汽车的一键启停,又称无钥匙启停,很多人应该都知道或者每天都在使用。火电厂虽然传统,但是也有不少智能解决方案,其中也有汽车一键启停类似的黑科技。相比汽车一键启停按钮背后车载电脑所完成的操作,火电厂一键启停的技术上的含金量、科技含量就要高得多得多……
作为流程工业的一种,现代大型火力发电厂生产的全部过程相当复杂,从燃料输入到电力输出的生产的全部过程要经历复杂的流程,尤其是现在电力系统中装机容量最多的超超临界机组更是如此,主、辅设备数量众多、容量大,运行参数高,系统结构较为复杂,被控参数耦合性强,运行工况转换快。下面是一个燃煤电厂的系统流程简图。
以某个1000MW超超临界间接空冷机组为例,单元机组主系统管道仪表流程图共有70多张,锅炉、汽轮机、发电机、电气系统等大大小小的系统50多个。机组启动过程又分为冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动四种方式。每次启动前都要进行启动前检查和辅助系统投入,启动前检查至少有32项,要投入15项辅助系统。如果是冷态启动,要经历锅炉上水、锅炉吹扫前准备、锅炉吹扫、锅炉点火、锅炉升温升压、汽轮机冲转前准备、汽机冲车/升速/暖机、发电机同期并网、升负荷等十几个步骤。系统复杂性大家自行脑补一下,启停过程中要协调操作好这么多的系统和设备是多么费心劳力。
虽然火电厂都广泛采用了分散控制管理系统(DCS)来实现生产的全部过程的自动控制,但是要将庞大且复杂的工艺系统启动起来并保持平稳运转绝非易事,这期间要考虑各种主辅系统互相协调匹配,任意一个环节出了问题,都可能会引起启动失败,除此之外还必须要保证人员、设备的安全和机组运行的经济性,其难度一点不比发射神舟载人飞船低多少。
在火电厂DCS中顺序控制子系统(SCS)是机组启停过程中主要使用的控制子系统。由于火电厂系统复杂,设备众多,SCS设计采用分级控制的思想,一般工程的SCS设计分为功能组、子功能组及驱动级三个层次。在一键启停技术出现之前,机组的启停操作主要靠运行人员通过DCS操作员站手动进行,调用各个功能组、子功能组实现机组的启停,需要大量准确的操作才可能正真的保证机组顺利启动和停止,对机组运行人员的操作、运作状况判断水平要求十分严格,启停过程中运行人员一定全神贯注,高度紧张。由于启停机过程中难免出现各种意外和突发情况,运行人员还要随机应变及时作出调整控制方式,一次启停机操作下来,能够说是又虐心又虐人。
随着国产机组主、辅设备可靠性的逐步的提升,DCS越来越强大、性能日趋完善,一键启停功能作为一种黑科技在火电厂中的应用愈来愈普遍。所谓一键启停,就是在常规SCS系统已有的三个层次之上设置机组级顺序控制(Automatic Power Plant Startup and Shutdown System),简称APS。这种分层的结构将整个机组控制化大为小,将复杂的控制管理系统分成若干个功能相对独立和完善的功能组,减轻了机组控制级统筹全厂控制的压力,简化了控制管理系统的设计。具备一键启停功能的SCS系统层次结构如下图所示。
有了一键启停功能之后,每次机组启停机时,运行人员只需在DCS的操作员站的监控画面上用鼠标轻轻点击一个按钮,APS系统将按照规定好的程序,协调DCS各个子系统及其它相关控制管理系统,自动发出各个设备/系统的启动或停运命令,最终实现发电机组的自动启动或自动停运。
火电厂的一键启停除了提高机组控制自动化水平,让机组启停更轻松,减轻运行人员的操作强度,还有别的多方面的好处,比如减少运行人员的操作失误,提高机组长期安全运行水平;缩短机组启停时间,减少机组启动时能量消耗;规范应对启停过程中的故障工况,提高机组设备故障处理的正确率;提高自动调节品质,提高机组长期经济运行水平等等。正因为火电厂的一键启停的应用具有如此多的优点,目前不论是新建电厂还是改造电厂,它已经越来越成为一种必选的标配功能。
中国能建华北院设计的神华北京燃气热电厂装机容量950MW,供热面积约1300万平方米,是北京市重点工程、神华集团窗口工程、智能国华示范工程。该项目以 “一键启动,无人值守、全员值班的信息化电站”为目标,坚持从顶层设计到工程实践落实智能燃机电站示范工程理念,被誉为“中国最聪明的电厂”。通过全过程无断点的机组自启停系统(APS)的应用,电厂每次冷态启动时间为2.5小时,与同类型机组每次启动耗时6小时相比,单次冷态启动节约时间3.5小时,换算为节约燃气23.3万元,机组多发电获利25.8万元(电价0.68元/Kwh),节约除盐水1200吨,每次APS启动可以合计节省50.9万元。如果按照每年折合冷态启动20次来计算,每年总计能节约1018万元。
宁夏方家庄电厂是中国首座百万间接空冷智慧电厂,首次以工程设计单位中国能建华北院为APS系统的主导并在工程建设中同步实施APS,本工程从可行性研究阶段开始即确定采用APS技术,在随后设计中始终持续贯实施彻此项功能规划。工艺、电气以及热控专业对各主机、辅机设备招标、系统设置等方面做了周密设计,机组高度自动化。控制管理系统设计根据各主机、辅机设备供货商提供完整的启动、停止控制要求和相关的报警、保护动作设定值进行APS控制逻辑的设计和调试。通过实施完善的机组自启停技术,全面规范了机组启停过程中的操作,减少了误操作的机会,极大的提高了机组整体的自动化水平。