盐城垃圾焚烧发电厂DCS和DEH一体化解决方案

1、盐城垃圾焚烧发电厂DCS和DEH一体化解决方案盐城垃圾焚烧发电有限公司的垃圾焚烧发电厂工程目前是按2x400t/d循环流化床垃圾焚烧炉 (主蒸汽蒸发量为75t/h)及2x15MW抽凝式汽轮发电机组考虑的;最终容量是按4x75t/h的CFB锅炉十2x15MW抽凝式汽轮发电机组十1x6MW背压式汽轮发电机组来设计的. 该项目的一个重要特点就是采用了DCS(北京和利时系统工程股份有限公司符合国际发展潮流的第四代DCS系统HOLLiAS/MACS),来控制整个垃圾焚烧发电厂的各个主要部分,其中包括:2台四川锅炉厂生产的次高压(5.3MPa)次高温(483)循环流化床垃圾焚烧炉及其辅机系统,2台武汉汽轮

2、机厂生产的次高压次高温抽凝式汽轮发电机组的DEH,热网,电气,化水,输煤,除灰,除尘,除渣,炉内加药等部分. 需要特别强调指出的是:DCSDEHDCSDEH 下面重点介绍盐城垃圾焚烧发电厂的DCS和DEH及其主要特点. 盐城垃圾焚烧发电有限公司为什么要采用同一套控制系统来实现DCS和DEH的功能 主要是根据母管制的垃圾焚烧机组的运行特点进行分析后考虑的. 1 1母管制的垃圾焚烧炉存在的突出问题是:每一台垃圾焚烧炉的主蒸汽压力都不稳定.这是因为进入各台垃圾焚烧炉的垃圾热值不稳定所造成的.众所周知,国外的垃圾是分类的,因此热值比较稳定.而国内垃圾基本上不分类,所以尽管进入垃圾焚烧炉的垃圾给料量是可

3、以控制的,但是每一时刻进入垃圾焚烧炉的垃圾热值是完全不确定的;特别是在天气潮湿的情况下,垃圾热值波动很大,从而导致每一台垃圾焚烧炉的主蒸汽压力都不稳定;进而影响到整个主蒸汽母管的压力也总是不能稳定.这就会严重影响汽轮机的正常运行. 2DCS 尽管母管制的垃圾焚烧炉由于垃圾的热值不确定而导致主蒸汽压力不稳定,但是每台垃圾焚烧炉的主蒸汽温度,采用DCS后可以稳定控制.这是因为现代化的垃圾焚烧炉绝大多数采用了喷水减温的方案.而实践证明,DCS系统采用串级控制技术后,只要控制减温水的调节阀质量比较好,泄漏量小,DCS是可以成功地把垃圾焚烧炉的主蒸汽温度控制在规定的范围之内. 2 1 这是因为DCS和D

4、EH采用一体化解决方案后,汽轮机可以采用滑压运行方案.而由于DCS和DEH是一体化的,因此,通过DEH可以方便地对汽轮机的调速汽门的开度加以各种形式的控制;并且可以对汽轮机的机前压力变化范围和变化速率加以限制,从而确保汽轮机的安全运行. (2 由于汽轮机的汽缸壁厚薄是很不均匀的,因此对于主蒸汽温度变化是十分敏感的.当主蒸汽温度变化剧烈时,由于热胀冷缩的原因,会导致汽轮机各部分的热应力严重地不均匀;甚至会导致汽缸壁出现裂缝或者导致大轴弯曲.而采用一体化的DCS和DEH后,垃圾焚烧炉的主蒸汽温度通过DCS系统,可以控制得十分稳定;同时,汽轮机本身各点的温度,在滑压运行方式下,也可以通过DCS系统得

5、到严密的监控并维持稳定,从而为汽轮机的安全运行提供了可靠保证. 3 母管制机组是指所有并列运行的锅炉产生的蒸汽都送到同一根蒸汽母管上;而所有并列运行的汽轮机都从同一根蒸汽母管上获得蒸汽.而单元制机组是指一台锅炉的蒸汽只供给对应的一台汽机;它们相互之间的关系是固定的;下面首先讨论单元制机组的协调控制有关概念. 1 在大中型火力发电厂,单元制机组有两个重要参数必须充分重视:它们是汽轮发电机组发出的有功功率N(电负荷)和汽轮机的机前压力Pt.所谓单元制机组的协调控制系统(CCS)就是指:单元制的锅炉和汽机,在DCS系统的控制下,共同接受外界负荷指令;共同来响应外界负荷(通常是指电负荷)的变化.共同来

6、维持机前压力Pt的稳定. 具体来说,当单元制机组处于协调控制运行方式时,汽轮机在DEH系统控制下,处于功率控制状态;而锅炉燃烧系统在DCS系统控制下,接受一个代表能量的前馈信号(通常是来自汽轮机的Pts*P1/Pt)加速对负荷响应的速度;从而导致在锅炉和汽机的共同努力下,既确保了机组发出的功率N满足了外界负荷的要求;同时又确保了机前压力Pt的稳定.这就是单元制机组协调控制系统(CCS)最基本的概念. 在此基础上,单元制机组又可以派生出炉跟机 (锅炉跟随)和机跟炉 (汽机跟随)等运行方式.它们都和由谁来控制单元制机组的两个重要参数:机组发出的有功功率N(电负荷)和汽轮机的机前压力Pt有密切关系.

