時間：2022-07-17 05:16:42
序論：在您撰寫鍋爐發(fā)電機組的節(jié)能技術(shù)探討時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
（廣州恒運企業(yè)集團股份有限公司）
摘 要： 隨著現(xiàn)代社會技術(shù)水平的不斷進步，發(fā)電機組鍋爐熱工自動化水平也多有提高。其中分散控制系統(tǒng)在發(fā)動機組鍋爐熱工自動化改造中有著十分重要的意義。本文從分散控制系統(tǒng)的基本特性以及基本組成出發(fā)，簡述了它在發(fā)電機組鍋爐熱工自動化改造的改造內(nèi)容和應(yīng)用現(xiàn)狀，強調(diào)了 分散控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的優(yōu)勢特性，總結(jié)了發(fā)電機組鍋爐熱工自動化改造的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞： 分散控制系統(tǒng)（DCS） ；發(fā)電機組；熱工自動化改造
傳統(tǒng)熱控系統(tǒng)線路復(fù)雜，維護監(jiān)控成本高，不符合日益增長的生產(chǎn)需求，自動化水平的落后嚴(yán)重制約了機組的生產(chǎn)性能和安全性能。近年來，將分散控制系統(tǒng)用于發(fā)電機組鍋爐熱工改造，大大提高了自動化水平。其中，東方集團的300MW機組具有代表意義，汽輪機、鍋爐、發(fā)電機是主要組成，在試運轉(zhuǎn)中不斷完善調(diào)試后，該機組商業(yè)運行狀態(tài)良好，熱耗平均數(shù)值為：8484 kj/kw?h。部分參數(shù)具體數(shù)據(jù)見表。
一、分散控制系統(tǒng)的基本組成
分散控制系統(tǒng)也稱DCS，由監(jiān)視控制級和過程控制級組成。首先，操作員站是指運行人員監(jiān)視操作控制平臺，它可以提供并完成相關(guān)信息數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)過程的干預(yù)。可以通過實時通信網(wǎng)等設(shè)備的運用完成對整個系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)控，如實時設(shè)備狀態(tài)和操作記錄，還能做到相關(guān)數(shù)據(jù)、報表的簡單處理、以及應(yīng)急事故的報警和分析等其他多種功能。歷史數(shù)據(jù)站是數(shù)據(jù)儲存檢索的主要完成載體，它可以計算效能，監(jiān)控設(shè)備，但和操作員站不同的是，它不能發(fā)出控制指令。打印站可以完成數(shù)據(jù)等資料的實體輸出。以上三者共同組成監(jiān)控站。過程控制站的核心是數(shù)據(jù)處理和驅(qū)動執(zhí)行，是接受指令反饋信息的重要關(guān)節(jié)。數(shù)據(jù)采集站主要參與預(yù)處理和過程量的采集。工程師站是邏輯組態(tài)等功能的專用工具。分散控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)、軟件、以及多個模板、多個邏輯的全方位支持下，可以實現(xiàn)多種控制模式，如二進制控制等等，分散控制系統(tǒng)有著極強的延展性和多樣性，因地制宜的選取合適的控制模式，對于提高整個系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性有著十分重要的意義。
多控制站可以有針對性的完成不同任務(wù)，如輸入、記錄、輸出、驅(qū)動、擴展等，多個控制器并行組成完整的控制系統(tǒng)，最終實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和驅(qū)動等綜合功能。
二、發(fā)電機組鍋爐熱工自動化改造內(nèi)容
將分散控制系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)動機組鍋爐熱工自動化改造內(nèi)容主要包括MCS、DAS等多系統(tǒng)的自動化改造，具體的系統(tǒng)配置依據(jù)實際情況各有不同。改造具體流程如下：首先，依據(jù)實際生產(chǎn)的需求，將各控制站進行任務(wù)分工。具體任務(wù)如保護、風(fēng)力調(diào)節(jié)、風(fēng)煙順控、燃燒器管理、協(xié)調(diào)、制粉、減溫、旁路、軸封、泵系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集功能。依據(jù)具體功能的不同配備各種有針對性的模板。針對待改造的傳統(tǒng)發(fā)電機組的現(xiàn)狀和不足，強調(diào)提高改造發(fā)電機組鍋爐熱工的生產(chǎn)效率、安全性能以及可靠性能。因此，分散控制系統(tǒng)采取雙冗余結(jié)構(gòu)提高系統(tǒng)的安全可靠性，同時，將被控制對象的重要程度進行分級，重要級采取超級分散配置，進一步保障了數(shù)據(jù)安全。分散控制系統(tǒng)通過使用硬接線減輕網(wǎng)絡(luò)負荷，一方面保障了系統(tǒng)的開放性和兼容性，另一方面提高了網(wǎng)絡(luò)通訊的穩(wěn)定性和容錯率。分散控制系統(tǒng)還可以通過設(shè)置多操作員站，減少個別控制站的增減對整個系統(tǒng)的影響，這也大大提高了系統(tǒng)的開放性和穩(wěn)定性。
