660MW 超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制措施分析

卿紅梅

浙能樂(lè)清發(fā)電有限責(zé)任公司

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的日新月異，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要是對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)和鍋爐各控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，保持機(jī)爐間熱量平衡，使機(jī)爐處于協(xié)調(diào)平穩(wěn)的受控狀態(tài)。因此協(xié)調(diào)控制策略不僅決定了機(jī)組協(xié)調(diào)控制性能，還決定了機(jī)組的自動(dòng)化水平。本文主要以浙江浙能樂(lè)清電廠660MW 超超臨界機(jī)組為例，闡述了660MW 超超臨界機(jī)組設(shè)備和具體特征，并對(duì)其協(xié)調(diào)控制措施進(jìn)行分析。

前言

目前隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)的主力機(jī)組已經(jīng)逐漸發(fā)展為600MW 超臨界或660MW 超超臨界機(jī)組，雖然超超臨界直流鍋爐的控制和亞臨界汽包鍋爐的控制有著相同的控制任務(wù)，但就其被控制的對(duì)象而言，存在明顯的差異，660MW 超超臨界機(jī)組本著直流運(yùn)行和多變的控制特點(diǎn)在協(xié)調(diào)控制過(guò)程中往往有著更高的要求。近年來(lái)，對(duì)于如何對(duì)660MW 超超臨界機(jī)組進(jìn)行協(xié)調(diào)控制成為當(dāng)今電力行業(yè)研究的熱點(diǎn)之一。因此本文對(duì)660MW 超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制措施進(jìn)行探討分析有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

660MW 超超臨界機(jī)組設(shè)備和其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分析

浙能樂(lè)清電廠660MW 超超臨界機(jī)組鍋爐型號(hào)為SG-2031/26.15-M623 型，由上海鍋爐廠制造的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊Π型結(jié)構(gòu)、露天布置燃煤鍋爐，其燃燒系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

該機(jī)組的汽輪機(jī)由上海汽輪機(jī)有限公司和德國(guó)SIEMENS 公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)。其型號(hào)為N660-25／600／600 型，額定功率為660MW，最大連續(xù)功率為718MW。

該機(jī)組的DCS 控制設(shè)備采用ABB 公司生產(chǎn)的Symphony 分散控制系統(tǒng)，同時(shí)其機(jī)組有103 套自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，在運(yùn)行中不僅有著較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，同時(shí)也有著相對(duì)較強(qiáng)的系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力。

660MW 超超臨界機(jī)組的具體特征

660MW 超超臨界機(jī)組的控制特點(diǎn)

直流鍋爐-汽機(jī)是一個(gè)多輸入多輸出的被控對(duì)象，其結(jié)構(gòu)模型可簡(jiǎn)化為一個(gè)三輸入三輸出系統(tǒng).輸入為燃料量、汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度、給水流量，輸出為機(jī)前壓力、機(jī)組負(fù)荷、分離器出口蒸汽溫度或焓值，這些參數(shù)相互影響，且汽水一次性循環(huán)，這對(duì)超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制提出更高要求，具體體現(xiàn)如下。

超超臨界直流爐汽水沒(méi)有固定的分界點(diǎn)，它隨著燃料、給水量及汽機(jī)調(diào)門(mén)的變化而遷移，直接影響主汽溫度，導(dǎo)致主汽壓力和負(fù)荷的變化，所以在實(shí)際控制過(guò)程中對(duì)風(fēng)燃比、燃水比及氣溫的控制要求較高，尤其是中間點(diǎn)溫度的控制。

直流爐中無(wú)汽包，蓄能小，且在外界負(fù)荷變化時(shí)氣壓反映很敏感，因此主汽壓力控制較困難。

超超臨界直流爐中采用直吹式制粉系統(tǒng)，燃料控制有大的遲延性和滯后性，在很大程度上會(huì)影響對(duì)氣溫、氣壓和負(fù)荷的控制。

660MW 超超臨界機(jī)組的啟動(dòng)

本鍋爐主要采用再循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)。在鍋爐啟動(dòng)、低負(fù)荷運(yùn)行和停爐過(guò)程中，通過(guò)爐水循環(huán)泵建立和維持爐膛內(nèi)的最小流量，以保持水冷壁水動(dòng)力穩(wěn)定和傳熱不發(fā)生惡化，保護(hù)水冷壁。并能有效回收啟動(dòng)階段的工質(zhì)和熱量，提高了給水溫度，使水冷壁蒸發(fā)量增大，有利于解決啟動(dòng)過(guò)程中氣溫過(guò)高的問(wèn)題，同時(shí)可有效縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。

圖1 機(jī)爐協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)圖

660MW 超超臨界直流爐啟動(dòng)系統(tǒng)在啟動(dòng)和停爐需經(jīng)歷不同的運(yùn)行狀態(tài)（濕態(tài)和干態(tài)），故需采用不同的控制方式能平穩(wěn)自動(dòng)地切換。其運(yùn)行方式主要有兩種：機(jī)組啟動(dòng)初期分離器水位由控制給水泵轉(zhuǎn)速和分離器疏水#1、#2 調(diào)整門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨著負(fù)荷逐漸增加，轉(zhuǎn)干態(tài)后切換到溫度自動(dòng)控制方式，即從水位控制切換到溫度控制；在停機(jī)過(guò)程中，隨機(jī)組負(fù)荷降低，給水控制從純直流方式切換到啟動(dòng)運(yùn)行方式，由溫度控制切換到水位控制。