7、下面作进一步的分析. 2 当单元制机组的锅炉和汽轮机各司其职:汽轮机在DEH系统控制下,负责接受外界负荷指令,通过控制调速汽门的开度变化确保机组发出的功率N满足外界负荷的需要;而单元制机组的锅炉,此时处于跟随状态,在DCS系统控制下,通过控制燃料量和风量来负责维持汽轮机的机前压力Pt的稳定.这种运行方式通常就称为炉跟机 (锅炉跟随).简而言之,此时汽机调功,锅炉调压. 3 当单元制机组的的锅炉在DCS系统控制下,负责接受外界负荷指令,通过控制燃料量和风量来确保机组发出的功率N满足外界负荷的需要;而单元制机组的汽轮机,此时处于跟随状态,在DEH系统控制下,通过控制调速汽门的开度变化来维持汽轮机的

8、机前压力Pt的稳定.这种运行方式通常就称为机跟炉 (汽机跟随).简而言之,此时锅炉调功,汽机调压. 4 严格地讲,只有在单元制机组里,才有机跟炉的概念.而在母管制机组里,我们是借用了单元制机组的机跟炉的物理概念. 众所周知,在垃圾焚烧发电厂,希望根据锅炉的容量,尽可能多地焚烧垃圾(燃料);而汽轮机,此时往往处于滑压运行状态;汽轮机的DEH系统主要是把主蒸汽压力,控制在一定范围之内;并且严格限制汽压的变化速率.而汽轮发电机组的发电量(功率),完全取决于在DCS系统控制下的垃圾(燃料)焚烧后所释放的能量.即焚烧多少垃圾就发多少电.所以,在垃圾焚烧发电厂,本质上也是锅炉调功,汽机调压.和单元制机组的

9、机跟炉的物理概念十分相似. 特别值得指出的是:母管制的垃圾焚烧机组机跟炉运行方式,要考虑的问题要比单元制机组机跟炉运行方式复杂得多.因为单元制机组,只要考虑一台锅炉和一台汽机的关系;而母管制的垃圾焚烧机组,必须同时考虑所有的垃圾焚烧炉和所有的汽轮机之间的协调控制问题.而锅炉是由DCS系统来控制的;汽轮机的调速汽门是由DEH系统来控制的.所以只有DCS和DEH实现一体化后才能顺利解决多炉多机相互之间的协调控制和通信畅通的问题. 盐城垃圾焚烧发电厂的母管制的垃圾焚烧机组目前是按2x75t/h 循环流化床(CFB)垃圾焚烧炉十2x15MW抽凝式汽轮发电机组筹建的;主蒸汽压力5.3MP,主蒸汽温度48

10、5.而将来的最终容量是按4x75t/h的CFB锅炉十2x15MW抽凝式汽轮发电机组十1x6MW背压式汽轮发电机组来考虑的.因此需要考虑目前和将来两种机跟炉运行方式: 1222x75t/h CFB2x15MW由于一台75t/h CFB炉产生的蒸汽量正好满足一台15MW汽轮机的进汽量,相互匹配;因此比较理想的控制方案是:采用主蒸汽单母管分段运行方式.即正常情况下,主蒸汽母管分为两段,两段之间的隔离门是关死的.此时#1炉给#1机供汽;#2炉给#2机供汽;和单元制机组一样.因此可以采用单元制机组情况下的机跟炉控制方案.此时DCS和DEH的分工如下: DCS系统全面负责: 1:目标是尽可能多地焚烧垃圾;

11、 2:风量和燃料量应当匹配,炉膛压力应当稳定; 3:汽包水位应当在正常范围内;由于汽轮机采用滑压运行方式,因此必须确保主蒸汽温度稳定;并且满足给定值的要求; 4;并且要确保所有的辅机系统的正常运行; 5(ETS系统)功能和汽轮机各部分温度,压力,真空,润滑油压的监测; 6;以及对热网系统温度,压力,流量的控制等. DEH系统全面负责: 1:包括转速目标值给定,转速变化率给定,升速曲线的生成及选择,转速不等率和不调频死区设定,频率同期的自动或手动控制等.正常时确保汽机转速3000r/分; 2在机跟炉运行方式下十分有用.包括调速汽门开度值给定,开度变化率给定,阀门开度测量及在各种运行方式下调速汽门

