洪成磊

上海申能電力科技有限公司，上海，200131

0 引言

“十三五”以來(lái),我國(guó)低碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，取得了前所未有的成績(jī)[1]，隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的推行，各熱力行業(yè)逐步加強(qiáng)了對(duì)熱能的梯級(jí)利用[2]。采用大型的供熱發(fā)電機(jī)組，已成為實(shí)現(xiàn)集中供熱的主要解決方案[3]。近年來(lái)，我國(guó)區(qū)域性工業(yè)熱負(fù)荷的需求不斷增加[4]。某工業(yè)園區(qū)內(nèi)2*350MW超臨界機(jī)組參與對(duì)外工業(yè)供熱，單機(jī)供熱汽源有冷再蒸汽和A3抽汽兩路，其中：當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升高后，冷再、A3抽汽壓力升高，在相同的供熱參數(shù)下，冷再汽源供熱經(jīng)濟(jì)性降低，A3抽汽壓力達(dá)到供熱需求時(shí)，及時(shí)切換至A3抽汽供汽，可提高機(jī)組供熱經(jīng)濟(jì)性；機(jī)組負(fù)荷降低后，A3抽汽壓力降低，無(wú)法滿足供熱需求，及時(shí)切換至冷再汽源，確保供熱穩(wěn)定性。然而，目前上述兩路供熱汽源無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，如此，一方面增加了運(yùn)行人員的操作量；另一方面隨著負(fù)荷波動(dòng)，供熱汽源每天進(jìn)行頻繁切換，增加了運(yùn)行人員誤操作風(fēng)險(xiǎn)[5]。因此，隨著機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)冷再蒸汽和A3抽汽對(duì)外供熱時(shí)的在線自動(dòng)程控?zé)o擾切換，既可保證工業(yè)負(fù)荷連續(xù)供熱，同時(shí)提升機(jī)組供熱的安全性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性[6]。

1 工業(yè)供熱基本原則

單臺(tái)機(jī)組對(duì)外供熱汽源有A3抽汽、冷再蒸汽，供熱系統(tǒng)如下圖所示：

圖1中：（1）對(duì)于冷再蒸汽供熱管路：Pzr0為冷再蒸汽抽頭后蒸汽壓力，Pzr1為減溫減壓器入口蒸汽壓力，Pzr2為減溫減壓器出口蒸汽壓力。（2）對(duì)于A3抽汽供熱管路：P30為主機(jī)A3抽汽口后蒸汽壓力，P31為減溫減壓器入口蒸汽壓力，P32為減溫減壓器出口蒸汽壓力。（3）對(duì)于供熱蒸汽聯(lián)箱前匯總管路：PAim為供熱蒸汽聯(lián)箱入口蒸汽壓力。

其中：（1）A3抽汽壓力是否能夠滿足對(duì)外提供供熱蒸汽的判據(jù)可為：

1）A3抽汽退出供熱：當(dāng)P30小于或等于（PAim+0.01MPa），并延時(shí)10s，關(guān)閉A3抽汽液動(dòng)快關(guān)閥，同時(shí)連鎖關(guān)閉A3抽汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（即退出自動(dòng)）、A3抽汽氣動(dòng)逆止閥；

2）A 3 抽汽可以供熱：當(dāng)P 3 0 大于（PAim+0.1MPa），并延時(shí)30s，連鎖開(kāi)啟A3抽汽液動(dòng)快關(guān)閥、氣動(dòng)逆止閥，A3抽汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥重新投入自動(dòng)控制。

（2）冷再蒸汽壓力是否能夠滿足對(duì)外提供供熱蒸汽的判據(jù)可為：

1）冷再蒸汽退出供熱：當(dāng)Pzr0小于或等于（PAim+0.01MPa），并延時(shí)10s，關(guān)閉冷再蒸汽液動(dòng)快關(guān)閥，同時(shí)連鎖關(guān)閉冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（即退出自動(dòng)）、冷再蒸汽氣動(dòng)逆止閥；

2）冷再蒸汽可以供熱：當(dāng)P z r 0 大于（PAim+0.1MPa），并延時(shí)30s，連鎖開(kāi)啟冷再蒸汽液動(dòng)快關(guān)閥、氣動(dòng)逆止閥，冷再蒸汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥重新投入自動(dòng)控制。

2 兩臺(tái)機(jī)組供熱切換原則

基于供熱可靠性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于兩臺(tái)機(jī)組，制定供熱切換原則如下：

通過(guò)合理設(shè)置不同機(jī)組A3抽汽、冷再蒸汽投入供熱運(yùn)行的先后順序，實(shí)現(xiàn)盡可能利用A3抽汽優(yōu)先供熱，以提高機(jī)組供熱的經(jīng)濟(jì)性；