機組協(xié)調(diào)自動化控制是發(fā)電機組鍋爐熱工自動化改造的單元核心，代表著自動化水平程度，是實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度等整體控制的必然基礎(chǔ)。提高發(fā)動機組鍋爐熱工自動化程度，就要提高機組協(xié)調(diào)控制，具體要求從鍋爐、發(fā)電機的單元機組等被控對象的基本特征出發(fā)?？刂破鹘邮軌毫ο嚓P(guān)數(shù)值計算指令控制汽機和鍋爐機組。鍋爐機組等各組間及組內(nèi)多個子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)一致，最終穩(wěn)定的提供機組所需能量，從而在提高機組安全性和穩(wěn)定運行能力的同時，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。
機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要現(xiàn)狀難點在于多變量帶來的不確定性。輸入數(shù)據(jù)不是單一變量，鍋爐調(diào)節(jié)量是由多子系統(tǒng)組成，水、風(fēng)、燃料等多數(shù)據(jù)共同影響的。因此子系統(tǒng)的多方協(xié)調(diào)和平衡是實現(xiàn)機組輸入輸出強耦合的必要基礎(chǔ)。這就要求我們從實際出發(fā)，調(diào)節(jié)機組運行中的具體問題，通過參數(shù)自適應(yīng)等多邏輯組態(tài)的手段，進一步控制計算，最終實現(xiàn)適于生產(chǎn)的系統(tǒng)的優(yōu)化改造。比如：減少鍋爐和汽機的互相影響，可以采用解耦算法，增強抗噪能力。子系統(tǒng)中，要注意水汽滯后性的控制、矯正氧量提高經(jīng)濟性能、注意避免一次風(fēng)壓不當(dāng)引起燃燒不穩(wěn)等現(xiàn)象。值得一提的是，將前饋和反饋結(jié)合可以更好的增強被控內(nèi)容的穩(wěn)定性。參數(shù)自適應(yīng)保護等多種邏輯組態(tài)的選擇大大的豐富了系統(tǒng)的多樣性，可以根據(jù)被控對象和邏輯關(guān)系的不同選擇適當(dāng)?shù)哪K組態(tài)，適用于不同的實際生產(chǎn)問題。
最終，通過機組現(xiàn)場運行和多次實踐證明，分散控制系統(tǒng)改造的發(fā)電機組運行過程平穩(wěn)順利，符合預(yù)期既定效率目標(biāo)，安全性等多系統(tǒng)評價指標(biāo)反饋良好，改造后明顯優(yōu)于傳統(tǒng)控制方法機組，較好的解決了基建遺留問題，帶來了可觀的經(jīng)濟效益和安全保障。我們得到結(jié)論，分散控制系統(tǒng)大大提高了我國發(fā)電機組鍋爐熱工自動化水平。為保證發(fā)電機組鍋爐熱工自動化的可持續(xù)發(fā)展，就必須深化擴大分散控制系統(tǒng)在發(fā)電機組鍋爐熱工自動化改造的應(yīng)用，進一步提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性，提高兼容性和應(yīng)變能力。
三、分散控制系統(tǒng)在發(fā)動機組鍋爐熱工自動化改造的優(yōu)勢
分散控制系統(tǒng)在發(fā)動機組鍋爐熱工自動化改造中有著不可替代的運用優(yōu)勢。首先，分散控制系統(tǒng)具有實時性，可以在控制對象要求的時間限度內(nèi)完成數(shù)據(jù)的采集處理分析以及指令的傳送和完成?，F(xiàn)場處理和直接控制也憑借分散控制系統(tǒng)得以完成，其次，分散控制系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性，一方面，分級的控制和多節(jié)點接入以及多站點的并行模式可以盡量降低個別節(jié)點缺失的損失，同時降低維護管理成本，另一方面，多拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模式也可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。再者，分散控制系統(tǒng)的兼容性強，在線網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)能力保障了信息的可擴充性，提高了整個系統(tǒng)的承載能力和容錯能力。開放性的系統(tǒng)設(shè)計以及模塊和邏輯組態(tài)的多樣性豐富了控制系統(tǒng)的功能，可以實現(xiàn)多種先進控制和自定義的特殊算法。最重要的是，分散控制系統(tǒng)提高了效率。多站點分擔(dān)任務(wù)，通過專業(yè)分工，提高了任務(wù)完成能力。值得一提的是，分散控制系統(tǒng)整體上降低了系統(tǒng)的維護成本和故障率，由于多模塊的組成形態(tài)，有別于傳統(tǒng)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，故障一旦發(fā)生，可以縮小故障范圍，保證系統(tǒng)通暢的同時，完成系統(tǒng)維護。
四、總結(jié)和展望
自動化信息化建設(shè)是工廠管理的必由之路，隨著算法、設(shè)備的不斷進步，機組運行效率和安全性不斷提高滿足生產(chǎn)要求。分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)綜合計算機技術(shù)等多學(xué)科知識，通過通信網(wǎng)絡(luò)連接各組件，最終實現(xiàn)各組件分散控制和靈活管理，甚至影響企業(yè)決策，是發(fā)電機組鍋爐熱工自動化改造的重要基礎(chǔ)。實踐證明：分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用，有效的提高了經(jīng)濟效益和生產(chǎn)能力。
