基于工业供热机组汽源切换的优化研究

洪成磊

上海申能电力科技有限公司，上海，200131

0 引言

“十三五”以来,我国低碳产业发展迅速，取得了前所未有的成绩[1]，随着国家节能减排政策的推行，各热力行业逐步加强了对热能的梯级利用[2]。采用大型的供热发电机组，已成为实现集中供热的主要解决方案[3]。近年来，我国区域性工业热负荷的需求不断增加[4]。某工业园区内2*350MW超临界机组参与对外工业供热，单机供热汽源有冷再蒸汽和A3抽汽两路，其中：当机组负荷升高后，冷再、A3抽汽压力升高，在相同的供热参数下，冷再汽源供热经济性降低，A3抽汽压力达到供热需求时，及时切换至A3抽汽供汽，可提高机组供热经济性；机组负荷降低后，A3抽汽压力降低，无法满足供热需求，及时切换至冷再汽源，确保供热稳定性。然而，目前上述两路供热汽源无法实现自动切换，如此，一方面增加了运行人员的操作量；另一方面随着负荷波动，供热汽源每天进行频繁切换，增加了运行人员误操作风险[5]。因此，随着机组负荷变动，实现冷再蒸汽和A3抽汽对外供热时的在线自动程控无扰切换，既可保证工业负荷连续供热，同时提升机组供热的安全性、灵活性和经济性[6]。

1 工业供热基本原则

单台机组对外供热汽源有A3抽汽、冷再蒸汽，供热系统如下图所示：

图1中：（1）对于冷再蒸汽供热管路：Pzr0为冷再蒸汽抽头后蒸汽压力，Pzr1为减温减压器入口蒸汽压力，Pzr2为减温减压器出口蒸汽压力。（2）对于A3抽汽供热管路：P30为主机A3抽汽口后蒸汽压力，P31为减温减压器入口蒸汽压力，P32为减温减压器出口蒸汽压力。（3）对于供热蒸汽联箱前汇总管路：PAim为供热蒸汽联箱入口蒸汽压力。

其中：（1）A3抽汽压力是否能够满足对外提供供热蒸汽的判据可为：

1）A3抽汽退出供热：当P30小于或等于（PAim+0.01MPa），并延时10s，关闭A3抽汽液动快关阀，同时连锁关闭A3抽汽电动调节阀（即退出自动）、A3抽汽气动逆止阀；

2）A 3 抽汽可以供热：当P 3 0 大于（PAim+0.1MPa），并延时30s，连锁开启A3抽汽液动快关阀、气动逆止阀，A3抽汽电动调节阀重新投入自动控制。

（2）冷再蒸汽压力是否能够满足对外提供供热蒸汽的判据可为：

1）冷再蒸汽退出供热：当Pzr0小于或等于（PAim+0.01MPa），并延时10s，关闭冷再蒸汽液动快关阀，同时连锁关闭冷再蒸汽供热电动调节阀（即退出自动）、冷再蒸汽气动逆止阀；

2）冷再蒸汽可以供热：当P z r 0 大于（PAim+0.1MPa），并延时30s，连锁开启冷再蒸汽液动快关阀、气动逆止阀，冷再蒸汽电动调节阀重新投入自动控制。

2 两台机组供热切换原则

基于供热可靠性和经济性，对于两台机组，制定供热切换原则如下：

通过合理设置不同机组A3抽汽、冷再蒸汽投入供热运行的先后顺序，实现尽可能利用A3抽汽优先供热，以提高机组供热的经济性；

1）指定一台机组，A3抽汽优先供热；

2）在1)的基础上，另一台机组A3抽汽作为补充；

3）在2）的基础上，1）中指定机组的冷再蒸汽作为补充；

4）在3）的基础上，另一台机组的冷再蒸汽作为补充。

注：根据上述供热汽源的投用次序，将不同机组的不同汽源用于供热时蒸汽压力的目标值按照略微差异进行设定且目标值各不相同，该目标值的差异为基于压力测点的测量精度范围内的微小值，且各压力目标值间的差异对实际供热蒸汽联箱入口蒸汽压力PAim的影响完全可以忽略。