1）指定一臺(tái)機(jī)組，A3抽汽優(yōu)先供熱；

2）在1)的基礎(chǔ)上，另一臺(tái)機(jī)組A3抽汽作為補(bǔ)充；

3）在2）的基礎(chǔ)上，1）中指定機(jī)組的冷再蒸汽作為補(bǔ)充；

4）在3）的基礎(chǔ)上，另一臺(tái)機(jī)組的冷再蒸汽作為補(bǔ)充。

注：根據(jù)上述供熱汽源的投用次序，將不同機(jī)組的不同汽源用于供熱時(shí)蒸汽壓力的目標(biāo)值按照略微差異進(jìn)行設(shè)定且目標(biāo)值各不相同，該目標(biāo)值的差異為基于壓力測(cè)點(diǎn)的測(cè)量精度范圍內(nèi)的微小值，且各壓力目標(biāo)值間的差異對(duì)實(shí)際供熱蒸汽聯(lián)箱入口蒸汽壓力PAim的影響完全可以忽略。

例如，指定供熱汽源優(yōu)先次序依次進(jìn)行：1號(hào)機(jī)組A3抽汽、2號(hào)機(jī)組A3抽汽、1號(hào)機(jī)組冷再蒸汽、2號(hào)機(jī)組冷再蒸汽。具體地，可將兩臺(tái)機(jī)組的不同供熱汽源的供熱壓力目標(biāo)值（按優(yōu)先次序的相鄰目標(biāo)值之間差值為△）設(shè)定如下：

1）1號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值PAim MPa；

2）2號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值PAim-1*△ MPa；

3）1號(hào)機(jī)組冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值PAim-2*△ MPa；

4）2號(hào)機(jī)組冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值PAim-3*△ MPa。

當(dāng)單臺(tái)機(jī)組遭遇異常情況，導(dǎo)致其汽輪機(jī)需要緊急停機(jī)時(shí)，該機(jī)組跳閘后將關(guān)閉A3抽汽液動(dòng)快關(guān)閥和冷再蒸汽液動(dòng)快關(guān)閥，同時(shí)連鎖關(guān)閉A3抽汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（即退出自動(dòng)）、A3抽汽氣動(dòng)逆止閥和冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（即退出自動(dòng)）、冷再蒸汽氣動(dòng)逆止閥；隨后，運(yùn)行機(jī)組自動(dòng)接管部分直至全部供熱蒸汽需求，最終確保工業(yè)供熱穩(wěn)定。

3 優(yōu)化過(guò)程

3.1 閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)間測(cè)試

2020年11月，對(duì)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥25%、50%、75%、100%開(kāi)度開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，初步確定了兩路汽源無(wú)擾切換的可能性。

表1 閥門(mén)全行程開(kāi)關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從上述表格中不難看出，冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)、全關(guān)時(shí)間基本為40秒，75%開(kāi)度時(shí)間為30秒，50%開(kāi)度時(shí)間為20秒，25%開(kāi)度時(shí)間為10秒，線性較好，且開(kāi)關(guān)耗時(shí)較短，為后續(xù)進(jìn)行兩路汽源的無(wú)擾切換提供了可能性。

3.2 單臺(tái)機(jī)組兩路汽源無(wú)擾切換優(yōu)化

3.2.1 單臺(tái)機(jī)組由冷再汽源切至A3抽汽汽源供熱

（1）檢查機(jī)組在冷再汽源供熱方式下運(yùn)行正常，供熱參數(shù)滿足要求，冷再供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥壓力設(shè)定值1.15MPa（根據(jù)當(dāng)時(shí)供熱情況），供熱聯(lián)箱壓力穩(wěn)定；

（2）檢查機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)隔絕閥全開(kāi)；

（3）由于機(jī)組負(fù)荷滿足A3抽汽供熱條件，檢查A3抽汽供熱液動(dòng)快關(guān)閥、A3抽汽供熱氣動(dòng)逆止閥全開(kāi)；

（4）檢查A3抽汽供熱管道疏水暢通，備用正常；

（5）檢查機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥全關(guān)，將電動(dòng)調(diào)節(jié)閥投自動(dòng)，被調(diào)量是供熱母管壓力，壓力設(shè)定1.25MPa；

（6）由于A 3 抽汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)置值為1.25MPa，高于供熱母管壓力（1.15MPa），故A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)開(kāi)大，就地檢查供熱管道無(wú)振動(dòng)現(xiàn)象，隨著供熱母管壓力升高，冷再供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥壓力設(shè)定值（1.15MPa）低于供熱母管壓力，冷再供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)小直至關(guān)閉；

（7）最終完全切換為由A3抽汽供工業(yè)用汽，或A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥較大開(kāi)度供熱；

（8）對(duì)切換過(guò)程進(jìn)行記錄，并通過(guò)分析，進(jìn)一步優(yōu)化切換時(shí)間；

（9）檢查機(jī)組A3抽汽供工業(yè)用汽正常，供熱母管溫度、壓力、流量滿足要求，機(jī)組各參數(shù)均正常。

3.2.2 單臺(tái)機(jī)組由A3抽汽汽源切至冷再汽源供熱

（1）檢查機(jī)組在A3抽汽汽源供熱方式下運(yùn)行正常，供熱參數(shù)滿足要求，A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥壓力設(shè)定值1.25MPa（根據(jù)當(dāng)時(shí)供熱情況）；

