论文部分内容阅读
【摘要】25MW汽轮发电机组505控制器与蒸汽热网在DCS联结，实现了发电机组根据蒸汽富余量来自动控制其负荷。
【关键词】透平发电机 蒸汽热网 负荷 自动控制
为了降低能耗，充分利用化工生产中的余热，减少化肥生产对电网的依赖性，本厂设计了自备电站，采用25MW中压凝汽式透平发电机组利用余热发电。该设备由杭汽和山东发电设备厂制造，采用了德国西门子公司PLC和美国伍德瓦德公司的505数字式微处理器等控制技术。
1 透平发电机组在蒸汽系统中的作用
高锅生产高温高压蒸汽送入S1管网，供给空压机透平（D01）和合成气压缩机透平（STI870），D01是抽汽凝汽式透平，ST1870是背压式透平。DOl抽出中压蒸汽和STl870背压排汽一起送入中压蒸汽管网S2，中压蒸汽的来源还有：变换工段E1502废热锅炉副产中压蒸汽、合成工段废热锅炉El801副产中压蒸汽和开工锅炉208A产生的中压蒸汽。
发电机蒸汽透平是S2中压蒸汽管网的最大用户。平常蒸汽管网必须先满足各压缩机蒸汽透平用户，保证化肥生产的需求，而发电机透平是利用余热蒸汽（包括副产蒸汽）来驱动发电机发电，剩余蒸汽的多少由锅炉负荷、合成氨装置负荷、尿素装置负荷等多种因素决定的。由于各装置负荷的变化等原因，而且发电机负荷的控制未与蒸汽管网联结，时常要在现场进行手动调节发电机负荷。发电机蒸汽透平所产生的泛汽变成冷凝液后要送回脱盐水装置回收利用，所以发电机负荷的高低还决定着冷凝液回收的多少，起到脱盐水系统的平衡作用。
2 发电机负荷自动控制的设计和改造
2.1 技术改造的提出
发电机并网发电以来，发电机负荷控制是根据S2中压蒸汽管网富余量多少，通过调度与中控热网岗位协调联系后在电气控制室或汽轮机现场进行手动调节，由于工艺系统负荷及蒸汽系统管网压力的波动而不能及时利用发电机来操作调整，手动调节明显滞后，影响工艺操作系统的稳定运行。为了防止中压蒸汽管网波动，中压蒸汽放空阀必须保持在15-20%的开度，这样中压蒸汽放空阀PV6605将有35t/h以上的蒸汽排放，发电机负荷控制只能手动状态控制在16MW左右。造成的不良后果是：大量蒸汽浪费；发电机利用率低；大量蒸汽冷凝液不能回收，给脱盐水装置增加了很大负担；放空蒸汽产生高分贝噪声造成了环境污染；放空阀PV-6605经常保持在15-20%的开度，使阀芯严重磨损，缩短了调节阀的使用寿命，导致事故频繁发生。所以我们提出：将发电机控制系统与蒸汽热网控制系统联结，实现发电机负荷自动控制。
2.2 实现远程自动控制改造的说明
本厂主要的控制系统采用了DCS集散控制系统，具有丰富的控制功能和方便的系统组态功能，为我们的扩展使用提供了极大的方便。发电机组505数字式调速器具有“本机”和“远程” 控制功能，且“远程/本机”切换操作无扰动等优点。根据发电机透平505数字调速器与DCS系统的灵活使用性，我们将其联网，将热网的DCS参数引入505，达到发电机负荷根据S2压力自动控制的目的。
改造505调速器的程序为：
（1）增加“远程”遥控功能：
（2）增加反馈跟踪信号.实现跟踪功能：
（3）增加远程控制开关触点输出，实现远程切换。热网DCS新增PC6655控制器，其压力测量值来自S2管网PT6605，调整方式为“手动/自动”操作方式，切换方式为无扰动505现场切换。这样，S2中压蒸汽管网压力值分别送到了发电机控制器PC6655和中压蒸汽放空阀控制器PC6605（PC6605设定值SV为4.02MPa，PC6655设定值Sv为4.00MPa）。正常由PC6655根据中压蒸汽管网S2压力高低自动控制发电机负荷，维护S2管网压力稳定在4.00MPa：如果生产系统发生故障导致S2用户突然减少，发电机已达到遥控最大负荷时，S2压力增加， 当压力大于4.02MPa时，S2放空阀PV6605将自动打开并维持S2管网压力稳定。