12、的控制等.当汽轮机采用滑压运行方式时,DEH可以让调速汽门全开或者让调速汽门固定开在某个开度上. 3包括机前主汽压力给定,主汽压力测量及大选逻辑,压力PI调节器.该回路构成对机前主汽压力的控制,维持汽轮机机前压力稳定;可以和功率控制切换. 4在协调控制和炉跟机运行方式下采用.包括目标功率值给定,功率变化率给定,一次调频对功率给定的修正,升负荷曲线的生成等.实现了功率闭环控制. 5OPC接受发电机出口断路器的跳闸信号,负荷功率不平衡和转速103%n0三种信号,经逻辑运算后发出快关调速汽门的控制信号. 6包括最大负荷限制和限制值给定;滑压运行方式主蒸汽压力变化速率的限制;汽压和真空的测量,保护值的

13、设定,低汽压及低真空减负荷等回路. 7 包括顺序阀函数,单阀函数生成,系数设置,总阀位修正等,实现顺序阀/单阀切换. 8 LVDT伺服放大器与电液伺服阀,油动机,位移反馈(LVDT)构成一个电液随动系统.伺服放大器除将输入阀位信号放大后去控制电液伺服阀之外,还对LVDT进行调制,解调,变为油动机的位移反馈信号,完成对油动机位置的闭环控制. DEH系统控制下的汽轮机滑压运行方式的主要特点:当汽轮机采用滑压运行方式时,DEH系统通常让汽轮机的调速汽门全开或者让调速汽门开度固定不变(例如保持90%的开度).此时汽轮机的运行有以下特点: (1)汽轮机的机前压力和流量可以大范围变化,上下滑动.机组带负荷

14、(功率)的能力完全取决于进入垃圾焚烧炉燃料量(垃圾量和给煤量)的多少;因此常称为机跟炉运行方式. (2)由于DEH和DCS是一体化的,因此在滑压运行方式下的许多汽轮机保护可以方便地实现.如机前主汽压力的变化范围和变化速率可以设置;从而可以确保汽轮机在滑压运行方式下的稳定性;防超速保护(OPC)可以方便地实现;从而可以控制汽轮机的超速现象;此外,定压运行方式和滑压运行方式可以方便地切换.这些都是多回路控制器(505E)难以做到的. (3)尽管汽轮机的机前压力和主蒸汽流量在大范围变化,但是在DCS和DEH系统的严密监控下.汽轮机的进汽温度始终维持额定值(485)不变. (4)由于采用滑压运行方式时

15、,汽轮机的调速汽门全开或者接近全开,因此汽轮机的节流损失大为下降,热效率大为提高;并且可以始终维持汽轮机各部件的金属温度差异不大. 2434x75t/h CFB2x15MW1x6MW如果4台锅炉同时运行,那么产生的蒸汽量就过多.因此大多数情况是3台锅炉和3台汽轮机以母管制方式并列运行(此时原来分成2段的母管之间的隔离门应当全开).此时DCS和DEH系统的控制策略是: (1)DEH系统(或者DCS系统)令6MW背压式汽轮机调速汽门全开,带满负荷(100%)运 行.此时6MW背压机的运行效率最高. (2)剩下的2台15MW汽机中,其中一台15MW汽机可以采用滑压运行方式.但是调速汽门原则上不能全开

16、(全开有可能不保证6MW背压式汽轮机满负荷运行).由DEH系统根据现场调试的经验,设置在某一开度下.如果外界热负荷很大,那么调速汽门开度可以设置在90-95%范围内;如果外界热负荷不大,那么开度应当设置在70-80%范围内. (3)另外一台15MW汽机在DEH控制下,可以考虑采用调压运行方式.即此时主蒸汽母管压力,在这台15MW汽机的DEH控制下,负责维持主蒸汽母管压力在一定范围内.这样可以增加主蒸汽母管压力的稳定性,确保各台汽轮机的安全稳定运行. 综上所述,在将来4炉3机的情况下,在DCS系统的控制下,参与运行的3-4台锅炉可以尽可能多地焚烧垃圾;全厂机组总的带负荷的能力取决与所有参与运行的锅炉总的燃料量(垃圾量和给煤量);而多台锅炉燃烧后产生的总能量,通过DEH系统,在多台汽轮机之间进行合理的负荷分配;总的原则是:优先考虑背压机带满负荷;其中有一台汽机要维持主蒸汽母管压力在允许的一定范围内波动;其他的汽轮机可以采用滑压运行方式(调速汽门不能全开). 因此,从本质上来讲,多炉多机的垃圾焚烧机组,还是机跟炉的运行方式-由多台锅炉共同来负责带负荷(调功);而由一台汽轮机负责调压(其余的汽轮机采用滑压运行方式). 多炉