（2）檢查機(jī)組冷再供熱電動(dòng)隔絕閥、液動(dòng)快關(guān)閥、氣動(dòng)逆止閥全開(kāi)，冷再供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥全關(guān)；

（3）檢查冷再供熱管道疏水暢通，備用正常；

（4）將冷再供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值臨時(shí)調(diào)高至1.28MPa，高于供熱母管壓力（1.25MPa），故冷再供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)開(kāi)大，就地檢查供熱管道無(wú)振動(dòng)現(xiàn)象，隨著供熱母管壓力升高，A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥壓力設(shè)定值（1.25MPa）低于供熱母管壓力，A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)小直至關(guān)閉；

（5）機(jī)組降負(fù)荷過(guò)程中，A3抽汽壓力降低，當(dāng)A3抽汽壓力－供熱母管壓力≤0.01MPa時(shí)，延時(shí)10s，關(guān)閉A3抽汽液動(dòng)快關(guān)閥，同時(shí)連鎖關(guān)閉A3抽汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、A3抽汽氣動(dòng)逆止閥；

（6）最終完全切換為由冷再供工業(yè)用汽；

（7）對(duì)切換過(guò)程進(jìn)行記錄，并通過(guò)分析，進(jìn)一步優(yōu)化切換時(shí)間；

（8）檢查機(jī)組冷再供工業(yè)用汽正常，供熱母管溫度、壓力、流量滿足要求，機(jī)組各參數(shù)均正常。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)試情況

2021年4月，對(duì)2號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)、關(guān)時(shí)間，同時(shí)對(duì)A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值進(jìn)行偏差設(shè)置，冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值為1.15MPa，A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值為1.25MPa。將A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上限設(shè)定為80%，使得A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥具有一定的重疊度，可提前開(kāi)啟冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。解除機(jī)組AGC，負(fù)荷在220MW～290MW之間，按機(jī)組最大升、降負(fù)荷速率8.5MW/min快速升、降機(jī)組負(fù)荷，以驗(yàn)證兩路汽源切換的穩(wěn)定性。

經(jīng)過(guò)變負(fù)荷優(yōu)化，模擬機(jī)組可接受的最極端工況考驗(yàn)：A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)情況較好，能夠滿足機(jī)組快速升、降負(fù)荷過(guò)程中兩路汽源自動(dòng)無(wú)擾切換功能。2021年7月，按上述方法對(duì)1號(hào)機(jī)組進(jìn)行汽源在線無(wú)擾切換優(yōu)化，同樣取得了較好的優(yōu)化效果。

3.3 兩臺(tái)機(jī)組供熱汽源無(wú)擾切換優(yōu)化

2021年7月，機(jī)組負(fù)荷235MW～320MW，1號(hào)機(jī)組A3抽汽對(duì)外供熱，A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值1.21MPa，1號(hào)機(jī)組冷再蒸汽作為備用，冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值1.18MPa，2號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥手動(dòng)關(guān)閉，供熱聯(lián)箱壓力1.18MPa。

將2號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)，設(shè)定值1.21MPa，1號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值由1.21MPa修改為1.15MPa。

當(dāng)2號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)后，由于其設(shè)定值為1.21MPa，故默認(rèn)此時(shí)對(duì)外供熱由2號(hào)機(jī)組A3抽汽提供，2號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥逐漸自動(dòng)開(kāi)啟，而1號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥由于設(shè)定值修改為1.15MPa，故調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小，此時(shí)1號(hào)機(jī)組冷再蒸汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值仍為1.18MPa，作為對(duì)外工業(yè)供熱的備用汽源。整個(gè)自動(dòng)切換過(guò)程中，1號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥緩慢關(guān)閉，2號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥緩慢開(kāi)啟，閥后壓力緩慢升高，直至對(duì)外工業(yè)供熱由1號(hào)機(jī)組A3抽汽切換到2號(hào)機(jī)組A3抽汽。在此期間，供熱聯(lián)箱壓力、工業(yè)供熱流量均滿足供熱需求。

4 總結(jié)

通過(guò)單臺(tái)機(jī)組汽源在線無(wú)擾切換優(yōu)化，在運(yùn)行人員未進(jìn)行干預(yù)的前提下，隨著機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)冷再蒸汽和A3抽汽對(duì)外供熱時(shí)的在線自動(dòng)程控?zé)o擾切換，供熱聯(lián)箱壓力可滿足機(jī)組供熱需求，既保證工業(yè)負(fù)荷連續(xù)供熱，同時(shí)提升機(jī)組供熱的安全性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。兩臺(tái)機(jī)組汽源切換過(guò)程中，通過(guò)對(duì)1號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、2號(hào)機(jī)組A3抽汽供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定值進(jìn)行偏差設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外工業(yè)供熱由1號(hào)機(jī)組切換到2號(hào)機(jī)組的目的，壓力波動(dòng)范圍可滿足對(duì)外供熱需求，更為主要的是為后續(xù)供熱量增加，兩臺(tái)機(jī)組A3抽汽同時(shí)對(duì)外供熱積累經(jīng)驗(yàn)。