纯凝机组供热改造中热工自动化系统的方案设计
2016-07-01常绪成孔冰
常绪成，孔冰
(1.华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州 450015；2.郑州职业技术学院 汽车工程系，郑州 450015)
纯凝机组供热改造中热工自动化系统的方案设计
常绪成1，孔冰2
(1.华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州450015；2.郑州职业技术学院 汽车工程系，郑州450015)
摘要：在日趋恶化的空气环境下，电厂纯凝机组的供热改造已成为火力发电企业节能降耗、提高企业效益的重要手段。介绍了某电厂2×300 MW纯凝机组改造前的基本情况，对供热改造的热工自动化系统进行了设计，供其他企业供热改造热控设计时参考。
关键词：纯凝机组；供热改造；热工自动化；分散控制系统；方案设计
0引言
面对日益恶化的空气环境，综合治理环境污染任重而道远。为了响应节能减排的国家政策，供暖及工业用汽采用的小型燃煤锅炉将关停，取而代之的为大型热电联产发电机组的集中供热[1-2]。同时，将纯凝机组进行供热改造也是节能减排、保护环境的重要措施[3]。
某电厂2×300 MW汽轮发电机组(#9，#10机组)为东方电气集团生产的N300-16.7/537/537型汽轮机及QFSN-300-2-20 型发电机。汽轮机为亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、凝汽式汽轮机。根据规划，为满足市政供热需求，对该机组进行供热改造设计。
该供热改造项目新增1座供热首站，配置6台热网加热器(包括2台低压热网加热器)、3台热网循环水泵(其中2台为汽轮机驱动)、6台热网疏水泵(包括2台低压热网疏水泵)等。供热首站汽源为该电厂#9，#10机组汽轮机中压缸到低压缸连通管上引出的采暖抽汽管道。化学水处理车间新增1台钠离子交换器、1台软化水泵和1座软化水箱。一级升压泵房增加1台生水泵。
1控制室及电子设备间布置
供热首站内设置控制室及电子设备间。
控制室位于供热首站10.6 m层，面积为54 m2，在靠近电子设备间侧依墙一字排开布置5个操作台，放置有操作员站1台、工程师站1台、工业电视监控主机1台、打印机等设备。
电子设备间共布置6面分散控制系统(DCS)机柜、2面阀门电源柜、1面220 V AC电源柜、1面工业电视柜、1面火灾报警柜，并留有3个备用盘位。电子设备间设置抗静电活动地板，地板下为热控电缆通道。电子设备间靠近低压配电室布置有2个电缆竖井，为热控电缆进出电子设备间的主通道。
2热工自动化水平
2.1控制水平
供热首站采用DCS，在控制室或#9，#10机组集控室通过DCS操作员站实现对工艺系统和设备的远程监测与控制。
#9，#10机组本体改造纳入汽轮机数字电液控制系统(DEH)，其监测与控制将分别纳入#9，#10机组DEH；化学补充水系统增加的钠离子交换器及相关设备采用DCS，其监测与控制纳入化学补充水系统DCS。
一级升压泵房内新增的生水泵，采用常规仪表盘控制，不接入控制系统。
2.2控制方式
供热首站内配置1套DCS。在供热首站控制室内设置1套操作员站和工程师站，在供热首站内通过DCS操作员站可实现设备的集中监测和控制，通过工程师站实现对系统的调试。在原机组集控室机组侧各设置1套操作员站，供热首站无人值守或少人值守时，可通过DCS操作员站完成设备的远方集中监测和控制。
供热首站内设置工业电视监视系统，对供热首站主厂房、低压配电室、电子设备间等区域进行监视，协助运行人员了解生产现场的具体情况。
供热首站内设置火灾自动报警系统。
#9，#10机组本体改造新增模件插入原机组DEH控制柜备用插槽，不再增加DEH控制柜即可实现新增设备的监测和控制。安装完后，对新增模件进行画面组态和逻辑调整。
化学补充水系统改造新增模件插入DCS控制柜备用插槽，不再增加DCS控制柜，实现新增设备的监测和控制。安装完后，对新增模件进行画面组态和逻辑调整。
