員站的集中監(jiān)控。廠外原水泵房控制見電氣專業(yè)說明。

1.3控制方式

本工程熱網(wǎng)首站控制功能通過設(shè)置DCS遠(yuǎn)程I/O站方式，納入主廠房DCS公用網(wǎng)絡(luò)中，通過集中控制室內(nèi)單元機(jī)組DCS操作員站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，兩臺(tái)機(jī)組操作員站控制信號(hào)相互閉鎖。同時(shí)，DCS系統(tǒng)在就地電子間設(shè)有就地操作站，便子系統(tǒng)調(diào)試、啟動(dòng)初期以及生產(chǎn)巡檢時(shí)操

作使用。熱網(wǎng)補(bǔ)水處理系統(tǒng)通過增加I/O卡件和單獨(dú)的機(jī)柜，納入原鍋爐補(bǔ)給水處理程控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)PLC程序自動(dòng)控制。廠內(nèi)原水處理系統(tǒng)通過增加在現(xiàn)有原水程控PLC機(jī)柜內(nèi)空槽位增加I/O卡件，不需單獨(dú)的機(jī)柜，納入原水及綜合泵房程控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)PLC程序自動(dòng)控制。

1.4熱網(wǎng)首站電子設(shè)備間布置

本工程在熱網(wǎng)首站14.7 m層設(shè)就地電子設(shè)備間，面積約30 m2，放置DCS遠(yuǎn)程I/O機(jī)柜以及就地維護(hù)終端等。熱網(wǎng)首站電動(dòng)門配電箱布置在就地設(shè)備附近。熱網(wǎng)首站電子設(shè)備間布置7.8 m。

1.5儀表與控制系統(tǒng)及裝置功能

DCS功能包括數(shù)據(jù)采集(DAS)功能、模擬量控制 ( MCS)功能、順序控制(SCS)功能。本工程DCS的IO配置暫按700點(diǎn)考慮，在熱網(wǎng)首站增加DCS遠(yuǎn)程I/O站，配置2對(duì)DPU控制器。熱網(wǎng)改造涉及在主廠房DCS控制的設(shè)備，接線至原電廠DCS機(jī)柜的，利用原有DCS機(jī)柜備用點(diǎn)或增加卡件的方式來實(shí)現(xiàn)。本工程汽輪機(jī)抽汽部分改造新增控制設(shè)備及儀表等均由汽輪機(jī)廠成套供貨.，在原電廠DEH等機(jī)柜增加卡件，納入原電廠DEH等系統(tǒng)。

1.6主要熱控設(shè)備選型原則

本工程供熱改造儀表控制設(shè)備整體選擇盡可能與電廠原2X660 MW機(jī)組一致，以便全廠統(tǒng)一維護(hù)、管理和減少備品備件。DCS系統(tǒng)選型與原電廠主機(jī)DCS -致，在原DCS系統(tǒng)上擴(kuò)容，采用比利時(shí)公司的HOLLiAS - MACS型DCS系統(tǒng)。PLC硬件選型與原程控系統(tǒng)保持一致，采用MODICON產(chǎn)品。變送器、二進(jìn)制開關(guān)、分析儀表、抽汽系統(tǒng)的儀表閥門、重要的電(氣)動(dòng)執(zhí)行器等重要的儀表及控制設(shè)備選用采用進(jìn)口產(chǎn)品。變送器、分析儀表采用智能型產(chǎn)品。電動(dòng)執(zhí)行器采用機(jī)電一體化型產(chǎn)品。

1.7電源和氣源

熱控電動(dòng)門配電箱接受兩路380 V交流電源，兩路來自廠用段。熱網(wǎng)首站DCS遠(yuǎn)程I/O站及就地操作站電源直接由主廠房DCS泵統(tǒng)公用電源柜內(nèi)備用回路供電。

