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火電燃煤機組APS十問十答
時間:2020-05-18 08:48:30

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多年來,APS(APS-Automatic Procedure Start-up/Shut-down)在國內也算是一個熱門話題。說是“智慧”電廠也好還是“智能”電廠也好,無非兩個方面,一個是電廠的經營管理,另一個就是機組的生產過程控制。APS就是生產過程控制中高度自動化的標志性功能,因其有協同的廣域性,全程的自動化能力,控制策略和邏輯模塊的智能化,所以被看做是智能電廠的重要組成部分。畢竟,電廠終歸還是以發電為主業,確保機組安全、經濟運行是電廠創造價值的堅實基礎,生產過程控制是形成這個基礎的主要因素之一,APS就成了這個主要因素的熱點。國內從上個世紀九十年代初就有專業人員涉足APS的研究,2004年開始陸續有電廠提出或實施了以APS為名目的項目。但是,從公開的報道和實地了解,某些項目似乎與APS有同名歧意之嫌。真實地還原APS本來的理念、用途、特點,將有利于今后電廠智能控制的進步和發展。

1 、 火電廠的APS都一樣嗎?

火力發電廠通常有兩種機組,一種是燃氣輪機,另一種是燃煤機組,兩種機組都有APS控制,燃氣輪機APS的產生和應用早于燃煤機組。燃氣輪機發電機組的APS,英文全稱是Automatic Plant Start-up and Shut down System,控制功能與汽輪發電機組的DEH更為相似,但比蒸汽輪機多了燃燒控制。燃煤機組的APS英文全稱是Automatic Procedure Start-up/Shut-down,從控制范圍、整體結構到回路控制方式相比于燃氣輪機,燃煤機組的APS要復雜得多,控制難度也高了許多。

2 、 APS是干什么用的?

簡單地說,就是用于自動啟、停機組的。復雜點兒描述APS用于燃煤機組的用途是:在機組規定的運行區間內分階段自動程序控制遞進導引熱控系統啟、停機組。按步序循序遞進是APS的基本工作方式,火力發電廠燃煤機組被控對象的特點是開關量與模擬量交織在工藝流程中,我們把這種系統稱之為“復合變量系統”(簡稱“復變系統”),APS直接指令或調用如SCS、MCS、BMS、DEH、CCS等的各種熱工控制系統,全工況、全過程、全自動地參與機組啟??刂?,完成復變系統的調控。在先進的工業發達國家,APS已經是一種非常實用的控制技術,成為大型燃煤機組的標配。

3 、 為什么說APS是程序控制?

程序控制與順序控制一字之差,雖然兩種控制都是按步序循序遞進,但控制理念、邏輯策略和復雜程度大不相同。單純的開關量步進自動控制被定義為順序控制(Sequence Control),知道多米諾骨牌吧?可以把單純的開關量執行過程想象成如同推倒一副多米諾骨牌。能夠讓開關量和模擬量兩種以上不同變量交叉引用、互為因果,融為一體并按步序遞進的控制被稱為程序控制(Procedure Control)。APS是不同控制方式的集合,控制多種不同類型的參數,所以是程序控制。

有人說APS就是一個大順控,意思是把常規控制各自獨立的順序控制連接起來就成了APS。APS邏輯步序雖然與順控“疑似”,但內里乾坤與順控差的就不是一星兒半點兒。順控,一棵樹,大順控,一棵大樹,APS,一片大森林,那是相當的不一樣。

4 、 APS是如何產生的?

上個世紀七十年代,國外某些先進工業國家的電網為了確保電能品質,同時兼顧電網的安全和經濟性,采用了DSS(每日啟停)運行方式來實現電網的深度調峰,430MW燃煤機組作為調峰主力參與其中,到了八十年代采用了容量更大的700MW機組加入DSS調峰。DSS方式一般是當日8:00時~22:00時高負荷運行,22:00時停機備用,次日啟機8:00時帶負荷迎早高峰。這種大容量的燃煤機組若依靠人工手動啟、停耗時費力,安全風險自不待言。天長日久,每天一次啟停,燃煤機組啟、停時間相對較長的問題若不解決,燃煤機組以DSS方式參與電網調峰將無以為繼。有什么樣的需求,就有什么樣的控制。為了確保在機組允許的最短時間內安全地啟停機組,因此催生了APS,成為大型燃煤機組熱控的標配。這里特別需要說明的是,隨著科技進步,DCS的應用有力地支持了APS快速地走向成熟。DSS運行方式, 機組啟停APS日日相伴,成為運行人員手中的常備利器??赡苡腥藭?,我們這種長期運行一年也啟停不了幾回的機組,用APS有意義嗎?

