余热锅炉典型顺序控制逻辑的研究

作者简介：

朱静波（1983-），男，汉族，湖北人，硕士研究生，工程师，研究方向：热工自动化。

米大利（1982-），男，汉族，山东人，，硕士，工程师，研究方向：热工自动化。

摘 要：本文简要介绍了燃气-蒸汽联合循环电站的控制系统，并以孟加拉西莱特90MW联合循环电站工程为基础，对燃气-蒸汽联合循环电站余热锅炉的主要顺序控制系统进行了详细说明，提出了余热锅炉的典型顺序控制逻辑。

关键词：联合循环； 余热锅炉； 分散控制系统（DCS）； 順序控制

中图分类号： 文献标志码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（a）-0000-01

燃气-蒸汽联合循环发电装置以其高效、低污染、建设周期短等优点，受到了世界各国的青睐[1]。燃气-蒸汽联合循环电站主要由燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机三大部分组成，另外还包括汽轮发电机组的一些辅机和辅助设备、电厂的一些公用系统、各系统的协调控制等所需要的控制设备。通常燃气轮机和蒸汽轮机自身的控制系统都随主设备成套提供。而对于余热锅炉和汽轮机热力系统的控制，可通过分散控制系统（DCS）完成，以实现对整个余热锅炉、汽轮机及发电机组的过程控制，完成对各个独立控制系统的协调控制功能。本文结合几个已投产的燃气-蒸汽联合循环电站工程，并以孟加拉西莱特90MW联合循环电站工程为基础，对燃气-蒸汽联合循环电站余热锅炉的主要顺序控制进行详细说明，提出其DCS的典型顺序控制逻辑。

1 概述

孟加拉西莱特工程，是由常见的二台6B燃机，二台双压、立式、强制循环余热锅炉，一套冷凝式、无再热、无抽汽汽轮发电机组及它们的辅助系统所构成的“二拖一”模式（即两台燃气轮机各带一台余热锅炉，并通过蒸汽母管向一台蒸汽轮机供汽[2]）的联合循环电站，其发电容量约90MW，燃机设计燃料为天然气。

燃气轮机为美国GE公司6581B型燃气轮机，其配套的控制系统为Mark-VI。余热锅炉（HRSG）为韩国斗山（DOOSAN）重工生产的强制循环双压余热锅炉。蒸汽轮机为中国南京汽轮发电机集团生产的单压单进汽凝汽式汽轮机，汽机数字电液控制（DEH）随主机设备成套供货。

该工程通过分散控制系统（DCS）实现对联合循环机组及其辅助公用系统（如空压站、循环水泵等）的监视和控制。

2 DCS系统功能

机组分散控制系统（DCS）网络覆盖的范围如下：（1）余热锅炉及其辅助系统控制；（2）汽机及其辅助系统控制；（3）发/变组及机组厂用电源控制。

机组DCS主要功能包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、电气监控系统（ECS）。为了防止操作人员的误操作事故，减少值班员的劳动强度，必须提高DCS的控制水平，而顺序控制系统（SCS）作为DCS的一部分，完成余热锅炉、汽轮机及其辅机系统、辅助公用系统、发电机/变压器组及厂用电源系统的启停顺序控制，因此提高顺序控制系统（SCS）的水平是提高整个机组控制水平的关键环节。

机组顺序控制系统（SCS）系统功能应划分为4级：（1）驱动级；（2）子组级；（3）功能组级；（4）厂级（或称机组级）。

子组级是实现单个设备以及与该设备相关联的逻辑控制，如实现一台给水泵及其出、入口电动门等逻辑功能。功能组级是由几个相关的功能子组级组成，它是将几个功能子组级连接起来，完成一个完整的工艺系统的程序控制逻辑，如实现两台给水泵和他们相关设备的控制连锁逻辑等。机组级顺序控制是实现整个机组的整组启动和停机的控制，机组级顺序控制系统也就是机组的自动启动和停止控制系统即APS系统。功能子组级、功能组级和机组级顺序控制三者的关系是：功能子组级控制是实现功能组控制的基础，依照工艺过程，不同功能组的顺控逻辑相连接，构成了机组级顺序控制。

本文将对余热锅炉的DCS子组级的顺序控制逻辑进行说明。

3 HRSG本体范围内汽水系统逻辑

3.1 过热蒸汽管道疏水排气

锅炉冷态启动期间，打开设置在管道的疏水、排气电动门，排出管道的凝结水和积聚的气体。对于锅炉温态、热态启动期间，排汽管道的排气电动门将处于关闭状态[3]。

高压疏水电动门：HRSG启动前，吹扫期间打开（至少3min）；当高压汽包压力≥0.5 bar（g）时，开疏水电动门5min后关闭；当5min后关闭后，疏水电动门投入自动控制方式。监视疏水罐温度，当对应高压汽包压力饱和温度的过热度≤30K时，开疏水电动门；当对应高压汽包压力饱和温度的过热度≥50K时，关疏水电动门。且在高压汽包压力≤15 bar（g）时，这个电动门疏水时可全开；高压汽包压力≥15 bar（g）时，这个电动门疏水时开20%。

