浅析油泵恒压供油系统中PLC及变频调速技术的应用

减小字体 增大字体 作者:王景虎  来源:本站整理  发布时间:2013-07-17 16:22:32

目前,火力发电厂的锅炉启停及助燃均需依靠供油系统,即便在已经装设了等离子点火系统的锅炉,也不能完全保证在所有工况下全部实现无油,因此,供油系统是火电机组必须设置而且极为重要的一套系统,一般发电厂供油系统与机组并不采用单元制方式,而是作为公用系统存在,其稳定运行更与全厂机组安全密切相关。元宝山发电公司总装机容量2100MW,拥有1×300MW+3×600MW共计4台机组,每台机组均配置16台出力为2.5t/h的油枪。公用的供油系统配置三台轻油泵,编号为4、5、6号(1、2、3号泵为重油泵,已取消)。原设计采用工频运行方式,锅炉燃油时两台油泵需同时运行,油压调整由回油调节门控制,燃油母管压力作为被调量。供油泵的设计参数见表1。

机组燃油时,随着机组油枪投入台数的增加,需相应提高供油压力,多年来供油压力与油枪台数的对应关系如图1所示:

长期以来,锅炉燃油时要求恒压与回油压力调节阀的调节质量二者之间的矛盾越来越突出,经常出现油压波动较大、无法准确调节燃油压力的现象,给锅炉燃烧带来很大隐患。曾经在2号机组启动过程中,锅炉保持一台磨煤机投粉运行,由于回油调节门突然失控,造成油压由3.8MPa瞬间降至1.2MPa,油枪运行中突然灭火失去助燃作用,锅炉发生爆燃事故。分析造成此类问题的原因主要有两个:一是回油调节阀根据系统压力进行调节,有时锅炉燃油量变化较快,由此造成系统油压变化大,回油调节阀经对多年运行后存在内漏现象,当油枪台数多时,需要大幅度关闭阀门开度在1%~10%左右,而阀门调节动作时间按照线性规律调节,这样即使阀门稍有动作,也会造成油压的大幅波动,同时阀门动作指令接受油压给定值与测量值偏差信号,较大的偏差信号要求较小的阀门开度来调节,由此出现调节振荡现象。二是控制系统元件老化严重,调节回路动作迟缓,这也是造成回油调节阀无法达到调节品质的一个重要原因。除此之外,原有的调节方式也给油区运行人员增加了额外工作量,由于回油调节阀内漏严重,往往阀门关闭后仍无法保证燃油压力,需要运行人员手动操作回油调节阀前手动门,手动调整的结果一方面调节品质更差,另一方面也存在误操作的可能。由此可见,原有供油系统的油压调节方式已经无法保证机组的燃油要求。

鉴于上述原因,元宝山发电公司积极寻求更为合理的供油系统油压调节方式,来保证机组的安全稳定运行。近年来,变频调速技术越来越广泛应用到工业领域,这种新型成熟的交流电机无极调速技术,控制性能独特、控制品质优良,同时兼具良好的节能效果,在石油储运行业普遍应用。在多次实地调研的基础上,元宝山发电有限责任公司决定大胆采用该项技术,并对油区轻油供油控制系统进行了改造,加装了变频器和智能控制设备,并对供油泵启停控制及供油压力调节回路重新进行了逻辑设计,经过短期的完善过程,供油系统已经趋于稳定运行状态,改造后再未发生油压大幅波动的现象,有利地保障了锅炉的安全运行。

2 供油管路油压调节原理

采用变频调速的恒压供油方式可实现以下功能:恒压功能、手/自动切换功能、油泵联锁功能、在线调整PID参数功能及自动检测功能,除能够保证为锅炉提供符合运行要求的燃油外,还具有系统安全、操作灵活及节省油泵功耗的特点。通过变频转速调节替代了回油压力调节阀机械调节,可以实现油管路缓慢充压,避免了改造前油管路在泵启动后瞬间达到预定压力,对管路、阀门形成冲击,有利地减少了系统漏泄,同时,因取消了回油调节管路,系统不再存在压力提不上来的问题,运行人员无需手动操作阀门。通过调整油泵转速配合锅炉油枪台数,轴功率降低30%左右。其调节原理如图2所示:

当锅炉需要燃油时,先手动以变频方式启动一台油泵,如达不到设定压力,第二台泵再启动,并保证两台泵的频率基本相同时,变频调节器投入自动控制,两台变频调节器接受人为设定油压信号。一台运行泵的电气部分突然出现故障或者压力异常下降时,停止故障油泵,另一台油泵及时调节,并且联动第三台油泵在20秒的时间内将压力调节稳定,在此期间供油系统只是瞬间小幅度波动,然后趋于稳定。当油枪台数变化使供油管路压力变化时,系统实际压力与给定压力的偏差送至变频调节器,变频调节器改变输出频率,继而改变油泵转速,最终实现无差调节,保证恒压供油。

改造后的操作界面具有人机对话功能,可随时通过人机操作面板显示电压、电流、频率、压力等数据,便于运行人员监视,运行人员也可以通过操作面板任意设定压力调节定值。

3 系统硬件构成

系统采用压力变送器、PLC和变频器作为中心控制装置,实现所需功能。图3为3台泵恒压供油系统的电气接线图,从系统结构看,该系统具有变频控制和工频控制两套功能,使供油系统的安全保障性增强,配置更加科学、

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