5 、 為什么要用APS?

APS雖然是熱工控制的一種,但卻是現代電廠高度自動化、智能化的標志。這是因為,想要實現APS,所有參與APS的熱工控制必須具有“一鍵啟?!钡幕灸芰?,APS的這道門檻令MCS、SCS、CCS等熱工控制系統產生了脫胎換骨的變革,以往常規的熱工控制工作方式、控制策略和邏輯模塊在智能化方面前進了一大步。在機組靜止狀態下,MCS就能夠投入“自動”,設備系統一旦運轉,MCS可以 “超馳糾偏”轉入調節。同樣在設備靜止狀態下,SCS能夠投入冗余設備缺省自動聯鎖。CCS也成為名副其實的“全程”控制,只要汽輪機旁路開啟,CCS就能投入自動調節。鍋爐給水、燃燒、制粉和風煙等熱工控制系統“一鍵啟?!?,不打半點兒折扣。因APS而極大地提高了機組的熱工自動化水平,智能化的熱工自動控制成就了APS,相得益彰,促進了燃煤機組的安全、經濟運行。APS也就成為評價電廠生產技術管理、熱工控制和機組運行水平高低的一種標準。即便電廠不是DSS運行方式,APS同樣值得大力推廣應用。近些年來,在世界范圍內,許多國家都在火力發電廠燃煤機組招標技術規范中明確了APS作為熱工自動控制的必備功能,列入機組商業運行的考核項目,足以見得各國對燃煤機組APS的信任程度,形成一種應用先進技術的潮流,同時也表明APS已經是一種非常實用的控制技術。

6 、 APS能夠一鍵啟停嗎?

APS從來沒有自詡是“一鍵啟?!?。APS系統邏輯結構采用縱、橫制設計。橫向分階段,若干個獨立的分布式主控器次第連接,構成APS控制系統。如若APS啟停都設計為6個階段,每個階段開始之前皆有按鍵操作,所以APS不能夠“一鍵啟?!???v向分層級,設置若干步序,每一步序分層分級導引熱工系統完成控制,能實現 “投后不管”這種近乎“傻瓜”機的操作,控制邏輯已經具備判斷進程方向、路徑,決定進退、轉轍的“自主思考”能力。所以,真正能“一鍵啟?!钡氖菬峁た刂葡到y。例如,鍋爐給水、風煙、燃燒、制粉、燃燒器管理等系統。還有技術難度不低于一鍵啟停的自舉隨機投切自動的MCS回路,一臺600MW等級的燃煤機組有上百個這樣的MCS回路參與了APS的控制。

有人設想,APS不需要斷點才是最先進的。APS“一鍵啟?!狈遣豢赡?,APS在先進工業國家已經有了幾十年的應用經驗,之所以至今仍沿用分階段控制,主要原因是能有效地提高APS應對機組復雜工況的彈性和利用率。不是說實踐出真知嗎。

7 、 應用APS有限制嗎?

APS應用的負荷區間是有限制的。若以機組發電負荷劃分,對燃煤機組而言,啟動時,從機組停運的靜止狀態開始,投入APS,應用APS啟動機組,待機組達到鍋爐不投油穩燃負荷后,APS自動退出。機組停止時,在高于鍋爐不投油穩燃負荷之上15%的負荷下投入APS,應用APS降負荷及至機組設備全部停運,APS自動退出。

APS管控的設備是有限度的,一臺600MW等級機組納入APS導引的設備大約有500多臺。APS本身是軟件的集成,沒有硬件I/O通道,只能利用導引的熱工控制系統驅動設備,APS設計時優先考慮那些操作反復、啟停先后連貫、設備數量較多的工藝系統利用APS代替人工操控,體現出計算機輔助操作的優勢。而一次啟動后,機組即便短時間停機也無須或不允許停運的系統,比如輔助蒸汽、空壓機、冷卻水、發電機氫冷等系統都是在APS之外獨立啟動的,這樣的系統大約有20多套。

APS適用的時機是有條件的。依據汽輪機(以亞臨界機組為例)第一級金屬溫度,機組啟動劃分有冷態(<120℃) 、溫態(120℃~300℃) 、熱態(300℃~380℃)和極熱態(>380℃)等四種狀態。APS最適宜的應用是在機組溫、熱和極熱狀態下啟動以及某一預定負荷(高于不投油穩燃負荷15%ECR)以上的停機。機組檢修后的冷態啟動并不適合APS應用,根據不完全統計,啟動前機、爐、電設備和系統的現場檢查以及就地操作主要項目合計超過5000多項,用APS啟動機組顯示不出太多的優勢,通常還是采用熱工控制系統 “一鍵啟?!?的方式更符合電廠運行的實際需要。

8 、 APS相當于“電子規程”嗎?