机组现场控制室505与中控DCS切换前，控制系统为跟踪状态；在505调速器上进行“本机/远程”无扰动切换后，PC-6655在DCS上进行自动控制发电负荷。如果发电机现场有问题需要控制负荷，现场控制室可以直接在505上解除远程遥控，终止 DCS上的自动控制。如果电气有问题需要直接控制发电机负荷，电气315A向机组控制室发出“切换”联络信号后，机组人员立即在505盘面按“SPEED”、“RMT”、“NO”键，将终止中控DCS遥控， 自动交付电气315A进行控制发电负荷。负荷控制权在“远程”或“就地”，在DCS上和机组控制室均有指示灯，操作人员能够一目了然。2.3 控制系统改造后的操作
发电机负荷控制系统改造后，在DCS上根据S2中压蒸汽管网压力进行自动调节发电机功率。发电机组的启动和并网操作与原操作相同。作如下几点补充：
（1）当机组升速至300Or后，在505盘面将蒸汽调节阀斜坡全开，功率参考值提高至25MW，使505控制器对负荷无限制。通讯联系电气315A发电机可以并网。
（2）确认发电机并网后，在现场505控制器提高发电机负荷大于200OkW后，在505上按“RMT”和“YES” ，将发电机负荷控制权交给中控热网DCS岗位。
（3）中控热网DCS控制机组负荷后，逐渐提高PC6655的MV值来提高发电机负荷，同时观察S2放空阀PV6605自动逐渐关小直至全关后.将PC-6655投“自动” ，此时发电机组将根据S2压力高低进行自动调节其负荷。
3 改造方案的实施和效果
各项方案确定后，趁全厂计划停车检修之机，对改造方案进行了实施，试车一次成功，完全符合改造设想。发电机负荷自动控制在23—25MW，中压蒸汽放空阀一般处于自动关闭状态。较小的中压管网压力波动由发电机组自动调节负荷来稳定，只有出现异常的较大波动时S2放空阀PV6605才自动参与调节。
4 结语
通过这次改造使工厂的蒸汽放空量大大减少，大量的热能得到回收，每小时多发电7000kW左右，除满足我厂用电外.每小时可以向外电网输送富余电量6000kW以上。另外，过去由于放空而引起的高分贝噪声没有了，放空阀PV6605的事故率大大降低了，脱盐水回收量增多了，明显提高了我厂经济效益。
参考文献
[1] 杨帆，萧德云，吴占松. 发电机组的SDG模型描述与故障分析[A]. PCC2009—第20届中国过程控制会议论文集[C]. 2009
【关键词】透平发电机 蒸汽热网 负荷 自动控制
为了降低能耗，充分利用化工生产中的余热，减少化肥生产对电网的依赖性，本厂设计了自备电站，采用25MW中压凝汽式透平发电机组利用余热发电。该设备由杭汽和山东发电设备厂制造，采用了德国西门子公司PLC和美国伍德瓦德公司的505数字式微处理器等控制技术。
1 透平发电机组在蒸汽系统中的作用
高锅生产高温高压蒸汽送入S1管网，供给空压机透平（D01）和合成气压缩机透平（STI870），D01是抽汽凝汽式透平，ST1870是背压式透平。DOl抽出中压蒸汽和STl870背压排汽一起送入中压蒸汽管网S2，中压蒸汽的来源还有：变换工段E1502废热锅炉副产中压蒸汽、合成工段废热锅炉El801副产中压蒸汽和开工锅炉208A产生的中压蒸汽。
发电机蒸汽透平是S2中压蒸汽管网的最大用户。平常蒸汽管网必须先满足各压缩机蒸汽透平用户，保证化肥生产的需求，而发电机透平是利用余热蒸汽（包括副产蒸汽）来驱动发电机发电，剩余蒸汽的多少由锅炉负荷、合成氨装置负荷、尿素装置负荷等多种因素决定的。由于各装置负荷的变化等原因，而且发电机负荷的控制未与蒸汽管网联结，时常要在现场进行手动调节发电机负荷。发电机蒸汽透平所产生的泛汽变成冷凝液后要送回脱盐水装置回收利用，所以发电机负荷的高低还决定着冷凝液回收的多少，起到脱盐水系统的平衡作用。
2 发电机负荷自动控制的设计和改造
2.1 技术改造的提出
发电机并网发电以来，发电机负荷控制是根据S2中压蒸汽管网富余量多少，通过调度与中控热网岗位协调联系后在电气控制室或汽轮机现场进行手动调节，由于工艺系统负荷及蒸汽系统管网压力的波动而不能及时利用发电机来操作调整，手动调节明显滞后，影响工艺操作系统的稳定运行。为了防止中压蒸汽管网波动，中压蒸汽放空阀必须保持在15-20%的开度，这样中压蒸汽放空阀PV6605将有35t/h以上的蒸汽排放，发电机负荷控制只能手动状态控制在16MW左右。造成的不良后果是：大量蒸汽浪费；发电机利用率低；大量蒸汽冷凝液不能回收，给脱盐水装置增加了很大负担；放空蒸汽产生高分贝噪声造成了环境污染；放空阀PV-6605经常保持在15-20%的开度，使阀芯严重磨损，缩短了调节阀的使用寿命，导致事故频繁发生。所以我们提出：将发电机控制系统与蒸汽热网控制系统联结，实现发电机负荷自动控制。
