CCPP 机组煤压机旁路阀调整

CCPP机组是我厂于 2006 年引进的日本三菱联合循环发电机组，三菱CCPP机组是一种燃气-蒸汽联合循环发电机组，具有高效节能、环保减排、灵活性强、可靠性高和经济性好等优点，是一种先进的发电技术，能够满足现代社会对能源和环保的需求。该机组主要由煤气压缩机、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机组成。高炉、焦炉煤气经该机组的煤气压缩机混合加压后进入燃机燃烧室，与通过燃机空压机加压后的空气混合燃烧，驱动燃机带动发电机发电。燃机透平装置则将燃烧后产生的烟气排入锅炉，水经锅炉换热产生高温高压蒸汽，驱动蒸汽轮机带动发电机发电，实现了燃气-蒸汽联合循环发电，提高了发电效率。

三菱CCPP机组采用自主研发的三菱DCS控制系统，其主要功能是：1.能够实时采集和处理CCPP机组运行过程中的各种数据，包括温度、压力、流量、水位等工艺参数，以及电气、机械等设备的运行状态和故障信息等。

2.能够对CCPP机组的各个工艺环节进行控制和调节，包括燃烧控制、蒸汽控制、发电控制等。通过DCS系统，可以实现自动化控制和优化运行，提高机组的效率和稳定性。

3.能够实现CCPP机组的顺序控制，包括设备的启停、切换等操作。通过DCS系统，可以实现一键式操作，减少人工干预和操作失误，提高机组的安全性和可靠性。

4.具有完善的报警和故障诊断功能，能够实时监测CCPP机组的运行状态和故障信息，及时发出报警和诊断结果。通过DCS系统，可以快速发现和处理故障，减少停机时间和维修成本。

5.具有远程监控和操作功能，可以实现远程监控CCPP机组的运行状态和工艺参数，并进行远程控制和调节。通过DCS系统，可以实现远程维护和调试，提高机组的可用性和可维护性。

CCPP机组在DCS控制系统的统筹控制下自动运行，一切生产工艺都反应到控制算法中，细化到生产的每一个环节。例如阀门的开关动作、执行器的开度调整、调节模式的投入退出等等。机组负荷在给定目标值的前提下，根据机组的运行状况自动调节负荷输出。即当外部环境条件不能满足机组需求时，机组会根据当时的数据参数自动调整机组负荷，使其在不超出机组临界参数值的前提下无限接近目标设定值。

煤气压缩机是CCPP机组的主要设备，作用是将高、焦炉混合煤气压缩成高温高压的气体后，送至燃烧室与空气预混燃烧，产生 1300^∘C 的燃气流推动燃气轮机做功。煤气压缩机额定功率 85300kW，占CCPP机组发电净功率 28.4% ，是CCPP机组的耗功大户。煤气压缩机出口设置三个燃气旁路流量调节阀，其中燃气旁路流量调节阀（B）、（C）随系统控制流程自动开闭，燃气旁路流量调节阀（A）平时保持固定开度（ 22.9% ）,目的是当煤压机出口压力达到喘振控制线时能够快速打开，通过减少投向燃机的燃料量，降低燃机缸体压力，从而降低煤压机出口压力，避免煤压机发生喘振事故，保证机组设备安全。由于燃气旁路流量调节阀（A）平时保持固定开度（ 22.9% ），一直旁通燃料消耗了多余的动力，影响煤压机效率。目前迫切需要明确该固定开度是否不可调整，如果可调其调整空间能有多少。如果总结出一个通过调整燃气旁路流量调节阀（A）的固定开度，能够提高煤压机效率，减少煤压机功耗的调整方法以提高机组发电能力，提升CCPP机组创效水平，将大大提升我厂的经济效益。

面对当前的难题，如果从机组本体机械改造的角度入手，由于投入费用、改造周期等条件的制约基本上不可行。所以我们只能从仪表控制系统入手，从软件控制执行机构的角度分两方面进行探讨。第一，与三菱公司取得联系，求证该项调整的可行性，以及支持调整手段的参数数据是否符合工艺流程的要求。第二，根据机组运行的原理以及自身对机组运维多年的经验，结合工艺流程对应的控制算法，编写出可能实施的方案。通过一段时间的论证与技术交流，首先，我们判定三菱CCPP机组的原设计参数，在机组稳定运行的前提下，有一定的冗余空间是可以进行调整的。其次，根据运维多年的经验，我们已经根据现场工艺条件总结了一个调整方案，并且在三菱方面技术认证的前提下，推算出控制算法的调整参数定值。但我们这个型号的CCPP机组是至今为止世界上第二台（第一台为实验机型），实际运行中的唯一一台机型，其通过理论值计算出的参数定值无处考量，所以这个冗余空间的参数设定值，必须通过实际运行来验证。只有通过反复投入实验获得实际参数，并且积累了大量运行数据，才能确认调整参数的有效性和可行性。