【摘 要】近年來，國家經(jīng)濟和科技不斷發(fā)展，國內(nèi)外的火力發(fā)電機組控制技術(shù)也得到了顯著提高。研究表明現(xiàn)階段火力發(fā)電組鍋爐控制技術(shù)存在著慣性大、不確定性等因素，使得傳統(tǒng)的控制方法不能夠完整的對建立的數(shù)學(xué)模型進行精確的控制和解析。本文從非線性角度介紹了一些不依賴于鍋爐模型的新的控制技術(shù)，能夠很好的控制鍋爐，有利于從整體上提高鍋爐機組的性能，具有很大的研究意義。
【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電 鍋爐 控制技術(shù)
隨著信息技術(shù)的不斷提高，在火力發(fā)電系統(tǒng)中引入了計算機技術(shù)，從而為火力系統(tǒng)的控制提供了更加復(fù)雜的控制策略。隨著發(fā)電機組的數(shù)學(xué)模型趨于精確化，由于鍋爐系統(tǒng)零部件具有非線性、不確定性、慣性大等問題，使得傳統(tǒng)的控制技術(shù)難以實現(xiàn)對其進行精確的控制。自20世界90年代以來，各國廣泛的開發(fā)新技術(shù)，研究新的控制方法。特別是模糊控制、自適應(yīng)控制、神經(jīng)控制、預(yù)測控制等技術(shù)的研究最為廣泛，逐漸成為了各國研究火力發(fā)電機組鍋爐控制技術(shù)的熱點。
1傳統(tǒng)控制技術(shù)的局限性
現(xiàn)階段火力發(fā)電機組的鍋爐控制技術(shù)是由PI算法的多個單輸入和單輸出的反饋回路構(gòu)成，在預(yù)定的負荷工作點整定控制器的參數(shù)并將其固定。由于現(xiàn)在的電網(wǎng)負荷需求的波峰和波谷差很大，難以避免的使用容量較大的機組參與調(diào)峰。為了能夠高效的參與負荷的調(diào)度，火力火電機組的控制必須在調(diào)度周期內(nèi)適應(yīng)負荷變動和隨機波動。隨著工作點的不斷變化，在負荷調(diào)度中，傳統(tǒng)的控制技術(shù)中的零件的非線性降低了發(fā)電機組的運行性能。鍋爐機組是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，各個通道之間都存在著耦合和慣性滯后，這些原因?qū)е铝丝刂评щy。另外，發(fā)電機組正在朝著大容量、高參數(shù)等方向發(fā)展，鍋爐運行的安全性對火力發(fā)電機組的過熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度的控制性能提出了更高的要求。因此，傳統(tǒng)的火力發(fā)電機組鍋爐控制技術(shù)不能夠滿足鍋爐的運行安全性指標(biāo)，也不能夠解決零件非線性等不利因素造成的影響，為此人們研究了各種各樣的新的控制策略來解決控制中出現(xiàn)的問題[1]。
2研究新技術(shù)的意義
火力發(fā)電機組傳統(tǒng)的控制方法具有單一性，輸入和輸出都不能滿足當(dāng)前鍋爐控制的新要求，通過研究新技術(shù)能夠更好的服務(wù)于鍋爐控制行業(yè)，此外由于控制技術(shù)是一種綜合性技術(shù)，研發(fā)出新的鍋爐技術(shù)，能夠帶動其它相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，從而從根本上能夠促進社會經(jīng)濟的發(fā)展，提高社會生產(chǎn)力水平。
3 鍋爐的新技術(shù)
3.1 自適應(yīng)性控制
自適應(yīng)性顧名思義是指實時跟蹤系統(tǒng)的運行狀態(tài)并且不斷的變更各個控制器的參數(shù)，能夠解決動態(tài)特性變化的過程控制問題。當(dāng)機組在電網(wǎng)負荷在大范圍變動條件下運行時，自適應(yīng)性為多輸入和多輸出的非線性火力發(fā)電機組。這樣能夠為發(fā)電機組提供高效的控制策略。
通過自適應(yīng)性控制解決煤炭的性質(zhì)、管束老化等問題對鍋爐蒸汽溫度動態(tài)特性的影響問題，運行結(jié)果表明自適應(yīng)性控制比傳統(tǒng)的單輸入 、單輸出控制要有明顯的高效性。另外，美國弗吉尼亞工學(xué)院的研究人員設(shè)計的自適應(yīng)性控制器，能夠控制鍋爐的汽包水位，研究仿真結(jié)果表明，控制性能明顯的高于傳統(tǒng)的PI單輸入和單輸出控制。通過這些研究實例也可以得出自適應(yīng)性控制能夠較好的解決非線性問題，效果比傳統(tǒng)的控制技術(shù)優(yōu)越[2]。
3.2神經(jīng)控制
神經(jīng)控制是通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行控制的技術(shù)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線性映射能力和函數(shù)逼近能力，因此這種控制能夠?qū)﹀仩t中的非線性建模和控制提供良好的控制工具。希臘國立工業(yè)大學(xué)等人提出的汽包鍋爐控制方案，能夠通過誤差反向傳播算法對鍋爐動態(tài)特性進行逆向研究，建立逆向的神經(jīng)動態(tài)控制器，，通過對汽包鍋爐壓力控制進行仿真表明，這種控制器的響應(yīng)時間要明顯比傳統(tǒng)的控制技術(shù)短。德國工業(yè)大學(xué)的相關(guān)研究人員采用將復(fù)雜系統(tǒng)分解的方法，采用多智能體系統(tǒng)來控制鍋爐的燃燒過程。研究實例表明，通過利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自學(xué)習(xí)的能力，能夠發(fā)現(xiàn)機組運行數(shù)據(jù)中的動態(tài)信息，補償對象的非線性，克服不確定性的影響，能夠?qū)⑾到y(tǒng)進行線性耦合[3]。
