实现余热电站负荷自动调整的简易方法

马哲

水泥窑余热发电站的负荷一般是由中控操作员根据锅炉的产汽量人工进行增减，也就是根据汽轮机的进汽压力人工进行阀位调整。当中控操作员监控到进汽压力上升时，适当增加负荷；当监控到进汽压力降低时，适当减少负荷，维持汽轮机进汽压力的稳定。此项操作要求中控操作员有较高的操作水平，阀位调整过快或过慢都会造成发电站负荷、汽包水位等发生大的波动，不利于发电站的稳定运行。本文以我公司运营的水泥余热发电站为例，阐述如何通过简易的改进，实现汽轮机在串级恒压控制方式下运行，进而实现自动增减负荷的目的。

1 余热电站原负荷控制方式

该余热电站的DEH系统采用的是典型的WOOWARD505+VOTH阀系统，汽轮机的控制方式采用阀位控制方式，操作上主要是由中控操作员根据汽轮机进汽压力调整调速汽阀的开度，控制汽轮机的进汽量以调整负荷。虽然在WOOWARD505的配置中也有功率控制方式，但由于水泥窑余热锅炉产汽量的不可控性（与窑况相关），使得此功率控制方式实际上无法投入使用。

2 改进方案

对于余热电站来说，实现负荷自动控制实际上就是实现汽轮机在恒定进汽压力下运行。通过对电站工艺流程、图纸、WOOWARD505装置说明书进行分析，结合现场的实际情况，最后确定如下经济适用的改造方案：对WOOWARD505外部接线进行简单更改，投入WOOWARD505装置的串级控制方式，设定为压力控制；DCS编制简易程序实现压力信号的引入及串级压力控制的投退。控制逻辑的结构框图如图1所示。

DCS系统将进汽压力变送器信号做无坏点判断后，通过AO点开出，接入WOOWARD505装置的AI点，作为串级压力控制方式进汽压力的采样点；DCS人机界面设置恒压控制的投/退按钮，通过DO点接入到WOOWARD505装置的DI点，控制串级压力控制的投/退。当串级压力控制方式投入作用时，WOOWARD505装置通过设定压力与实际压力的差值，采用PID控制方式，输出电信号至VOTH阀，VOTH阀将电信号变为对应的油压信号控制油动机的行程，从而控制调速汽阀的开度。当调速汽阀开度变化后，对应的进汽压力也发生变化，又通过DCS将进汽压力信号反馈给WOOWARD505装置，实现闭环控制。

图1 控制逻辑结构框图

3 具体实施

3.1 DCS系统的改动

本余热电站的DCS系统是和利时的MACSV系统，共分为两个控制站：10号站为汽机控制站，11号站为锅炉控制站。10号站的33模块（型号FM151A，模拟量输出模块）的第2、3通道为备用通道，选第2通道为进汽压力信号输出通道，在程序中将进汽压力变送器的数值直接赋到AO点；10号站的40模块（型号FM171B，开关量输出模块）的第5、6、7通道均为备用通道，选第5通道为DCS恒压投/退控制方式的DO点，在人机界面上设置“恒压控制”投/退按钮，按下为投入（DO点闭合），弹开为退出（DO点断开）。同时，判断进汽压力变送器信号的状态，如果信号点异常，闭锁投入恒压控制，断开DO点。

3.2 装置接线的改动

DCS系统与WOOWARD505装置之间只需增加4根控制线，具体接线方式如图2所示，WOOWARD505原备用点DI#7接DCS恒压投/退控制的DO点，WOOWARD505原备用点AI#1接DCS进汽压力信号的AO点。

3.3WOOWARD505装置的配置

完成WOOWARD505装置的接线后，有三个模块的程序需要进行改动，分别是 ANALOG INPUTS、CONTACT INPUTS、CASCADE CONTROL。

（1）将AI#1配置为串级输入功能，进入ANALOG INPUTS模块，进行如下配置：

Analog Input#1 Function_______Cascade input

Input 1 4mA Value_______Units 0

Input 1 20mA Value_______Units 6400

（2）将DI#7设置为串级功能投/退的使用点，进入CONTACT INPUTS模块，进行如下配置：

Contact input 7 Function_______Casc control Enable

（3）对串级控制的数据进行配置，主要包括串级方式的进汽压力设置的范围、转速限值、PID参数等，进入CASCADE CONTROL模块，进行如下配置：

Use Cascade Control?.............Y

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Invert Cascade?......................Y

Min Cascade Setpt_______1270

Max Cascade Setpt_______2290

Casc Setpt Rate(/sec)_______Units/SEC 5

Use Setpoint Tracking?.............Y

Speed Setpt Lower Limit_______RPM 3000

Speed Setpt Upper Limit_______RPM 3180

Cascade Droop_______%0

Casc PID Prop Gain_______%5

Casc PID Integral Gain_______rps 0.3

图2 新增串级控制的WOOWARD505装置的端子接线图

Casc Derivative Ratio_______%100

Casc Units of Measure_______KP

通过上述简易的改线与编程配置，在未增加任何设备的情况下，比较容易地就完成了此次改进。改进后，中控操作员只需在DCS画面上操作“恒压控制”投入，即可完成汽轮机串级恒压控制方式的投入，从而实现负荷增减的自动调整。