曾經見到有電廠設計APS,設計思路是,只要依據電廠現行的運行規程和人工操作經驗,經DCS邏輯組態成大順控,就成了APS,認為APS就是運行規程的電子化。這與真正意義上的APS在設計理念、策略、方法、邏輯等方面相差甚遠。機組的運行規程基本上都是按人工操作的步驟編寫的,用于規范人工操作。人工操控設備只能按次序一臺一臺的來,這叫串行操作。APS依托的是DCS,DCS是什么?計算機啊,俗稱電腦。電腦發出一條指令即刻同時啟動設備幾臺、十幾臺乃至幾十臺不等,所謂的并行操作,或多線程控制。APS實施控制就要站在充分發揮電腦特長的角度去設計控制策略才是正確的方法。如果真的按照電廠運行規程照搬人工手動啟動、停止的操作順序,把APS控制看成或做成“電子規程”,實在是浪費了DCS的資源和誤解了APS的功能。運行規程只能作為設計APS邏輯的基本素材,應用現代控制理論發揮DCS特長優化設備操控而形成APS的控制策略和邏輯步序才符合計算機控制的規律。成功投運的APS中有大量先進的超馳控制和智能化邏輯,這些生產過程自動控制的專業內容不是簡單的一句“電子規程”所能概括的。

9 、 APS有哪些智能化的設計?

APS含有許多智能化的邏輯設計,僅舉兩個例子作為簡要介紹。

為APS控制而專門設計的“缺省自動聯鎖控制邏輯”,能夠讓設備聯鎖投、切完全由邏輯算法自動完成,通過對關聯設備包括操作開關和MCC(電動機控制中心)運行狀態、工作方式、啟停進程的綜合邏輯運算,自主決定聯鎖的控制方式和設備的啟停順序,一旦檢測到運行中的設備故障跳閘即時啟動電氣聯鎖或工藝參數超限馬上連動熱工聯鎖。備用設備投入聯鎖不需要在選定的運行設備啟動之后,備用設備切除聯鎖也不必在已運行設備停運之前,因此聯鎖的投入或切除不再受設備工作狀態的制約。缺省自動聯鎖的標準工作方式為“無需人工投、切”,設備尚在靜止狀態,聯鎖可先行投入。這一點,常規的設備聯鎖望塵莫及。

設計有MCS “三態式切換”(手動、自動伺服、自動調節)和“超馳糾偏”(伺服糾偏、AUTO糾偏)邏輯,模擬量調節回路從手動到自動的過程經過一次硬手操、兩次軟邏輯,利用控制裝置品質條件以及工藝設備狀態條件自舉轉換自動調節回路的工作方式,在工藝設備與系統尚未啟動之前MCS就可以投入“自動”。在自動伺服工作方式下,MCS定值隨動給定、偏差超馳糾偏,從開環控制自動地無擾投入閉環自動調節。也能夠在兩個自動調節回路之間進行并列、解列或切換,超馳糾偏自動平衡回路輸出、校正輸入偏差。以上控制過程完全依靠智能邏輯代替人的操控和調節。

10 、 怎樣識別APS的有效性?

實踐是檢驗真理的唯一標準。最直接的辦法就是“是騾子是馬拉出來溜溜”,不過,除非DSS運行方式,否則,真的讓APS在機組運行中走兩步,機會不那么容易遇到。最簡單的方法是“看”,觀察運行機組制粉系統的啟動和停止,這個相對容易,通常情況下24小時內機組都有啟停制粉系統的機會。一套制粉系統至少有給煤、風量和出口溫度等三套MCS調節以及一套磨煤機啟、停順控,操作人員一鍵按下,能否“一鍵啟?!?,效果立判。再進一步仍然是“看”,找一個負荷在65%ECR~90%ECR之間升、降的機會,把“磨煤機出力計算”邏輯投AUTO,看看磨煤機是否能自動啟、停,這次是一鍵都不許按。以上兩次觀察都通過了,恭喜你,離APS的成功越來越近了。最后的印證,就是50%ECR投入APS停機,機組自動停機、悶爐。4個小時后,投入APS啟動機組,110分鐘帶滿負荷。試驗通過,APS就真的成功了。


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