3.3 預(yù)測控制
在熱工程控制中，普遍存在著系統(tǒng)的慣性較大，滯后性較大，以及非線性等因素導(dǎo)致難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，這樣傳統(tǒng)的控制技術(shù)難以解決非精確模型的控制，導(dǎo)致控制出現(xiàn)偏差。而預(yù)測控制對模型的精度沒有很高的要求，魯棒特性較好，能夠很好的解決這些問題，因此預(yù)測控制在熱工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。通過預(yù)測控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對200MW汽包鍋爐過熱蒸汽壓力的自調(diào)整控制，研究的仿真結(jié)果表明：在大范圍運行條件下，預(yù)測控制能夠明顯的提高控制性能。英國的貝爾法斯特大學(xué)的研究人員基于廣義的預(yù)測控制設(shè)計變量大的預(yù)測控制器，對運行范圍內(nèi)負荷速率變動較大時主蒸汽壓力和溫度進行仿真，結(jié)果表明：此類控制器的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)單輸入和單輸出控制器性能。
3.4 模糊控制
所謂模糊控制是指將工作人員的操作經(jīng)驗和操作過程應(yīng)用語言變量總結(jié)為若干條件語句，建立模糊關(guān)系，并且建立模糊的邏輯推理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜控制對象的控制。應(yīng)用模糊控制技術(shù)來控制電站鍋爐，不僅在仿真研究上取得了一定成果，在工程實踐中也取得了長足的進展。相關(guān)的仿真研究有美國俄亥俄大學(xué)的研究人員設(shè)計應(yīng)用在流水量控制的模糊控制器。澳大利亞新南威爾士大學(xué)的科學(xué)家，通過對不同負荷運行條件設(shè)計的局部線性控制規(guī)律進行線性組合，構(gòu)造控制系統(tǒng)實現(xiàn)全局控制，實現(xiàn)對汽包水位的調(diào)節(jié)[4]。
4結(jié)語
隨著改革開放的不斷深入，我國的火力發(fā)電機組鍋爐控制技術(shù)也得到了顯著提高，使得我國鍋爐行業(yè)的應(yīng)用從整體上得到了應(yīng)用。但鍋爐零件也不免存在著一些滯后性大、非線性、慣性大、不確定性等不利因素，導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)難以實現(xiàn)精確模型的良好控制。本文介紹了一些不依賴于鍋爐模型的新的控制技術(shù)：自適應(yīng)控制、神經(jīng)控制、預(yù)測控制、模糊控制，使得鍋爐控制朝向智能化方向發(fā)展。通過對鍋爐控制技術(shù)的非線性研究，能夠為提高火力發(fā)電機組鍋爐控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、高效性提供一種新的研究思路。
作者簡介：江清凌（1995.2-），女，華北水利水電大學(xué)，本科，研究方向熱能與動力工程。
摘 要 本文簡要介紹了鍋爐汽機發(fā)電工藝，并通過舉例介紹CS3000集散控制系統(tǒng)在鍋爐汽輪機發(fā)電機組中的應(yīng)用情況。自2011年7月此機組投運以來，DCS系統(tǒng)穩(wěn)定，控制效果良好，各項技術(shù)指標(biāo)均正常，收到了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。
關(guān)鍵詞 集散控制；順空表；邏輯圖
0引言
日本橫河公司的CENTUM CS3000是基于Windows XP操作系統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)，具有開放的操作環(huán)境?？刂普静捎昧穗pCPU冗余、容錯方式能夠在任何故障及隨機錯誤產(chǎn)生的情況下進行糾錯，不僅提高了運算數(shù)據(jù)的可靠性而且實現(xiàn)了連續(xù)不間斷地控制。本文結(jié)合某鋼鐵廠發(fā)電機組實際情況舉例介紹了CS3000集散控制系統(tǒng)幾個主要控制功能及應(yīng)用情況。
1鍋爐汽機發(fā)電工藝
發(fā)電機組工藝流程是通過鍋爐汽包加熱水產(chǎn)生的水蒸汽進入蒸汽輪機膨脹做功產(chǎn)生動能帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動從而轉(zhuǎn)化成電能。本套機組由1臺鍋爐，1臺雙抽凝汽式汽輪發(fā)電機組，及除氧和循環(huán)水站等配套輔助設(shè)備組成。
2 CS3000集散控制系統(tǒng)組成
在此系統(tǒng)中采用一臺工程師站（EWS）、三臺操作站（HIS）。鍋爐和汽機（包括除氧、循環(huán)水站）采用兩個控制站（FCS）分別控制，這樣一旦汽機出現(xiàn)故障造成停機，鍋爐本身不受影響仍然可以向外網(wǎng)輸送蒸汽，避免因停汽機造成停爐的損失。通過Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)與控制站（FCS），四臺計算機可以分別與鍋爐控制系統(tǒng)和汽機控制系統(tǒng)相互通訊。即便有一臺計算機故障，其他計算機也可以操控所有畫面。網(wǎng)絡(luò)圖見下圖：
3 CS3000集散控制系統(tǒng)在機組中的應(yīng)用
