鹽城垃圾焚燒發(fā)電廠DCS和DEH一體化解決方案

1、鹽城垃圾焚燒發(fā)電廠DCS和DEH一體化解決方案鹽城垃圾焚燒發(fā)電有限公司的垃圾焚燒發(fā)電廠工程目前是按2x400t/d循環(huán)流化床垃圾焚燒爐 (主蒸汽蒸發(fā)量為75t/h)及2x15MW抽凝式汽輪發(fā)電機組考慮的;最終容量是按4x75t/h的CFB鍋爐十2x15MW抽凝式汽輪發(fā)電機組十1x6MW背壓式汽輪發(fā)電機組來設計的. 該項目的一個重要特點就是采用了""DCS(北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司符合國際發(fā)展潮流的第四代DCS系統(tǒng)HOLLiAS/MACS),來控制整個垃圾焚燒發(fā)電廠的各個主要部分,其中包括:2臺四川鍋爐廠生產的次高壓(5.3MPa)次高溫(483)循環(huán)流化床垃圾焚燒爐及

2、其輔機系統(tǒng),2臺武漢汽輪機廠生產的次高壓次高溫抽凝式汽輪發(fā)電機組的DEH,熱網,電氣,化水,輸煤,除灰,除塵,除渣,爐內加藥等部分. 需要特別強調指出的是:DCSDEH""DCSDEH 下面重點介紹鹽城垃圾焚燒發(fā)電廠的DCS和DEH及其主要特點. 鹽城垃圾焚燒發(fā)電有限公司為什么要采用同一套控制系統(tǒng)來實現(xiàn)DCS和DEH的功能 主要是根據母管制的垃圾焚燒機組的運行特點進行分析后考慮的. 1 1母管制的垃圾焚燒爐存在的突出問題是:每一臺垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力都不穩(wěn)定.這是因為進入各臺垃圾焚燒爐的垃圾熱值不穩(wěn)定所造成的.眾所周知,國外的垃圾是分類的,因此熱值比較穩(wěn)定.而國內垃圾基本

3、上不分類,所以盡管進入垃圾焚燒爐的垃圾給料量是可以控制的,但是每一時刻進入垃圾焚燒爐的垃圾熱值是完全不確定的;特別是在天氣潮濕的情況下,垃圾熱值波動很大,從而導致每一臺垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力都不穩(wěn)定;進而影響到整個主蒸汽母管的壓力也總是不能穩(wěn)定.這就會嚴重影響汽輪機的正常運行. 2DCS 盡管母管制的垃圾焚燒爐由于垃圾的熱值不確定而導致主蒸汽壓力不穩(wěn)定,但是每臺垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度,采用DCS后可以穩(wěn)定控制.這是因為現(xiàn)代化的垃圾焚燒爐絕大多數(shù)采用了噴水減溫的方案.而實踐證明,DCS系統(tǒng)采用串級控制技術后,只要控制減溫水的調節(jié)閥質量比較好,泄漏量小,DCS是可以成功地把垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度控

4、制在規(guī)定的范圍之內. 2 1 這是因為DCS和DEH采用一體化解決方案后,汽輪機可以采用滑壓運行方案.而由于DCS和DEH是一體化的,因此,通過DEH可以方便地對汽輪機的調速汽門的開度加以各種形式的控制;并且可以對汽輪機的機前壓力變化范圍和變化速率加以限制,從而確保汽輪機的安全運行. (2 由于汽輪機的汽缸壁厚薄是很不均勻的,因此對于主蒸汽溫度變化是十分敏感的.當主蒸汽溫度變化劇烈時,由于熱脹冷縮的原因,會導致汽輪機各部分的熱應力嚴重地不均勻;甚至會導致汽缸壁出現(xiàn)裂縫或者導致大軸彎曲.而采用一體化的DCS和DEH后,垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度通過DCS系統(tǒng),可以控制得十分穩(wěn)定;同時,汽輪機本身各點