2.2 实现远程自动控制改造的说明
本厂主要的控制系统采用了DCS集散控制系统，具有丰富的控制功能和方便的系统组态功能，为我们的扩展使用提供了极大的方便。发电机组505数字式调速器具有“本机”和“远程” 控制功能，且“远程/本机”切换操作无扰动等优点。根据发电机透平505数字调速器与DCS系统的灵活使用性，我们将其联网，将热网的DCS参数引入505，达到发电机负荷根据S2压力自动控制的目的。
改造505调速器的程序为：
（1）增加“远程”遥控功能：
（2）增加反馈跟踪信号.实现跟踪功能：
（3）增加远程控制开关触点输出，实现远程切换。热网DCS新增PC6655控制器，其压力测量值来自S2管网PT6605，调整方式为“手动/自动”操作方式，切换方式为无扰动505现场切换。这样，S2中压蒸汽管网压力值分别送到了发电机控制器PC6655和中压蒸汽放空阀控制器PC6605（PC6605设定值SV为4.02MPa，PC6655设定值Sv为4.00MPa）。正常由PC6655根据中压蒸汽管网S2压力高低自动控制发电机负荷，维护S2管网压力稳定在4.00MPa：如果生产系统发生故障导致S2用户突然减少，发电机已达到遥控最大负荷时，S2压力增加， 当压力大于4.02MPa时，S2放空阀PV6605将自动打开并维持S2管网压力稳定。
机组现场控制室505与中控DCS切换前，控制系统为跟踪状态；在505调速器上进行“本机/远程”无扰动切换后，PC-6655在DCS上进行自动控制发电负荷。如果发电机现场有问题需要控制负荷，现场控制室可以直接在505上解除远程遥控，终止 DCS上的自动控制。如果电气有问题需要直接控制发电机负荷，电气315A向机组控制室发出“切换”联络信号后，机组人员立即在505盘面按“SPEED”、“RMT”、“NO”键，将终止中控DCS遥控， 自动交付电气315A进行控制发电负荷。负荷控制权在“远程”或“就地”，在DCS上和机组控制室均有指示灯，操作人员能够一目了然。2.3 控制系统改造后的操作
发电机负荷控制系统改造后，在DCS上根据S2中压蒸汽管网压力进行自动调节发电机功率。发电机组的启动和并网操作与原操作相同。作如下几点补充：
（1）当机组升速至300Or后，在505盘面将蒸汽调节阀斜坡全开，功率参考值提高至25MW，使505控制器对负荷无限制。通讯联系电气315A发电机可以并网。
（2）确认发电机并网后，在现场505控制器提高发电机负荷大于200OkW后，在505上按“RMT”和“YES” ，将发电机负荷控制权交给中控热网DCS岗位。
（3）中控热网DCS控制机组负荷后，逐渐提高PC6655的MV值来提高发电机负荷，同时观察S2放空阀PV6605自动逐渐关小直至全关后.将PC-6655投“自动” ，此时发电机组将根据S2压力高低进行自动调节其负荷。
3 改造方案的实施和效果
各项方案确定后，趁全厂计划停车检修之机，对改造方案进行了实施，试车一次成功，完全符合改造设想。发电机负荷自动控制在23—25MW，中压蒸汽放空阀一般处于自动关闭状态。较小的中压管网压力波动由发电机组自动调节负荷来稳定，只有出现异常的较大波动时S2放空阀PV6605才自动参与调节。
4 结语
通过这次改造使工厂的蒸汽放空量大大减少，大量的热能得到回收，每小时多发电7000kW左右，除满足我厂用电外.每小时可以向外电网输送富余电量6000kW以上。另外，过去由于放空而引起的高分贝噪声没有了，放空阀PV6605的事故率大大降低了，脱盐水回收量增多了，明显提高了我厂经济效益。
参考文献
[1] 杨帆，萧德云，吴占松. 发电机组的SDG模型描述与故障分析[A]. PCC2009—第20届中国过程控制会议论文集[C]. 2009