新建一间供热计量站，设置1套热量计量系统，实现对热网供回水母管热量计量的在线监测。
3热工自动化系统
3.1分散控制系统
该改造工程供热首站所采用的DCS结构如图1所示。
图1 供热首站DCS控制系统网络结构
供热首站DCS采用XDC800控制系统[4-5]，共设置2对独立的DPU，分别布置于2面DCS控制柜中，并设置2面DCS扩展柜。设置1面DCS电源网络柜和1面UPS电源柜。主厂房电子设备间设置1面远程I/O柜。
目前，原机组汽轮机采用XDPS400+ DEH系统, 化学补充水系统采用H-5000M DCS。新增模件插入原有控制柜备用插槽中，不新增控制柜。
此次改造工程I/O点数统计见表1。
由于电动热网循环水泵6 kV高压开关柜布置于主厂房内，距离供热首站电子设备间较远，采用硬接线连接时，控制信号的传输存在衰减问题，因此,在主厂房电子设备间新增一面小控制箱(远程I/O)，里面布置DI，DO，AI，PI模块各1块，电源模块1块、通信包括新增的供热抽汽流量测量装置及疏水系统改造的I/O点。模块2块及光纤收发器等，数据通过光纤传送至供热首站DCS机柜，实现电动热网循环水泵6 kV高压开关柜的远程控制和监测。
表1 I/O点数统计
注：#9机组本体供热抽汽管道改造已完成，此I/O点数统计只
3.2驱动汽轮机电子调节系统
驱动汽轮机电子调节系统随汽轮机厂成套供货，控制柜布置于汽轮机旁，硬件采用德国Siemens可编程控制器(PLC)，与供热首站DCS采用硬接线方式连接。
3.3工业电视监视系统
供热首站工业电视监视系统共分为3个监控区域，分别为供热首站主厂房监视区域、低压配电室监视区域和电子设备间监视区域，共设10个监视点。全厂工业电视监视系统采用星型网络结构，在供热首站10.6 m层电子设备间设1台交换机，布置于工业电视柜内。在控制室设置1台液晶显示器显示监控图像。
3.4火灾自动报警系统
火灾自动报警系统主要监视区域为电子设备间、电气配电间及电缆主通道等。
3.5能源管理系统(EMS)
目前，电厂#9，#10机组升压站有EMS 1套，当地小主站1台，显示所采集的信息量，可以与省调度中心同步显示数据。根据河南省热电联产机组节能调度要求，#9，#10机组供热改造后的相关参数(见表2)接入现有EMS，在EMS侧远程测控终端(RTU)中增加数据采集模块，并对软件进行必要修改。
表2 节能调度需接入的数据
续表
3.6热工检测仪表
根据业主要求，为了能够满足其检修人员的维护和检修方便性要求，此次改造设计中热工仪表的选型与原机组热控设备选型保持一致，以减少备品、备件的品种和数量。
4结论
根据实际工程，对某电厂的2×300 MW纯凝机组进行了供热改造的设计，本文内容可为同类工程提供工程设计借鉴经验，对供热改造项目的顺利实施和项目的安全性也具有积极的作用。
参考文献：
[1]许锐锋，赵俊英，张东海.600 MW机组供热改造系统的设计与控制[J].中国电力，2015，48(7)：72-75.
[2]魏斌，王秋月.自动控制技术在电厂供热改造中的应用[J].山东工业技术，2015(11)：178-178.
[3]刘兵，盖东飞. 火力发电厂纯凝机组供热改造中控制系统设计分析[J].华电技术,2016,38(1):22-24.
[4]谢明，罗建科. XDC800分散控制系统在300 MW大型发电机组上应用[J]. 装备制造,2014(S2):63-64.
[5]张林广，耿庆芝. XDC800控制系统在125 MW汽轮机组DEH上的应用[J]. 热电技术,2011(4):26-56.
(本文责编：白银雷)
收稿日期:2016-02-23；修回日期:2016-04-01
基金项目：河南省开放合作项目(142106000001)；科技部科研院所技术开发研究专项资金(2013EG121189)
中图分类号：TK 323
文献标志码：B
文章编号：1674-1951(2016)04-0035-02
作者简介：
常绪成(1983—)，男，山东东平人，工程师，工学博士，从事电厂热工自动化设计方面的工作(E-mail:changxc@hdmdi.com)。