最终，我们的调整方案是从机组DCS控制系统入手，通过对煤压机出口燃气旁路流量调节阀A的控制逻辑进行调整，根据当时机组运行状况逐渐减小其开度到目标值，从而减少煤压机功耗，提高煤压机效率，进而达到增加CCPP机组发电量的目的。

其调整方案步骤如下：

1. 打开逻辑页：煤压机喘振控制GCE531。

2. 修改逻辑页煤压机喘振控制GCE531 中的逻辑函数号GCE531SG002 定值，将煤压机出口燃气旁路流量调节阀A开度通过赋值调整的手段由 22.9% 关小到 20.9% 开度。

3. 现场检查确认阀门动作情况是否良好及煤压机运行工况是否正常。

4. 以 2% 的降幅，逐次通过赋值关小煤压机出口燃气旁路流量调节阀A的开度，并到现场检查确认阀门动作情况是否良好及煤压机运行工况是否正常，最终将该阀门关小至 10%开度。

5. 修 改 逻 辑 页 煤 压 机 喘 振 控 制 GCE531 中 逻 辑 函 数 号GCE531FX005 定值，使煤压机IGV（煤气压缩机入口导叶阀）开度在现有防喘逻辑保护基础上，开大 7% 开度，以防止煤压机发生喘振事故，保证设备安全运行。

通过以上方案调整，煤压机出口燃气旁路流量调节阀A最小关至 10% 开度，为目前A阀最低调整下限，既最大调整范围为 22.9%～10% ，这也是三菱公司对该机组稳定运行能给出的最低值。正常工况下，保持最小开度10% 运行。当遇有CPFM(燃烧室压力波动)高报警、煤压机IGV（煤气压缩机入口导叶阀）开度压力设定动作等异常工况时，需要重复以上 1 至 4 步，反向以 2% 增幅增大煤压机出口燃气旁路流量调节阀A开度，直至报警或异常恢复，最后将第 5 步参数设定复原。

经过大量的实验论证，证明通过进行煤压机出口燃气旁路流量调节阀A的逻辑调整，将阀门开度由 22.9% 最低关小到 10% ，在同等的煤气条件下，机组每小时最多可增加 3MW的发电量。以 1kW·h电量按 0.3 元利润计算，每月最多可创效 64.8 万元。0.3 万kW ×24h×30 天 ×0.3 元/kW h=64.8 万元/月 。每月进行阀门调整操作，以平均值计，每月创效 32.4 万元。（ 0+64.8 ）/2=32.4 万元。从 2015 年 10 月份开始进行煤压机出口燃气旁路流量调节阀A的调整操作至 2018 年 4 月，在CCPP机组安全稳定运行的基础上，累计创效 972 万元。32.4 万元/月 ×30 个月 =972 万元。

经过最初的问题确立，到可行性解决方案分析、敲定，到最后的论证实施，整个调整工作历时 3 年。基于以上的数据说明该项逻辑调整工作，既能最大限度的发掘三菱CCPP机组的运行潜力，又满足了机组运行的高效性与稳定性。该项工作主要是对多年运行实践经验的总结与三菱DCS控制系统控制算法的深刻认识相结合，最终实现了控制逻辑上运行参数的全面优化，解决了生产中遇到的技术难题。出于对该项调整通用性上的考虑，我们提出在营口鲅鱼圈CCPP机组上做等效试验，其结果也大大提升了机组的运行效率。即该项调整在本机组上稳定应用的同时，也可以沿用到三菱重工其它型号CCPP机组的控制中，其通用性得到认证。在 2019 建设的三菱 180MWCCPP机组上继续沿用了该项控制算法调整，为我厂提高机组发电能力，提升CCPP机组创效水平，公司降本增效工作做出巨大贡献。

参考文献：

（1）三菱M701F燃气轮机控制系统特点分析 毛丹、诸粤珊（2）三菱M701F燃机控制系统分析与研究 沙莹莹