在CS3000集散控制系統(tǒng)中，設(shè)計人員可以通過順控表和邏輯圖組態(tài)完成非常復(fù)雜的邏輯功能，可以實現(xiàn)反饋控制、順序控制、算數(shù)運算等多種控制功能。
3.1反饋控制功能
鍋爐中的水位調(diào)節(jié)，主蒸汽壓力和溫度調(diào)節(jié)，引送風(fēng)機調(diào)節(jié)；汽機中的凝汽器、高低加、除氧器液位調(diào)節(jié)，減溫減壓器壓力、溫度調(diào)節(jié)等等均需要反饋控制功能實現(xiàn)，這里由邏輯圖實現(xiàn)。
以汽機除氧器液位調(diào)節(jié)為例。除氧器液位調(diào)節(jié)以除氧器水位作被調(diào)量，通過控制除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度，以維持水位在正常值。見圖：
3.2順序控制功能
鍋爐中的引送風(fēng)機電機控制，緊急放水閥門，加藥泵等；汽機和公共部分中的凝結(jié)泵，射水泵，給水泵，各個油泵及閥門調(diào)節(jié)等等均為順序控制可由順控表來完成。以鍋爐系統(tǒng)中排污閥門為例，見下圖。
3.3鍋爐爐膛安全保護系統(tǒng)（FSSS）
鍋爐由FSSS完成自動點火并實現(xiàn)爐膛安全保護功能。當(dāng)運行工況不符合要求或有不穩(wěn)定趨勢時，依照規(guī)定的運行工序保護動作跳閘，以避免鍋爐不正常運行。鍋爐運行時，任何一種危險工況出現(xiàn)，系統(tǒng)發(fā)出MFT信號，并指示出MFT首次跳閘的原因。來自FSSS或手動MFT的鍋爐跳閘指令將切斷所有燃料的輸入。
為方便操作人員，CRT屏幕上提供鍋爐跳閘首出報警原因指示。由FSSS檢測出的MFT首出原因在跳閘后立即在屏幕上顯示。
4結(jié)論
以上介紹了CS3000集散控制系統(tǒng)在某鋼鐵廠鍋爐汽機發(fā)電機組中的一些應(yīng)用。自2011年7月此機組投運以來，DCS系統(tǒng)穩(wěn)定，控制效果良好，各項技術(shù)指標(biāo)均正常，收到了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。這是一個很好的CS3000集散控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例。
【摘 要】分析了河北省西柏坡發(fā)有限責(zé)任公司600MW火力發(fā)電機組1950T/h超臨界鍋爐水平煙道爐底管出口集箱管座泄漏的原因，認為底管出口集箱管座泄漏與鍋爐膨脹受阻有關(guān)。根據(jù)分析結(jié)果，制定相應(yīng)對策，采取增加設(shè)備柔性、消除膨脹受阻等措施，在2013年大修中進行了現(xiàn)場改造。經(jīng)實際運行未發(fā)生過泄漏，值得在火力發(fā)電行業(yè)同類機組中大力推廣。
【關(guān)鍵詞】爐底管座；泄漏；對策
一、前言
600MW火力發(fā)電機組已是電力生產(chǎn)的主力機組，鍋爐大多為超臨界參數(shù)，因結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理造成鍋爐泄漏而引發(fā)的機組停運事故時有發(fā)生，已是影響發(fā)電廠安全生產(chǎn)的主要隱患之一，從而嚴(yán)重影響電廠的安全性和經(jīng)濟性。為此就河北省西柏坡發(fā)電廠鍋爐水平煙道爐底管出口集箱管座泄漏的問題，進行了原因分析并制定了可靠相應(yīng)對策和改造方案。經(jīng)實際運行考驗，改造方案十分成功。
二、設(shè)備概述
河北省西柏坡發(fā)電廠1950T/h超臨界鍋爐為北京巴布科克？威爾科克斯（B&WB）有限公司生產(chǎn)的B&WB-1950/25.41-M型超臨界直流鍋爐。單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、露天布置的P型鍋爐，鍋爐配有帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)。
帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)布置在爐后側(cè)，爐膛上部布置屏式過熱器，爐膛折焰角上方有中間級過熱器和末級過熱器。在水平煙道處布置了高溫再熱器。尾部豎井由隔墻分隔成前后兩個煙道，前部布置低溫再熱器。后部布置一級過熱器和省煤器，在分煙道底部設(shè)置了煙氣調(diào)節(jié)擋板。煙氣調(diào)節(jié)擋板后布置兩臺回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。
鍋爐本體汽水流程，來自高加的給水首先進入省煤器進口集箱，然后經(jīng)過省煤器管組和懸吊管進入省煤器出口集箱。省煤器出口集箱經(jīng)一根外部爐膛下降管被引入位于爐膛下部的水冷壁下集箱，然后沿爐膛向經(jīng)下部螺旋水冷壁進入位于爐膛中部的中間過渡混合集箱。從中間過渡混合集箱出來的工質(zhì)再進入爐膛上部垂直水冷壁，之后，工質(zhì)由水冷壁出口集箱經(jīng)連接管進入出口混合集箱，經(jīng)充分混合后進入爐膛頂棚管，再由爐膛頂棚管出口集箱進入位于鍋爐后部的汽水分離器。
三、存在問題及分析
#1鍋爐高溫再熱器自1993年12月投產(chǎn)至1997年12月4年時間里，共發(fā)生泄露27次，更換管子67根。1995年至1997年期間利用水壓試驗發(fā)現(xiàn)泄露43處。1995年大修時更換21根嚴(yán)重?zé)嶙冃喂茏?，上部承重管卡?/3脫落。針對不同泄露情況進行以下詳細分析。