660MW 超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略

660MW 超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要是將汽輪發(fā)電機(jī)和鍋爐控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，并盡量消除汽輪機(jī)和鍋爐某種動(dòng)態(tài)特性方面的差異，最終保證660MW 超超臨界機(jī)組不僅適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化要求，同時(shí)保證機(jī)組安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。協(xié)調(diào)控制方式主要有基本控制方式、機(jī)跟爐控制方式、爐跟機(jī)控制方式及機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)架

660MW 超超臨界機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要有負(fù)荷指令的處理回路和機(jī)爐主控制器兩個(gè)重要部分，如圖1 所示，機(jī)組負(fù)荷目標(biāo)經(jīng)限幅、限速后，與一次調(diào)頻指令相加后形成實(shí)際的機(jī)組負(fù)荷指令，而機(jī)爐主控制器主要是對(duì)各子控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)策略

一般而言，協(xié)調(diào)控制策略有以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)和鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制。在機(jī)跟爐協(xié)調(diào)模式下，首先機(jī)主對(duì)機(jī)前壓力進(jìn)行維持，爐主通過(guò)對(duì)機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行合理的控制，但是在實(shí)際的控制過(guò)程中，由于有著相對(duì)較快的反應(yīng)速度，而其汽機(jī)高壓調(diào)閥對(duì)機(jī)前壓力進(jìn)行控制，以至于機(jī)前壓力有著相對(duì)較小的波動(dòng)，進(jìn)而從根本上保證機(jī)組有著相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。在對(duì)慣性和遲延相對(duì)較大的鍋爐加以采用，進(jìn)而對(duì)機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行控制，以至于機(jī)組不僅僅有著相對(duì)較差的負(fù)荷相應(yīng)特性，同時(shí)也有著相對(duì)較低的負(fù)荷控制精度。

直流爐給水流量變化直接推動(dòng)蒸汽流量變化影響負(fù)荷，響應(yīng)速度遠(yuǎn)大于燃料量變化對(duì)負(fù)荷的影響；而高負(fù)荷段直流爐可用蓄熱少，氣壓對(duì)調(diào)門(mén)的變化則響應(yīng)更快，由于機(jī)爐控制參數(shù)匹配，此時(shí)鍋爐調(diào)節(jié)的作用相應(yīng)顯得快一些，使機(jī)組負(fù)荷的響應(yīng)速度全面提高。因此浙能樂(lè)清電廠660MW 超超臨界機(jī)組的協(xié)調(diào)控制策略采用鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制。

子回路的并行控制

水煤比控制方式

直流爐的蒸發(fā)量與燃料量和給水量緊密相連，做好燃料量和給水量的控制至關(guān)重要，一般采用水跟煤的給水控制策略，選取焓值（即在一定負(fù)荷下、分離器一定過(guò)熱度下的需熱量）和過(guò)熱度進(jìn)行修正，保證給水調(diào)節(jié)過(guò)程的快速性。

660MW 超超臨界機(jī)組水煤比控制策略是在共同接收鍋爐主控指令后將燃料指令與給水指令的超前前饋回路在某種程度上不僅僅要分開(kāi)設(shè)置，同時(shí)也要分別進(jìn)行整定，依據(jù)于分離器出口溫度響應(yīng)情況，做好時(shí)序與幅值的合理分配，從根本上保證整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程保持熱量平衡?？偟膩?lái)說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)整定進(jìn)一步表明，燃料初始超給水超前量與其保持一定相位差，且變化較平緩。同時(shí)通過(guò)控制水煤比可保持分離器出口焓值在合適范圍內(nèi)，而水煤比是根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)經(jīng)運(yùn)行階段修正后確定，符合機(jī)組各負(fù)荷段熱量平衡關(guān)系的變化特性，且焓水控制可覆蓋濕態(tài)運(yùn)行區(qū)域，無(wú)需復(fù)雜的切換；但給水的調(diào)節(jié)會(huì)對(duì)機(jī)組負(fù)荷產(chǎn)生擾動(dòng)。

交叉限制

一般而言，超超臨界機(jī)組不僅僅有著相對(duì)較高的控制參數(shù)和較小的機(jī)組蓄熱，同時(shí)也有著相對(duì)較小的被控參數(shù)慣性時(shí)間常數(shù)，當(dāng)能量和物質(zhì)之間處于一種不平衡的狀態(tài)時(shí)，將會(huì)使得機(jī)組參數(shù)波動(dòng)較大，嚴(yán)重者將會(huì)對(duì)機(jī)組的安全產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)前鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵則是不僅僅要保證水和燃料比的平衡，同時(shí)也要保證風(fēng)和燃料比也有著一定的平衡性，但是就其實(shí)質(zhì)性而言，染料和水以及風(fēng)和染料之間的平衡并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的影響，在鍋爐輸入量控制的過(guò)程中，就要保證其并不超出其預(yù)定的比率。其中燃料至給水的限制是雙向的，燃料增加或減少。

總之，浙能樂(lè)清電廠660MW 超超臨界機(jī)組采取合理的協(xié)調(diào)控制措施，有著較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì) 660MW 超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行研究分析，得出由于超超臨界機(jī)組直流爐機(jī)組的控制對(duì)象不僅有著一定的強(qiáng)耦合、多變量以及非線性的特點(diǎn)，同時(shí)在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，更應(yīng)該對(duì)調(diào)試階段的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行精心整定，并采取合理有效的控制措施保證 660MW 超超臨界機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。