高压排气电动门： 当高压汽包压力≥0.5 bar（g）时，开排气电动门5min后关闭；当高压汽包压力=3bar（g）时，关闭排气电动门。

低压排气电动门：当低压汽包压力≥0.5 bar（g）时，开排气电动门；当低压汽包压力≥1.5bar（g）时，关闭排气电动门。

3.2 锅炉汽包连续排污电动门

锅炉连续排污主要控制T.D.S及汽包水的硅含量。操作员根据蒸汽的品质，手动操作排污电动门的开关。

高压连续排污电动门：当高压汽包压力≥20 bar（g）时，开排污电动门。

低压连续排污电动门：当低压汽包压力≥2 bar（g）时，开排污电动门。当高压/低压汽包水位低于正常水位500 mm 时，保护动作，关闭排污电动门。

3.3 锅炉汽包定期排污电动门

在锅炉启动期间，锅炉汽包定期排污电动门用于控制汽包水位。当汽包水位高于正常水位时，定期排污电动门将打开，排至定期排污扩容器。

3.3.1 高压定期排污电动门

根据高压汽包压力的大小，确定高压定期排污电动门的开度：

高压汽包压力< 15 bar（g）时，全开；高压汽包压力> 15 bar（g）时，开20%。

高压定期排污电动门允许开的条件：启动低负荷期间（负荷≤30% M.C.R），高压汽包水位≥正常水位；正常运行期间（负荷≥30% M.C.R），高压汽包水位≥正常水位+100mm。当汽包水位低于上述水位時，高压定期排污电动门将关闭。

3.3.2 低压定期排污电动门

低压定期排污电动门允许开的条件：启动低负荷期间（负荷≤30% M.C.R），低压汽包水位≥正常水位；正常运行期间（负荷≥30% M.C.R），低压汽包水位≥正常水位+100mm。当低压汽包水位低于上述水位时，低压定期排污电动门将关闭。当高压/低压汽包水位低于正常水位500mm时，保护动作，关闭排污电动门。

3.4 高/低压循环泵

每台HRSG配置两台高压循环泵、两台低压循环泵。一台运行，另一台备用。锅炉启动前，锅炉上水已达到汽包启动水位，循环泵启动运行。

3.4.1高压循环泵

1）高压循环泵启动允许条件：高压汽包启动水位在包启动水位；高压循环泵轴承温度<高I值（如果有）； 高压循环泵电动机线圈温度<高I值（如果有）。

2） 备用高压循环泵启动条件：运行泵故障跳闸；循环流量低I值（三取二），即流量≤240 m³/hr。

3）高压循环泵停止：高压汽包启动水位≤正常水位-635 mm；高压循环泵轴承温度≥高II值（如果有）；高压循环泵电动机线圈温度≥高II值（如果有）；

循环流量低II值（三取二）。

3.4.2低压循环泵

1）低压循环泵启动允许条件：低压汽包启动水位在包启动水位；低压循环泵轴承温度<高I值（如果有）；低压循环泵电动机线圈温度<高I值（如果有）。

2） 备用低压循环泵启动条件：运行泵故障跳闸；循环流量低I值（三取二），即流量≤89 m³/hr。

3）低压循环泵停止

·低压汽包启动水位≤正常水位-560 mm；低压循环泵轴承温度≥高II值（如果有）；低压循环泵电动机线圈温度≥高II值（如果有）；循环流量低II值（三取二），即流量≤74 m3/hr。

3.5 三通烟气分流档板

三通烟气分流档板是液压驱动。当HRSG启动投入运行时，三通烟气分流档板按要求的程序打开。控制功能在DCS系统实现，系统包括：三通烟气分流档板；液压油系统；密封风系统。

液压油系统设置两台高压油泵，一台运行一台备用。分流档板的正常驱动油压大于25MPa，小于28MPa。正常运行期间，当供油母管压力≤25MPa时，油泵将启动；当供油母管压力油压≥28Mpa时，运行泵将停止。

当GT、HRSG投入运行前，烟气分流档板密封风系统必须投运，给烟气分流档板供密封、冷却风，防止烟气外漏。密封风系统设置两台密封风机，互为备用。风机出口设置炉侧电动隔离档板和旁路电动隔离挡板。当三通烟气分流挡板开启、密封风机投入运行时，旁路电动隔离档板连锁开；当三通挡板关闭、密封风机投入运行时，其炉侧电动隔离档板连锁开。

5 HRSG保护

余热锅炉（HRSG）设置下列保护：高压汽包水位高/低II值保护（当高压汽包水位高II值，即正常水位+230 mm；当高压汽包水位低II值，即正常水位-635 mm）；低压汽包水位高/低II值保护（当低压汽包水位高II值，即正常水位+230 mm；当低压汽包水位低II值，即正常水位-560 mm）；过热蒸汽温度高保护（当过热蒸汽温度高II值，即温度≥480℃）；高压循环水流量低保护（当高压循环流量低II值，即流量≤200 m³/hr）；低压循环水流量低保护（当低压循环流量低II值，即流量≤74 m³/hr）；给水泵全跳闸；燃机跳闸；旁路故障。当发生上述条件之一时，跳闸HRSG，关闭烟气档板。

6 结语

燃气-蒸汽联合循环机组在我国的发展历时不长，相对于单循环燃机而言其控制系统更为复杂，安全性和可靠性要求也更高。本文通过对已投产的联合循环机组余热锅炉主要顺序控制逻辑的总结，希望为今后同类型工程提供设计参考 [4]。对于具体的工程，应根据制造厂和工艺专业的资料进行控制逻辑设计。

参考文献

[1] 杨伟良，徐栋梅，吕震宇.宋占启.燃气-蒸汽联合循环余热锅炉概述[J].锅炉制造，2001，5（2）：12～15.

[2] 王荣.燃气-蒸汽联合循环电站中的余热锅炉调节系统分析[J].燃气轮机技术，1998，3（1）：30～34.

[3] DOOSAN强制循环双压余热锅炉使用说明书.

[4] 刘世秀.PG9171E型燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉的控制和运行[J].科技资讯，2008，12：81～82.

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