（一）管材復(fù)雜造成膨脹偏差。為了降低鍋爐的制造成本，鍋爐廠家依據(jù)熱力計算，按再熱器沿程介質(zhì)溫度的不同采用了五種不同材質(zhì)的管子（Φ60×4.5，15CrMo，12Cr1MoV，12Cr2MoWVB，TP304，T22），但未充分考慮到因不同管材線性熱膨脹系數(shù)不同，各管子受熱膨脹量不同，脹差在管卡子及管材對接焊口處產(chǎn)生非常大的應(yīng)力，從而嚴(yán)重影響了管子壽命。
（二）管卡結(jié)構(gòu)及工藝存在缺陷。再熱器管排中管子間的導(dǎo)向定位板結(jié)構(gòu)不合理，如圖2所示，其膨脹間隙統(tǒng)一設(shè)計為15mm，由于余度不大，而且裝配工藝不良，無法保證間隙均勻，膨脹嚴(yán)重受阻。在導(dǎo)向定位板與管子的焊趾部將管子拉裂而造成泄漏停爐。另外，定位導(dǎo)向板直接焊在管壁上，其焊接質(zhì)量也很差，未熔合、咬坑、過燒缺陷嚴(yán)重。大修檢查中發(fā)現(xiàn)，#1爐再熱器 2301多個導(dǎo)向定位板30%～40%已脫落。
（三）高再管道的受力分析。高再出口段由于材質(zhì)不同、壁溫不同，其膨脹量也必然不同，尤其是TP304H為奧氏體鋼，其壁溫又最高，與其他管子的膨脹量相差很大。以高再向火第1根和第8根為例，經(jīng)計算，運行工況下第8根較第1根膨脹量大25.4mm。這樣由于膨脹量大的管子和膨脹量小的管子相互制約，使膨脹量大的管子承受壓應(yīng)力而彎曲，膨脹量小的管子則承受拉應(yīng)力。同時，由于管子之間的管卡設(shè)計不合理，只有15mm的單向位移量，加上制造、安裝誤差，相臨管子之間常因膨脹量不同而導(dǎo)致管卡卡死，在管卡與管子的焊接部位產(chǎn)生應(yīng)力集中。這兩種應(yīng)力的存在導(dǎo)致了管卡裂紋的產(chǎn)生。
例如，高溫再熱器出口管組第1根與第8根為同一管圈（見圖1）。第1根管材質(zhì)為鋼研102，計算壁溫為590℃，線膨脹系數(shù)為13.7×10-6mm/℃；第8根管子上部有7883mm長的TP304H，計算壁溫為605℃，線膨脹系數(shù)為18.8×10-6mm/℃。如果以承重管卡子為死點，只計算不同材質(zhì)但相同長度段（4914mm）的兩種管子膨脹差如下：
TP304H L1=（605-20）×18.8×10-6×4914=54.00mm
鋼研102 L2=（590-20）×13.7×10-6×4914=38.4mm
脹差 L=L1-L2=54-38.4=15.6mm
在運行狀態(tài)，不考慮任何熱偏差、也不考慮超溫的可能性，同一管圈在不足5m長的管子上就產(chǎn)生15.6mm的膨脹差，作用在管圈上的附加應(yīng)力就可想而知了。在運行和水壓試驗中發(fā)現(xiàn)的全部泄漏，均是在管排導(dǎo)向定位板焊趾和鋼研102管子對接焊口的焊趾處，呈橫向斷裂。經(jīng)金相分析，高再管子的開裂是管子在運行過程中金屬晶界因發(fā)生了微量元素P的偏聚及網(wǎng)狀碳化物的析出而顯著弱化，材質(zhì)嚴(yán)重脆化后，在應(yīng)力作用下發(fā)生的脆性開裂。
（四）失效爐管化學(xué)成分分析。將失效爐管的化學(xué)成分進行了分析，結(jié)果見表1，失效爐管的化學(xué)成分符合國標(biāo)GB5310-1995的規(guī)定。
（五）室溫及高溫拉伸性能。在第34排第7根和第40排第10根第1道管卡處取樣進行室溫和高溫拉伸，試驗結(jié)果如表2所示；可以看出，第40排第10根的室溫和高溫強度顯著偏高，同時塑性指標(biāo)δ5低于GB5310-85的要求。
（六） 膨脹應(yīng)力對管子性能的影響。鋼102是經(jīng)長期實踐證明具有優(yōu)良綜合機械性能、工藝性能、焊接性能和較高熱強性的材料，已廣泛使用于過熱器和再熱器，沒有發(fā)現(xiàn)過材質(zhì)的迅速脆化問題，該爐高再管子的脆化與該爐的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
從上面高再管子的受力分析可以知道，由于高再管子間膨脹量不同，以及管卡的設(shè)計不合理，在運行工況下，高再管子將承受很大的熱應(yīng)力；不管是拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力，它們產(chǎn)生的應(yīng)變將明顯加速材料的析出過程。#1爐高再管子晶界碳化物的析出和微量元素P的偏聚，正是較大膨脹應(yīng)力導(dǎo)致材料析出加速的結(jié)果。再者，由于管排外圈的重量是靠管子之間的承重管卡子依次傳遞到中間與聯(lián)箱連接的垂直管上，其管卡與管子的連接與導(dǎo)向定位板的連接相同，在膨脹應(yīng)力及管子和介質(zhì)的自重的作用下將其沿焊口撕裂，造成管子泄漏。
（七）鋼研102異種鋼焊口裂紋造成的泄漏。采用五種鋼材制造的再熱器，造成大量異種鋼對接焊口，而異種鋼焊接工藝復(fù)雜，技術(shù)條件要求高，并且存在許多難以解決的問題。比如，異種鋼焊口的焊接，是采用氬氣保護焊，在現(xiàn)場檢修或搶修中，很難達到其焊接工藝規(guī)范要求。因此，異種鋼焊接質(zhì)量就不能得到可靠的保證。
另外，國內(nèi)對鋼研102本身的焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)都不統(tǒng)一，機械工業(yè)部的標(biāo)準(zhǔn)要求進行焊后熱處理，電力工業(yè)部的標(biāo)準(zhǔn)對≤φ60 × 6mm的管子，不要求熱處理，而從現(xiàn)場情況來看，不論執(zhí)行那一個標(biāo)準(zhǔn)，都出現(xiàn)了鋼研102焊口裂縫。
分析其原因，鋼研102與其它鋼種的焊接存在以下幾個問題：