氣源來自電廠儀用壓縮空氣系統(tǒng)，在主廠房內(nèi)或補(bǔ)給水處理車間內(nèi)的氣源母管就近引接。

2設(shè)計(jì)問題

(1)供水流量計(jì)原設(shè)計(jì)為孔板式差壓流量計(jì)。流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的，通常是由能將被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來的差壓流量計(jì)所組成。但隨之而來有一個(gè)問題，國華呼貝電廠地處高寒地區(qū)，冬季溫度達(dá)零下40℃以下，使用差壓流量計(jì)必然導(dǎo)致管路凍結(jié)，需全部管路加伴熱電纜及敷設(shè)保溫。后經(jīng)調(diào)研比較發(fā)現(xiàn)供水流量大多采用超聲波流量計(jì)。超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息，因此通過接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)3部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)，供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算，這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測(cè)和顯示。兩種流量計(jì)應(yīng)

用情況比較如下：

A.量程比。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，孔板流量計(jì)是通過節(jié)流件來完成丈量的，所似其量程比通常只有1:3，最高可達(dá)1: 10，而超聲波流量計(jì)沒有任何阻流件，其量程比可達(dá)1: 200。這兩個(gè)數(shù)據(jù)表明：假如實(shí)現(xiàn)一種丈量方案，假定其流量范圍是從1～40m3/h，使用超聲波流量計(jì)只需要一路工藝計(jì)量回路就可以實(shí)現(xiàn)，假如采用孔板流量計(jì)，需要多路才能實(shí)現(xiàn)。

B.壓損。因?yàn)榭装辶髁坑?jì)的結(jié)構(gòu)有阻流件，超聲波流量計(jì)沒有阻流件，那么顯而易見：孔板流量計(jì)的壓損很大，超聲波流量計(jì)壓損實(shí)際可以忽略不計(jì)。

C.精度。孔板流量計(jì)的計(jì)量精度理論上可以達(dá)到1%，但是通過大量的實(shí)踐證實(shí)，孔板流量計(jì)抗干擾能力較差，現(xiàn)場(chǎng)精度最高能達(dá)到2%，一般情況下在3%左右。超聲波流量計(jì)的精度則可以達(dá)到0.5%甚至更高。

D.精度變化。孔板流量計(jì)因?yàn)殚L期使用，孔板進(jìn)口邊沿磨損，孔板彎曲變形，都會(huì)使精度喪失。超聲波流量計(jì)因?yàn)闊o磨損、無示值漂移現(xiàn)象，可以長期保持較高的精度。

E臟污的影響。因?yàn)榭装辶髁坑?jì)由節(jié)流件，長期使用時(shí)，臟污物將堆積在孔板的上游，造成差壓信號(hào)不準(zhǔn)，直接影響計(jì)量精度。臟污和孔板鈍化可造成計(jì)量偏差2%～10%以上。超聲波流量計(jì)為中空管段，探頭在儀表上部，臟污不易影響探頭工作，不會(huì)影響計(jì)量精度，而且流量計(jì)可以檢測(cè)臟污情況并修正和報(bào)警提示、及時(shí)進(jìn)行清洗。超聲波流量計(jì)目前所存在的缺點(diǎn)主要是可測(cè)流體的溫度范圍受超聲波換能器及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測(cè)流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測(cè)量200℃以下的流體。我廠供水溫度最高設(shè)計(jì)60℃，超聲波流量計(jì)完成可以滿足使用要求，綜上所述我廠協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)人員要求將原設(shè)計(jì)的供水孔板差壓式流量計(jì)改為多通道超聲波流量計(jì)，既可以保證準(zhǔn)確測(cè)量，又能夠保證冬季安全可靠運(yùn)行。