5、的溫度,在滑壓運行方式下,也可以通過DCS系統(tǒng)得到嚴密的監(jiān)控并維持穩(wěn)定,從而為汽輪機的安全運行提供了可靠保證. 3 "" 母管制機組是指所有并列運行的鍋爐產生的蒸汽都送到同一根蒸汽母管上;而所有并列運行的汽輪機都從同一根蒸汽母管上獲得蒸汽.而單元制機組是指一臺鍋爐的蒸汽只供給對應的一臺汽機;它們相互之間的關系是固定的;下面首先討論單元制機組的"協(xié)調控制"有關概念. 1"" 在大中型火力發(fā)電廠,單元制機組有兩個重要參數(shù)必須充分重視:它們是汽輪發(fā)電機組發(fā)出的有功功率N(電負荷)和汽輪機的機前壓力Pt.所謂單元制機組的協(xié)調控制系統(tǒng)(CCS)

6、就是指:單元制的鍋爐和汽機,在DCS系統(tǒng)的控制下,共同接受外界負荷指令;共同來響應外界負荷(通常是指電負荷)的變化.共同來維持機前壓力Pt的穩(wěn)定. 具體來說,當單元制機組處于協(xié)調控制運行方式時,汽輪機在DEH系統(tǒng)控制下,處于功率控制狀態(tài);而鍋爐燃燒系統(tǒng)在DCS系統(tǒng)控制下,接受一個代表能量的前饋信號(通常是來自汽輪機的Pts*P1/Pt)加速對負荷響應的速度;從而導致在鍋爐和汽機的共同努力下,既確保了機組發(fā)出的功率N滿足了外界負荷的要求;同時又確保了機前壓力Pt的穩(wěn)定.這就是單元制機組協(xié)調控制系統(tǒng)(CCS)最基本的概念. 在此基礎上,單元制機組又可以派生出"爐跟機" (鍋爐跟

7、隨)和"機跟爐" (汽機跟隨)等運行方式.它們都和由誰來控制單元制機組的兩個重要參數(shù):機組發(fā)出的有功功率N(電負荷)和汽輪機的機前壓力Pt有密切關系.下面作進一步的分析. 2"" 當單元制機組的鍋爐和汽輪機各司其職:汽輪機在DEH系統(tǒng)控制下,負責接受外界負荷指令,通過控制調速汽門的開度變化確保機組發(fā)出的功率N滿足外界負荷的需要;而單元制機組的鍋爐,此時處于"跟隨"狀態(tài),在DCS系統(tǒng)控制下,通過控制燃料量和風量來負責維持汽輪機的機前壓力Pt的穩(wěn)定.這種運行方式通常就稱為"爐跟機" (鍋爐跟隨).簡而言之,此時汽機調功

8、,鍋爐調壓. 3"" 當單元制機組的的鍋爐在DCS系統(tǒng)控制下,負責接受外界負荷指令,通過控制燃料量和風量來確保機組發(fā)出的功率N滿足外界負荷的需要;而單元制機組的汽輪機,此時處于"跟隨"狀態(tài),在DEH系統(tǒng)控制下,通過控制調速汽門的開度變化來維持汽輪機的機前壓力Pt的穩(wěn)定.這種運行方式通常就稱為"機跟爐" (汽機跟隨).簡而言之,此時鍋爐調功,汽機調壓. 4"" 嚴格地講,只有在單元制機組里,才有"機跟爐"的概念.而在母管制機組里,我們是借用了單元制機組的"機跟爐"的物理概念.

9、眾所周知,在垃圾焚燒發(fā)電廠,希望根據鍋爐的容量,盡可能多地焚燒垃圾(燃料);而汽輪機,此時往往處于滑壓運行狀態(tài);汽輪機的DEH系統(tǒng)主要是把主蒸汽壓力,控制在一定范圍之內;并且嚴格限制汽壓的變化速率.而汽輪發(fā)電機組的發(fā)電量(功率),完全取決于在DCS系統(tǒng)控制下的垃圾(燃料)焚燒后所釋放的能量.即焚燒多少垃圾就發(fā)多少電.所以,在垃圾焚燒發(fā)電廠,本質上也是鍋爐調功,汽機調壓.和單元制機組的"機跟爐"的物理概念十分相似. 特別值得指出的是:母管制的垃圾焚燒機組"機跟爐"運行方式,要考慮的問題要比單元制機組"機跟爐"運行方式復雜得多.因為單元制