① 異種鋼的焊接應(yīng)力是溫度分布不均的熱應(yīng)力和相變引起的組織應(yīng)力；加上異種鋼焊接時，導(dǎo)熱系數(shù)的不同，膨脹系數(shù)的不同使焊口產(chǎn)生非常大的應(yīng)力集中，再迭加上管排異種鋼膨脹差產(chǎn)生的附加應(yīng)力，超過塑性較差的鋼研102母材或焊縫金屬極限強度時而發(fā)生開裂。② 由于鋼研102含奧氏體化合金元素很少，使焊縫的奧氏體形成元素不足，產(chǎn)生低塑性的馬氏體脆性層，而且焊縫熱影響區(qū)在焊接熱循環(huán)作用下形成淬硬組織。如果再考慮到近縫區(qū)經(jīng)受1300℃以上高溫后晶粒顯著長大，晶界面積相對減小，晶界強度降低，塑性大為下降，就使熱影響區(qū)呈現(xiàn)非常敏感的裂紋傾向。③鋼研102在焊后熱處理或是高溫運行條件下，產(chǎn)生較嚴(yán)重的脫碳和晶粒變粗。④在焊后熱處理或是高溫運行條件下，異種鋼焊口處發(fā)生碳擴散遷移現(xiàn)象，晶界上各種碳化物逐步聚集，相互作用，形成大顆粒的復(fù)合碳化物，使鋼研102一側(cè)產(chǎn)生較重的脫碳和晶粒變粗。而現(xiàn)論認為對低合金鋼來說，金屬含碳量低到一定范圍，就有一凝固裂縫敏感性急劇增大的區(qū)間。這一臨界含碳量大致為0.05%。
四、高溫再熱器的改造
針對以上原因分析，經(jīng)過調(diào)研和專家論證確定了以下改造方案。
（一）利用T91取代鋼研102。更換高溫再熱器管材。利用T91取代鋼研102和12Cr1MoV管材。T91鋼是美國橡樹嶺實驗室和燃燒工程公司冶金材料實驗室合作研制的9CrMoNbVGANG 鋼，主要用于電站鍋爐過熱器、再熱器管。其主要特點是高溫持久性能、蠕變性能優(yōu)異，沖擊韌性好，用于金屬壁溫≤625℃的高過和金屬壁溫≤650℃的高溫再熱器管及超臨界鍋爐高溫集箱和主蒸汽管道，具有良好的冷加工性能和傳熱性能。
這樣解決了大量的異種鋼焊接及不同材質(zhì)管子存在漲差的問題。
（二）改造管卡構(gòu)造。將原承重管卡改造為套管式，增加管卡與管子焊接面積，提高了其承重強度。將管排原定位導(dǎo)向定位板改造為對夾手銬式管卡，增大了管子膨脹的自由度，避免了管卡撕裂管壁的弊端。
（三）改造后情況。自1997年大修中對高溫再熱器改造至發(fā)稿歷時5年的時間里，設(shè)備運行穩(wěn)定，從未發(fā)生過受熱面泄露，管排整齊無變形，管卡完好無脫落，使再熱器頻繁泄露問題得到徹底解決。
五、結(jié)論
在管子材料設(shè)計較為復(fù)雜的高溫再熱器改造中，使用91鋼替代原設(shè)計管材以解決管子異種鋼焊口過多和管子漲差引起的變形應(yīng)力而發(fā)生的管子失效是成功的；采用套管式承重管卡和對夾式管卡，替代焊接式承重管卡及導(dǎo)向定位管卡徹底解決了管卡脫落撕裂管子的弊端。在同類型機組和同類型設(shè)計的高溫再熱器上采用上述方案是可行的、可靠的、有較高的應(yīng)用價值。
摘 要：循環(huán)流化床鍋爐（CFB）因本體自身或輔機系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致鍋爐BT（Boiler Trip），即停爐不停機，對整臺機組的運行產(chǎn)生較大的影響，該文主要針對這個運行過程對汽輪機及發(fā)電機系統(tǒng)安全、壽命影響進行描述、分析，對越來越多的循環(huán)流化床機組有一定的借鑒和指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐 停爐不停機 汽輪機及發(fā)電機安全、壽命
鍋爐BT（Boiler Trip）即停爐不停機，是指循環(huán)流化床鍋爐因本體自身或輔機系統(tǒng)出現(xiàn)故障，鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)機停運，爐膛內(nèi)暫處于燜火工況，用燜火狀態(tài)下的余熱為蒸汽系統(tǒng)供汽，在這種情況下，汽輪發(fā)電機仍繼續(xù)帶低負荷并網(wǎng)運行，為了維持更長時間，負荷可保持在2MW―3MW運行。在較短時間內(nèi)將缺陷處理后，恢復(fù)鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)機運行，逐步將機組負荷帶到要求的數(shù)值，恢復(fù)正常運行方式。
1 循環(huán)流化床鍋爐BT后，對汽輪發(fā)電機組系統(tǒng)運行的影響
1.1 對汽輪機系統(tǒng)運行的安全因素
高、中壓脹差變化情況
在BT持續(xù)過程中，機組中壓脹差正值降低，負值方向增大，主要原因是中壓缸進汽量很小，對于中壓轉(zhuǎn)子、中壓缸來說均是冷卻狀態(tài)，這種情況下，中壓缸缸體龐大，縮回速度較慢，轉(zhuǎn)子受到的冷卻
影響要遠大于汽缸，從而出現(xiàn)中壓脹差正值降低、負值方向增大現(xiàn)象；在BT工況下，高壓缸不再進汽，高壓轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量不能被排汽帶出，高壓缸排汽溫度升高很快，通常該溫度很快可由320℃升至380 ℃，當(dāng)高壓缸通風(fēng)閥開起后，缸內(nèi)蒸汽密度降低，排汽溫度逐步下降，高壓脹差也逐步降低。
1.2 汽輪機系統(tǒng)壽命的影響
汽輪機轉(zhuǎn)子的脆化現(xiàn)象是由于雜質(zhì)元素（特別是P和Sn）的晶界偏析而引起的，當(dāng)晶界偏析達到極限值時，整個部件可能發(fā)生斷裂事故。高、中壓轉(zhuǎn)子，以蠕變和熱疲勞損傷作為劣化的主要原因，重點要對這些損傷進行評價。
高、中壓缸及高、中壓轉(zhuǎn)子應(yīng)力變化情況