(2)供熱量測(cè)點(diǎn)位于DCS中，無單獨(dú)設(shè)計(jì)測(cè)點(diǎn);目前設(shè)計(jì)供熱測(cè)點(diǎn)均位予DCS顯示，未考慮到供熱公司的需要，在供熱聯(lián)絡(luò)會(huì)議中供熱公司提出兩個(gè)要求一是供熱測(cè)點(diǎn)供熱公司必須可以在線實(shí)時(shí)監(jiān)視;二是供熱測(cè)點(diǎn)必須有獨(dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，雙方中任何一方不得擅自更改。目前設(shè)計(jì)不能滿足此要求，經(jīng)供熱設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)議討論決定：一是供熱相關(guān)測(cè)點(diǎn)傳給供熱公司通過我廠DCS傳輸至我廠PI系統(tǒng)，通過PI系統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)傳輸至供熱公司。二是增加一套PLC系統(tǒng)專門用于顯示、計(jì)算供熱相關(guān)測(cè)點(diǎn)，DCS中供熱測(cè)點(diǎn)顯示通過PLC通訊至DCS即可，供熱量結(jié)算以PLC中顯示數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。據(jù)此設(shè)計(jì)變更，滿足了供熱雙方需求。

3設(shè)備問題

(1)化學(xué)水就地電磁閥箱就地，遠(yuǎn)方無法實(shí)現(xiàn)無擾切換，由遠(yuǎn)方切換至就地位時(shí)，電磁閥控制所有閥門都會(huì)動(dòng)作到閥門就地指令指向位置，容易引起系統(tǒng)誤動(dòng)作。此為開關(guān)旋鈕未按照技術(shù)協(xié)議要求正確配置中間位，只有開關(guān)位。經(jīng)過與廠家協(xié)調(diào)將所有開關(guān)指令按鈕改為三位配置，即開位、關(guān)位、中間位，這樣就可以保證遠(yuǎn)方就地實(shí)現(xiàn)無擾切換，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)計(jì)量測(cè)點(diǎn)供熱系統(tǒng)壓力、溫度、流量安裝前均未到相關(guān)電力科學(xué)院檢測(cè)。因供熱測(cè)點(diǎn)涉及到供熱雙方經(jīng)濟(jì)效益，為避免因測(cè)點(diǎn)準(zhǔn)確性供熱雙方日后產(chǎn)生分歧，主動(dòng)聯(lián)系供熱公司雙方共同派人去電科院分別對(duì)供熱壓力、溫度、流量進(jìn)行檢測(cè)，并共同對(duì)檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行了確認(rèn)。

4施工調(diào)試問題

(1)上汽要求中壓缸排汽壓力不得低于0.95 MPa，因不同負(fù)荷對(duì)應(yīng)的中壓缸排氣壓力不是一個(gè)定值，所以中壓缸壓力定值應(yīng)為負(fù)荷的折線函數(shù)值。

(2)上汽要求機(jī)組必須在該主汽流量1390 t/h以上才能投入調(diào)整抽汽。此數(shù)值較大，無法滿足生產(chǎn)要求，需要與上汽進(jìn)行重新核對(duì)。

(3)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行應(yīng)以中排溫度388℃保護(hù)作為限制措施，最小流量1390 t/h僅作為運(yùn)行參考值。

(4)加裝低壓缸入口(2個(gè))0～1.2 MPa壓力變送器，滿足控制要求。當(dāng)?shù)蛪焊兹肟诘陀?.25 MPa，禁關(guān)連通管液壓蝶閥。

5供熱改造后的遺留問題

剛投產(chǎn)時(shí)供熱抽汽達(dá)到200 t/h，從參數(shù)上看，機(jī)組的軸向位移和低壓缸脹差沒有增加變化不大。鑒于國華準(zhǔn)格爾電廠#3、#4機(jī)組供熱改造以后出現(xiàn)了軸向位移偏大(超過報(bào)警值)，低壓缸脹差偏大的現(xiàn)象，供熱改造后，抽汽管道及其支架的力平衡應(yīng)重新計(jì)算，保證機(jī)組在投入供熱蒸汽運(yùn)行后汽輪機(jī)處于良好的膨脹狀態(tài)。到供熱抽汽就可能達(dá)到額定的600 t/h時(shí)，需關(guān)注機(jī)組振動(dòng)、位移、脹差的變化。