10、機組,只要考慮一臺鍋爐和一臺汽機的關系;而母管制的垃圾焚燒機組,必須同時考慮所有的垃圾焚燒爐和所有的汽輪機之間的協(xié)調控制問題.而鍋爐是由DCS系統(tǒng)來控制的;汽輪機的調速汽門是由DEH系統(tǒng)來控制的.所以只有DCS和DEH實現(xiàn)一體化后才能順利解決多爐多機相互之間的協(xié)調控制和通信暢通的問題. "" 鹽城垃圾焚燒發(fā)電廠的母管制的垃圾焚燒機組目前是按2x75t/h 循環(huán)流化床(CFB)垃圾焚燒爐十2x15MW抽凝式汽輪發(fā)電機組籌建的;主蒸汽壓力5.3MP,主蒸汽溫度485.而將來的最終容量是按4x75t/h的CFB鍋爐十2x15MW抽凝式汽輪發(fā)電機組十1x6MW背壓式汽輪發(fā)電機組來考

11、慮的.因此需要考慮目前和將來兩種"機跟爐"運行方式: 1222x75t/h CFB2x15MW""由于一臺75t/h CFB爐產生的蒸汽量正好滿足一臺15MW汽輪機的進汽量,相互匹配;因此比較理想的控制方案是:采用主蒸汽單母管分段運行方式.即正常情況下,主蒸汽母管分為兩段,兩段之間的隔離門是關死的.此時#1爐給#1機供汽;#2爐給#2機供汽;和單元制機組一樣.因此可以采用單元制機組情況下的"機跟爐"控制方案.此時DCS和DEH的分工如下: DCS系統(tǒng)全面負責: 1:目標是盡可能多地焚燒垃圾; 2:風量和燃料量應當匹配,爐膛壓力應當穩(wěn)定

12、; 3:汽包水位應當在正常范圍內;由于汽輪機采用滑壓運行方式,因此必須確保主蒸汽溫度穩(wěn)定;并且滿足給定值的要求; 4;并且要確保所有的輔機系統(tǒng)的正常運行; 5(ETS系統(tǒng))功能和汽輪機各部分溫度,壓力,真空,潤滑油壓的監(jiān)測; 6;以及對熱網系統(tǒng)溫度,壓力,流量的控制等. DEH系統(tǒng)全面負責: 1:包括轉速目標值給定,轉速變化率給定,升速曲線的生成及選擇,轉速不等率和不調頻死區(qū)設定,頻率同期的自動或手動控制等.正常時確保汽機轉速3000r/分; 2在"機跟爐"運行方式下十分有用.包括調速汽門開度值給定,開度變化率給定,閥門開度測量及在各種運行方式下調速汽門的控制等.當汽輪機采

13、用滑壓運行方式時,DEH可以讓調速汽門全開或者讓調速汽門固定開在某個開度上. 3包括機前主汽壓力給定,主汽壓力測量及大選邏輯,壓力PI調節(jié)器.該回路構成對機前主汽壓力的控制,維持汽輪機機前壓力穩(wěn)定;可以和功率控制切換. 4在協(xié)調控制和"爐跟機"運行方式下采用.包括目標功率值給定,功率變化率給定,一次調頻對功率給定的修正,升負荷曲線的生成等.實現(xiàn)了功率閉環(huán)控制. 5OPC接受發(fā)電機出口斷路器的跳閘信號,負荷功率不平衡和轉速103%n0三種信號,經邏輯運算后發(fā)出快關調速汽門的控制信號. 6包括最大負荷限制和限制值給定;滑壓運行方式主蒸汽壓力變化速率的限制;汽壓和真空的測量,保護