在鍋爐BT后，隨著持續(xù)時間的增長，高、中壓缸的缸體溫度下降的幅度越大，且下降得速度均較大，遠大于正常停機后的自然冷卻缸體下降速度，這樣對汽缸的金屬壽命影響很大。
機組在鍋爐BT后2 h時，高壓轉(zhuǎn)子外表面受到的拉應(yīng)力上至
最高75.8 MPa，幾乎同時中壓轉(zhuǎn)子外表面受到的拉應(yīng)力也上至最高115.9 MPa，這樣高拉應(yīng)力對轉(zhuǎn)子的破壞性特別嚴(yán)重。在此之后，隨著主汽、再熱汽溫度下降速度的變緩，應(yīng)力變化也逐步降低。
在鍋爐系統(tǒng)缺陷處理后，啟動風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)機恢復(fù)機組負荷過程中，汽輪機高壓轉(zhuǎn)子最大應(yīng)力達138 Mpa（壓應(yīng)力）（此時高壓上缸缸體金屬溫度達418 ℃、高壓下缸缸體金屬溫度達443 ℃），中壓轉(zhuǎn)子最大應(yīng)力達142 Mpa（壓應(yīng)力）（此時中壓上缸缸體金屬溫度達450 ℃、中壓下缸缸體金屬溫度達453 ℃），隨著機組負荷逐步穩(wěn)定后，應(yīng)力趨于降低并穩(wěn)定，這樣整體轉(zhuǎn)子應(yīng)力變化完成一個循環(huán)，每這樣循環(huán)一次，對汽輪機轉(zhuǎn)子壽命都有一定的損耗。
1.3 對發(fā)電機系統(tǒng)的影響
機組由高負荷或正常負荷工況下快速降低至2―3MW時，發(fā)電機本體發(fā)熱量急劇降低，其本體線圈溫度降低，其內(nèi)部氫氣濕度升高，特殊情況下可能產(chǎn)生結(jié)露，快速大量的冷縮使得線棒滑移量增大，頻繁這樣的工況，可能導(dǎo)致線棒磨破漏水，損壞發(fā)電機內(nèi)部設(shè)備。
發(fā)電機由高負荷降到極低負荷，運行一段時間后，再將負荷升起至正常負荷的過程，就是發(fā)電機內(nèi)部發(fā)熱部件熱應(yīng)力循環(huán)的一個過程，負荷率變化越大導(dǎo)致的交變應(yīng)力量越大，這樣頻繁的變化，會導(dǎo)致發(fā)電機內(nèi)部部分零部件松動或摩擦損壞。
1.4 BT工況下危險因素分析
低負荷工況下運行存在的危險隱患：
（1）汽包水位不易控制，易引起水位波動，主汽、再熱汽處于低溫運行狀態(tài)，且此時為了盡量保持主汽、再熱汽壓力下降速度慢，各疏水門均不開起，為此汽輪機存在水沖擊的隱患很大。
（2）主汽溫度、再熱汽溫度下滑較低，過熱度偏低，易產(chǎn)生汽中帶水現(xiàn)象，對汽輪機組有一定威脅，特別是長時間運行后，主汽、再熱汽溫度都已很低，都已遠低于對應(yīng)汽缸金屬溫度，為此汽溫對每個汽缸金屬都是一種強制的冷卻，有一定的破壞性。
（3）在BT極端低負荷2MW―3MW工況下運行，給水系統(tǒng)中的一臺汽泵必須退出給水系統(tǒng)，此時為了減緩主汽、再熱汽壓力下降速度，高旁、低旁均在關(guān)閉位置，由于主汽流量少、給水流量也相應(yīng)較少，運行汽泵的再循環(huán)門必須伴隨著開起，長時間這樣運行，此再循環(huán)閥的磨損相當(dāng)嚴(yán)重。
（4）單臺汽泵運行，電泵在運行狀態(tài)作為熱備用方式，消耗廠用電量。
（5）高過減溫水門、再熱汽減溫水門必須嚴(yán)密，否則影響到主汽、再熱汽的降低，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致汽中帶水、水沖擊。
（6）這種工況下，只有中壓缸進汽而高壓缸不進汽，要特別注意高壓缸至排汽裝置通風(fēng)閥開起及高壓缸內(nèi)部金屬溫度變化情況，防止因缸內(nèi)鼓風(fēng)損失大導(dǎo)致金屬溫度高、動靜部分發(fā)生摩擦損壞設(shè)備。
（7）鍋爐BT后機組從大負荷突降或重新啟動時，對鍋爐本體、汽機本體的運行都是很大的沖擊，鍋爐系統(tǒng)的膨脹節(jié)、焊口都是熱脹冷縮、風(fēng)壓波動可能造成薄弱環(huán)節(jié)處破裂泄漏。
（8）在鍋爐BT操作及恢復(fù)過程中，反復(fù)進行切缸、反切缸、廠用電切換等重大操作，引起人員誤操作的概率較大。
2 為了防止設(shè)備損壞、延長汽輪發(fā)電機組壽命，特制定以下防范措施
循環(huán)流化床鍋爐因設(shè)備或系統(tǒng)故障原因，可達到短時間的停爐不停機工況、減少發(fā)電機與電網(wǎng)解列引起的非停次數(shù)，但這些工況對機、電、爐系統(tǒng)及壽命都有不同程度的損傷，為此要盡量避免或減少這些工況的發(fā)生。
（1）提高鍋爐系統(tǒng)中設(shè)備的健康水平，盡量減少BT的發(fā)生。
（2）在鍋爐發(fā)生BT進行調(diào)整操作過程中，如果10 min內(nèi)，主汽、再熱汽溫度下降超過50 ℃，必須立即打閘停機，防止汽輪機進水，導(dǎo)致汽輪機大軸彎曲事故的發(fā)生。
（3）汽輪機降負荷運行，保證主汽、再熱汽汽溫與相應(yīng)的汽缸內(nèi)壁金屬溫度偏差不得高于50 ℃，如果超過該值，必須立即打閘停機，防止汽輪機系統(tǒng)損壞。
（4）按照汽輪機運行說明書要求，過熱汽和再熱蒸汽溫度降低速率不得超過1℃/min，且過熱度最低必須維持在80 ℃以上，汽輪機降負荷采用“中缸控制”運行方式，再熱汽溫度必須高于430 ℃。
（5）在鍋爐系統(tǒng)缺陷消除、各種風(fēng)機啟動恢復(fù)過程中，各擋板開起速度要緩慢，各種風(fēng)壓變化要適度，防止風(fēng)壓大起大落導(dǎo)致風(fēng)煙系統(tǒng)非金屬膨脹節(jié)超壓破裂。
（6）在汽輪發(fā)電機升負荷過程中，嚴(yán)格控制升負荷率，防止加負荷速率過大導(dǎo)致發(fā)電機內(nèi)線棒或其他部件碰摩損壞。