(1)供熱改造后，做好機(jī)爐協(xié)調(diào)優(yōu)化工作。機(jī)組供熱改造后，由于熱網(wǎng)抽汽帶走了用于發(fā)電的一部分熱量，這就打破了原有的機(jī)、爐之間的能量平衡，因此需要鍋爐增加一部分熱負(fù)荷來補(bǔ)償這部分抽汽帶走的熱量。將熱網(wǎng)負(fù)荷折算成電負(fù)荷，加入到協(xié)調(diào)回路中。在現(xiàn)有鍋爐主汽壓力設(shè)定回路中，主汽壓定值為機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷的函數(shù)。機(jī)組供熱期間，鍋爐負(fù)荷的計(jì)算因?yàn)闆]有加入熱網(wǎng)負(fù)荷而比實(shí)際偏低，主汽壓力設(shè)定因此也偏低。因此，需要對(duì)機(jī)爐協(xié)調(diào)回路進(jìn)行修正。方案為：采用機(jī)組負(fù)荷指令十供汽流量折算的電負(fù)荷相加，作為鍋爐主蒸汽壓力折線的輸入端。

(2)供熱改造后，計(jì)算上報(bào)電網(wǎng)公司的最低負(fù)荷，保證機(jī)組運(yùn)行。

A.空冷島4列運(yùn)行，保證最小部不凍流量為550 t/h;

B.或者按照運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)純凝工況下，空冷島不凍負(fù)荷為C 2013年抽汽按照200 tlh計(jì)算。

計(jì)算方法：在純凝工況下，保證機(jī)組運(yùn)行的空冷島不凍負(fù)荷，加上熱網(wǎng)帶走的抽汽熱量轉(zhuǎn)換成的電負(fù)荷，然后進(jìn)行校正。

計(jì)算1：按照空冷島不凍負(fù)荷為360 MW;主蒸汽參數(shù)：流量Q= 980 580 kg/h，溫度T-566℃，壓力P-18.502 MPa，焓值H=3456.6 kj/kg。低壓缸入口參數(shù)：流量Q= 790 067 kg/h，溫度T= 356℃，壓力P-0.5498 MPa，焓值H=3178.2 kj/kg。

假定高加、除氧器等在此負(fù)荷附近參數(shù)變化不大，或者可忽略，此時(shí)抽汽為200 t/h，抽汽參數(shù)：Q=200 000kg/h，溫度T= 356℃，壓力P=0.5498 MPa，焓值H-3178.2 kjlkg。低壓缸排汽參數(shù)：Q=697 717 kg/h，壓力P11 kPa，焓值H=2393.4 kj/kg。因此，供熱抽汽所帶走的熱量為：抽汽參數(shù)相對(duì)于低壓缸排汽參數(shù)所帶走的熱量，即：q-Q*(H抽- H排)-200 000×(3178.2—2393.4)-156 960 000噸。也就是說，供熱抽汽每小時(shí)帶走的熱量為156 960 000kJ。這個(gè)熱量只能由增加主蒸汽流量的方法實(shí)現(xiàn)，那么需要增加的主蒸汽流量為：Q=156 960 000 kj/3456.6 kj/kg=45 408.8 kg/h,即45.4 t/h。通過查熱平衡圖可知，此蒸汽流量財(cái)應(yīng)的增加的電負(fù)荷為21.2 MW，因此可以得出：按照空冷島不凍負(fù)荷為360 MW抽汽200 t/h時(shí)對(duì)應(yīng)的機(jī)組負(fù)荷為381.2 MW。 ’

計(jì)算2：按照最小部不凍流量為550t/h純凝工況下，查滑壓的熱平衡圖，低壓缸排汽為550 t/h時(shí)機(jī)組所帶的電負(fù)荷約為331MW。按照算法1的經(jīng)驗(yàn)，抽汽為200 t/h時(shí)，需要升負(fù)荷21.2 MW，所以按照最小部不凍流量為550 t/h時(shí)需要電負(fù)荷為353 MW。

6結(jié)語

綜上所述，本文對(duì)國華呼貝電廠熱網(wǎng)改造熱控系統(tǒng)配置做了簡要介紹，對(duì)投產(chǎn)相關(guān)問題做了分析并給了解決方案，對(duì)投產(chǎn)后可能產(chǎn)生的問題及需完善項(xiàng)目提出建議，希望有助于同行參考。

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