例如，指定供热汽源优先次序依次进行：1号机组A3抽汽、2号机组A3抽汽、1号机组冷再蒸汽、2号机组冷再蒸汽。具体地，可将两台机组的不同供热汽源的供热压力目标值（按优先次序的相邻目标值之间差值为△）设定如下：

1）1号机组A3抽汽供热电动调节阀设定值PAim MPa；

2）2号机组A3抽汽供热电动调节阀设定值PAim-1*△ MPa；

3）1号机组冷再蒸汽供热电动调节阀设定值PAim-2*△ MPa；

4）2号机组冷再蒸汽供热电动调节阀设定值PAim-3*△ MPa。

当单台机组遭遇异常情况，导致其汽轮机需要紧急停机时，该机组跳闸后将关闭A3抽汽液动快关阀和冷再蒸汽液动快关阀，同时连锁关闭A3抽汽电动调节阀（即退出自动）、A3抽汽气动逆止阀和冷再蒸汽供热电动调节阀（即退出自动）、冷再蒸汽气动逆止阀；随后，运行机组自动接管部分直至全部供热蒸汽需求，最终确保工业供热稳定。

3 优化过程

3.1 阀门开关时间测试

2020年11月，对机组A3抽汽供热电动调节阀、冷再蒸汽供热电动调节阀25%、50%、75%、100%开度开关时间进行试验，初步确定了两路汽源无扰切换的可能性。

表1 阀门全行程开关试验数据

从上述表格中不难看出，冷再蒸汽供热电动调节阀、A3抽汽供热电动调节阀全开、全关时间基本为40秒，75%开度时间为30秒，50%开度时间为20秒，25%开度时间为10秒，线性较好，且开关耗时较短，为后续进行两路汽源的无扰切换提供了可能性。

3.2 单台机组两路汽源无扰切换优化

3.2.1 单台机组由冷再汽源切至A3抽汽汽源供热

（1）检查机组在冷再汽源供热方式下运行正常，供热参数满足要求，冷再供热电动调节阀压力设定值1.15MPa（根据当时供热情况），供热联箱压力稳定；

（2）检查机组A3抽汽供热电动隔绝阀全开；

（3）由于机组负荷满足A3抽汽供热条件，检查A3抽汽供热液动快关阀、A3抽汽供热气动逆止阀全开；

（4）检查A3抽汽供热管道疏水畅通，备用正常；

（5）检查机组A3抽汽供热电动调节阀全关，将电动调节阀投自动，被调量是供热母管压力，压力设定1.25MPa；

（6）由于A 3 抽汽电动调节阀设置值为1.25MPa，高于供热母管压力（1.15MPa），故A3抽汽供热电动调节阀自动开大，就地检查供热管道无振动现象，随着供热母管压力升高，冷再供热电动调节阀压力设定值（1.15MPa）低于供热母管压力，冷再供热电动调节阀自动关小直至关闭；

（7）最终完全切换为由A3抽汽供工业用汽，或A3抽汽供热电动调节阀较大开度供热；

（8）对切换过程进行记录，并通过分析，进一步优化切换时间；

（9）检查机组A3抽汽供工业用汽正常，供热母管温度、压力、流量满足要求，机组各参数均正常。

3.2.2 单台机组由A3抽汽汽源切至冷再汽源供热

（1）检查机组在A3抽汽汽源供热方式下运行正常，供热参数满足要求，A3抽汽供热电动调节阀压力设定值1.25MPa（根据当时供热情况）；

（2）检查机组冷再供热电动隔绝阀、液动快关阀、气动逆止阀全开，冷再供热电动调节阀全关；

（3）检查冷再供热管道疏水畅通，备用正常；

（4）将冷再供热电动调节阀设定值临时调高至1.28MPa，高于供热母管压力（1.25MPa），故冷再供热电动调节阀自动开大，就地检查供热管道无振动现象，随着供热母管压力升高，A3抽汽供热电动调节阀压力设定值（1.25MPa）低于供热母管压力，A3抽汽供热电动调节阀自动关小直至关闭；