14、值的設定,低汽壓及低真空減負荷等回路. 7 包括順序閥函數(shù),單閥函數(shù)生成,系數(shù)設置,總閥位修正等,實現(xiàn)順序閥/單閥切換. 8 LVDT伺服放大器與電液伺服閥,油動機,位移反饋(LVDT)構成一個電液隨動系統(tǒng).伺服放大器除將輸入閥位信號放大后去控制電液伺服閥之外,還對LVDT進行調制,解調,變?yōu)橛蛣訖C的位移反饋信號,完成對油動機位置的閉環(huán)控制. DEH系統(tǒng)控制下的汽輪機滑壓運行方式的主要特點:當汽輪機采用滑壓運行方式時,DEH系統(tǒng)通常讓汽輪機的調速汽門全開或者讓調速汽門開度固定不變(例如保持90%的開度).此時汽輪機的運行有以下特點: (1)汽輪機的機前壓力和流量可以大范圍變化,上下"

15、滑動".機組帶負荷(功率)的能力完全取決于進入垃圾焚燒爐燃料量(垃圾量和給煤量)的多少;因此常稱為"機跟爐"運行方式. (2)由于DEH和DCS是一體化的,因此在滑壓運行方式下的許多汽輪機保護可以方便地實現(xiàn).如機前主汽壓力的變化范圍和變化速率可以設置;從而可以確保汽輪機在滑壓運行方式下的穩(wěn)定性;防超速保護(OPC)可以方便地實現(xiàn);從而可以控制汽輪機的超速現(xiàn)象;此外,定壓運行方式和滑壓運行方式可以方便地切換.這些都是多回路控制器(505E)難以做到的. (3)盡管汽輪機的機前壓力和主蒸汽流量在大范圍變化,但是在DCS和DEH系統(tǒng)的嚴密監(jiān)控下.汽輪機的進汽溫度始終維持

16、額定值(485)不變. (4)由于采用滑壓運行方式時,汽輪機的調速汽門全開或者接近全開,因此汽輪機的節(jié)流損失大為下降,熱效率大為提高;并且可以始終維持汽輪機各部件的金屬溫度差異不大. 2434x75t/h CFB2x15MW1x6MW""如果4臺鍋爐同時運行,那么產生的蒸汽量就過多.因此大多數(shù)情況是3臺鍋爐和3臺汽輪機以母管制方式并列運行(此時原來分成2段的母管之間的隔離門應當全開).此時DCS和DEH系統(tǒng)的控制策略是: (1)DEH系統(tǒng)(或者DCS系統(tǒng))令6MW背壓式汽輪機調速汽門全開,帶滿負荷(100%)運 行.此時6MW背壓機的運行效率最高. (2)剩下的2臺15MW

17、汽機中,其中一臺15MW汽機可以采用滑壓運行方式.但是調速汽門原則上不能全開(全開有可能不保證6MW背壓式汽輪機滿負荷運行).由DEH系統(tǒng)根據現(xiàn)場調試的經驗,設置在某一開度下.如果外界熱負荷很大,那么調速汽門開度可以設置在90-95%范圍內;如果外界熱負荷不大,那么開度應當設置在70-80%范圍內. (3)另外一臺15MW汽機在DEH控制下,可以考慮采用"調壓"運行方式.即此時主蒸汽母管壓力,在這臺15MW汽機的DEH控制下,負責維持主蒸汽母管壓力在一定范圍內.這樣可以增加主蒸汽母管壓力的穩(wěn)定性,確保各臺汽輪機的安全穩(wěn)定運行. 綜上所述,在將來4爐3機的情況下,在DCS系統(tǒng)

18、的控制下,參與運行的3-4臺鍋爐可以盡可能多地焚燒垃圾;全廠機組總的帶負荷的能力取決與所有參與運行的鍋爐總的燃料量(垃圾量和給煤量);而多臺鍋爐燃燒后產生的總能量,通過DEH系統(tǒng),在多臺汽輪機之間進行合理的負荷分配;總的原則是:優(yōu)先考慮背壓機帶滿負荷;其中有一臺汽機要維持主蒸汽母管壓力在允許的一定范圍內波動;其他的汽輪機可以采用滑壓運行方式(調速汽門不能全開). 因此,從本質上來講,多爐多機的垃圾焚燒機組,還是"機跟爐"的運行方式-由多臺鍋爐共同來負責帶負荷(調功);而由一臺汽輪機負責調壓(其余的汽輪機采用滑壓運行方式). 多爐多機的垃圾焚燒機組,如果希望采用熱效率比較高的"機跟爐"的運行方式,DCS和D