1 引言
莱钢生活采暖东线4#发电机组低温循环水供暖工程是莱钢为了提高能源动力厂4#发电机组热效率,减少凝汽器的冷源损失,达到节能挖潜的目的实施的低温循环水改造项目,该项目利用凝汽式供热机组排汽的汽化潜热加热冷却循环水,直接对用户进行供热,既能在现有设备的基础上增加能源动力厂的供热能力,又能减少汽轮机组的冷源损失,并有效地实现二氧化硫的减排和水资源的最大化利用,是一项节约能源、改善环境的有力措施。莱钢股份有限公司能源动力厂老区热电区域新建4#25MW发电机组由一台130 t／h蒸汽锅炉提供蒸汽,机组抽汽用于工业发电用汽和居民采暖,为了节约能源,2011年公司对新建4# 25MW发电机抽凝机组进行了低温循环水供热系统的改造,取得了良好的经济效益。本文对机组改造工艺和原理以及控制系统的设计和控制功能的实现进行了论述,同时对经济效益进行了分析。
2 循环水供热热力系统工作原理
莱钢生活采暖东线4#发电机组低温循环水供暖工程,是利用汽轮机冷凝器作为一级加热器,相当于总换热站的热交换器,热网中的热用户相当于冷却塔,利用汽轮机排汽的汽化潜热加热热网循环水进行供暖,循环水在凝汽器中吸收热量送到热用户散热后,再到凝汽器吸收循环,从而将汽轮机排汽的汽化潜热加以利用,消除了冷源损失,使热电厂的热效率大大提高。当循环水流量和采暖面积一定时,在需要较高的供暖水温度时,增加汽轮机的电负荷,从而增加排汽量,真空降低,当需要较低的供暖水温度时,减少汽机的电负荷,真空升高,当循环水温达到要求保持不变时,保持汽机电负荷不变,处于稳定运行[1]。
3 循环水供热热力系统改造项目
莱钢循环水供暖工程采用4#发电机机低真空运行作为热源,改造中保留机组原有的循环水系统,同时在凝汽器入口母管及出口母管上,接入循环水供热系统。针对排汽温度的升高和循环水压力的变化会对凝汽器的安全运行产生一定的影响的特点,在冷却塔循环水进出口母管阀门增加了电动调节阀,用来调节冷却塔循环水进出水量,当循环水出水压力大于0.6MPa时,通过调节阀自动调节出水压力,在冷却塔循环水进口母管增加变频循环泵,当循环水回水温度高于65℃时,通过原循环水入口变频循环增压泵加入冷水,降低冷凝器循环水进水温度,达到发电机发电和供暖的和谐。
4 系统构成
循环水自动控制系统硬件采用TRICON系统, TRICON系统3007主处理器是一个现代化的可编程序的逻辑和过程控制器。它提供了一个高水平的容错装置,容错是TRICON系统装置的最重要的能力,它可以在线识别瞬态和稳态故障并采取适当纠正措施。通过三重模件冗余(TMR)结构提供容错。这个系统装置由三个等同系统支路所组成(除了双冗余的电源模件),每个系统支路均独立的执行控制程序与另外两个支路并行。硬件决定机构质量并检验所有来自现场的数据输入和输出;模拟输入经过一个中间值选择过程处理。由于每个支路与其他支路是隔离的,任何支路中的单点故障都不能传递给另一个之路。如果一个硬件故障在另一个支路发生,则故障支路就被另一个之路所取代。TRICON在线期间可以拆除和更换故障支路中故障模件,而且不必中断工艺过程。
软件采用TRISTATION 1131组态软件完成工程组态、系统维护调试、在线修改程序、在线下装程序和离线模拟试验等功能,利用TRI-VIEW HMI界面开发软件实现人机界面交互、人机界面开发、实时报警服务器组态、历史报警记录至SQL 组态、实时趋势操作、长久趋势操作、历史趋势操作、报表打印、授权管理、服务器与客户机通讯等工程基本应用。
5 系统控制功能
5.1 变频循环泵联锁控制
该系统有两台变频循环泵,通过控制变频循环泵的启停来控制是否要给冷凝器循环水加入由冷却塔来的冷水,达到降低循环水温度的目的,需调节循环水母管温度在65℃以下,以满足凝汽器对冷凝水的温度要求,以1#变频循环泵为例,联锁解除的情况下,操作工可以单机启停设备,在联锁投入的情况下,当回水温度高于65℃时,变频循环泵自动启动,温度降至65℃以下后,变频循环泵自停。下图为1#变频循环泵联锁控制逻辑图,2#变频循环泵联锁控制逻辑图与1#相同。
5.2 变频器PID自动调节
系统通过变频器来调节冷却塔循环水进出水量,以满足凝汽器对冷凝水的温度要求,以1#变频器为例,联锁解除的情况下,操作工可以手动设定变频器转速,从而控制加入循环水母管的冷水量,在联锁投入的情况下,设定PID自动调节温度为65℃,正常时,供热系统循环水可形成自循环,当热用户耗热量减小,回水温度高于65℃时,变频循环泵自动启动,PID自动调节开始工作,自动调高转速,增大进水量,当温度降至65℃以下后,变频循环泵自停。操作工可以通过画面设定PID自动调节块的P、I、D参数,
5.3 变频器故障复位
变频器故障状态下,变频循环泵在联锁投入和联锁解除的情况下都不能正常启停,只有故障复位后才能正常控制变频器,变频器故障复位作为变频循环泵联锁控制的条件之一,确保泵的安全运行。
5.4 回水调节阀PID调节
该系统有两台回水压力电动调节阀,有手动调节和自动调节两种调节方式,手动状态下,当系统降温补水导致回水压力高于0.6MPa时,操作工通过画面手动设定阀位控制值,加大出水量,降低回水压力,回水压力正常后通过手动设定值调节阀位到正常范围。自动状态下,回水压力电动调节阀PID自动调节起作用,当系统回水压力高于0.6MPa时,PID自动输出阀位控制现场调节阀,降低回水压力,压力过低时,阀位输出值自动减小,保持压力在正常范围内。
6 结束语
4#25WM汽轮机低真空供暖全天24小时运行,莱钢冬季采暖天数是120天。
(1) 停用冷却塔循环水泵可节电:
120天×24小时×450=1 296 000 kW·h
(2) 停用冷却塔可节约水:
节约冷却塔蒸发损失40 t／h、冷却塔风吹损失3．5 t／h、排污损失22 t／h,共可节约水120×24×65.5=18.86万吨。
(3) 改造后4#发电机供暖系统节约换热站用电量
120天×24小时×200=576 000 kW·h
经济效益分析:年实现节节水18.86万吨,节电187万kW·h
另外,在热电联产集中供热原则下,汽轮机凝汽器组低真空运行循环水供热,充分利用了汽轮机的排汽余热,实现了能源阶梯利用:在不增加锅炉的情况下,增加了能源动力厂的供热能力,提高了能源动力厂的能源综合利用效率,具有显著的节能和环保效益。与集中供热锅炉房相比,投资少、见效快,并节约用地、减少大气污染、减轻运输负担,具有显著的社会效益。4#汽轮发电机低温循环水供热项目实施后,将可为莱钢多个小区提供采暖供热,大大地减少外排二氧化硫的量,有利于保护厂区周围的大气环境质量与生态环境质量,为实现清洁文明生产作出贡献。
参考文献:
[1] 刘红斌,樊亮,汽轮机余热供热技术应用[M].北京:能源研究与利用出版社,2010,4.
作者简介:赵忠华(1981-),女,大学学历,自动化工程师,从事自动化控制与仪表维护工作。