（5）机组降负荷过程中，A3抽汽压力降低，当A3抽汽压力－供热母管压力≤0.01MPa时，延时10s，关闭A3抽汽液动快关阀，同时连锁关闭A3抽汽电动调节阀、A3抽汽气动逆止阀；

（6）最终完全切换为由冷再供工业用汽；

（7）对切换过程进行记录，并通过分析，进一步优化切换时间；

（8）检查机组冷再供工业用汽正常，供热母管温度、压力、流量满足要求，机组各参数均正常。

3.2.2 现场试验调试情况

2021年4月，对2号机组A3抽汽供热电动调节阀、冷再蒸汽供热电动调节阀PID参数进行优化，调节阀门开、关时间，同时对A3抽汽供热电动调节阀、冷再蒸汽供热电动调节阀设定值进行偏差设置，冷再蒸汽供热电动调节阀设定值为1.15MPa，A3抽汽供热电动调节阀设定值为1.25MPa。将A3抽汽供热电动调节阀上限设定为80%，使得A3抽汽供热电动调节阀与冷再蒸汽供热电动调节阀具有一定的重叠度，可提前开启冷再蒸汽供热电动调节阀。解除机组AGC，负荷在220MW～290MW之间，按机组最大升、降负荷速率8.5MW/min快速升、降机组负荷，以验证两路汽源切换的稳定性。

经过变负荷优化，模拟机组可接受的最极端工况考验：A3抽汽供热电动调节阀、冷再蒸汽供热电动调节阀自动调节情况较好，能够满足机组快速升、降负荷过程中两路汽源自动无扰切换功能。2021年7月，按上述方法对1号机组进行汽源在线无扰切换优化，同样取得了较好的优化效果。

3.3 两台机组供热汽源无扰切换优化

2021年7月，机组负荷235MW～320MW，1号机组A3抽汽对外供热，A3抽汽供热电动调节阀设定值1.21MPa，1号机组冷再蒸汽作为备用，冷再蒸汽供热电动调节阀设定值1.18MPa，2号机组A3抽汽供热电动调节阀、冷再蒸汽供热电动调节阀手动关闭，供热联箱压力1.18MPa。

将2号机组A3抽汽供热电动调节阀投入自动，设定值1.21MPa，1号机组A3抽汽供热电动调节阀设定值由1.21MPa修改为1.15MPa。

当2号机组A3抽汽供热电动调节阀投入自动后，由于其设定值为1.21MPa，故默认此时对外供热由2号机组A3抽汽提供，2号机组A3抽汽供热电动调节阀逐渐自动开启，而1号机组A3抽汽供热电动调节阀由于设定值修改为1.15MPa，故调节阀逐渐关小，此时1号机组冷再蒸汽供热电动调节阀设定值仍为1.18MPa，作为对外工业供热的备用汽源。整个自动切换过程中，1号机组A3抽汽供热电动调节阀缓慢关闭，2号机组A3抽汽供热电动调节阀缓慢开启，阀后压力缓慢升高，直至对外工业供热由1号机组A3抽汽切换到2号机组A3抽汽。在此期间，供热联箱压力、工业供热流量均满足供热需求。

4 总结

通过单台机组汽源在线无扰切换优化，在运行人员未进行干预的前提下，随着机组负荷变动，实现冷再蒸汽和A3抽汽对外供热时的在线自动程控无扰切换，供热联箱压力可满足机组供热需求，既保证工业负荷连续供热，同时提升机组供热的安全性、灵活性和经济性。两台机组汽源切换过程中，通过对1号机组A3抽汽供热电动调节阀、2号机组A3抽汽供热电动调节阀设定值进行偏差设置，可以实现对外工业供热由1号机组切换到2号机组的目的，压力波动范围可满足对外供热需求，更为主要的是为后续供热量增加，两台机组A3抽汽同时对外供热积累经验。