有關(guān)1000MW 火電機組協(xié)調(diào)控制策略分析

□習大偉

一、火電機組協(xié)調(diào)控制簡述

所謂火電機組協(xié)調(diào)控制是大型單元火電機組較為普遍使用的一種控制方式，是指對鍋爐和汽輪機組進行整體協(xié)調(diào)控制的系統(tǒng)，它采用遞階控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將自動調(diào)節(jié)、邏輯控制、連鎖保護等多種功能進行有機結(jié)合，構(gòu)成火電機組運行的綜合控制系統(tǒng)，保證機組能量轉(zhuǎn)換過程的順利進行?；痣姍C組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在整個火電機組運行中起到至關(guān)重要的作用，可以保證機組輸出功率快速與電網(wǎng)匹配、協(xié)調(diào)鍋爐與汽輪機之間的能量轉(zhuǎn)換及火電機組的運行安全。

二、1000MW 火電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

(一)我國1000MW 火電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀。近年，我國單機容量百萬千瓦大型火電機組發(fā)展迅速，裝機數(shù)量和總?cè)萘烤邮澜缡孜?。?jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，現(xiàn)在我國火電廠投運500MW ～1000MW 機組共有300 余臺，其中超臨界機組占1/3。火電機組的控制協(xié)調(diào)系統(tǒng)在火電鍋爐運行中的重要性日益顯現(xiàn)，已得到了廣泛的應用。

1000MW 大型火電機組協(xié)調(diào)控制的對象包括直流鍋爐、汽輪機和發(fā)電機組成的整個機組。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要特點表現(xiàn)在:多輸入和多輸出;隨負荷變化機組的動態(tài)特性變化幅度大;強非線性、強耦合、大慣性、存滯后。

火電機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括給水子系統(tǒng)、燃燒子系統(tǒng)、氣溫子系統(tǒng)、送風子系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)之間交叉合作，共同完成對1000MW 火電機組協(xié)調(diào)控制的目的。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀分為兩方面，基于模型的研究和基于智能化方法的研究。

(二)機組協(xié)調(diào)控制方面存在的問題。通常來說，一般的機爐協(xié)調(diào)控制與電網(wǎng)要求相距甚遠，1000MW 大型火電機組也不例外。目前，1000MW 大型火電機組協(xié)調(diào)控制方面常見的問題以及優(yōu)化目標為:

1．機組穩(wěn)定運行后蒸汽壓力不穩(wěn)定，出現(xiàn)頻繁波動，有時最大值達到0．5MPa。主要是鍋爐主控壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)參數(shù)偏弱等原因造成。在負荷改變、制粉系統(tǒng)開啟和停止等情況下，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性難以保證，嚴重的情況下會影響機組的安全性能。要解決以上的問題，需要從兩個方面來提升:穩(wěn)態(tài)工況和控制負荷變化，參數(shù)穩(wěn)定在預定值內(nèi)，機組的性能就能得到保證。

2．負荷改變時出現(xiàn)蒸汽壓力過載或欠壓等告警現(xiàn)象，最大偏差值0．5MPu。主要原因是負荷動態(tài)前饋量在變化范圍大時不合適等。負荷變大使水冷壁溫度和過熱器溫度出現(xiàn)超溫告警情況，主要是氣壓不穩(wěn)定對過熱器出口溫度和水冷壁溫度產(chǎn)生較大的影響。

3．燃料的變化對系統(tǒng)性能的影響較大。煤的品質(zhì)不同直接影響了煤的熱值和制粉，控制系統(tǒng)的自適應能力低，控制性能難以保證。解決這一問題的常用手段是減少負荷運行機組，但這種方式存在一定的缺陷，要想從根本上解決此問題，需要精細化管理，實時計算煤種的熱值等參數(shù)，并根據(jù)實際情況對參數(shù)進行調(diào)整，以達到最佳的工作狀態(tài)。

4．正常ACG 調(diào)節(jié)中，燃料、給水控制效果不理想。機組正常ACG 運行中，由于指令的輸入(約1 ～2min 改變一次)，導致機組的燃料、給水、送風等相關(guān)參數(shù)指標不穩(wěn)定，鍋爐水冷壁和過熱器管材熱應力反復變化，導致表皮脫落，嚴重時可能會出現(xiàn)爆管的情況。

5．再熱煙氣擋板的自動化程度低，機組運行效率低下。1000MW 大型火電機組通常采用噴水降溫和煙氣擋板共同協(xié)調(diào)的調(diào)節(jié)手段，然而對于再熱氣溫的滯后很大，采用DCS 常規(guī)控制的方式無法實現(xiàn)再熱煙氣擋板的自動控制，只能使用人力來操作，這種生產(chǎn)方式效率低下，影響了機組的經(jīng)濟效益。對應的解決措施為引進先進的控制算法，有效投入再熱煙氣擋板的自動控制。

三、1000MW 火電機組協(xié)調(diào)控制策略

(一)鍋爐主控制系統(tǒng)。鍋爐主控制系統(tǒng)的控制內(nèi)容包括:一是調(diào)整負荷動態(tài)微分前饋參數(shù);二是優(yōu)化負荷動態(tài)微分前饋量;三是優(yōu)化鍋爐主控壓力調(diào)節(jié)器參數(shù)。1000MW 大型火電機組是一種超臨界機組直流爐，蓄熱能力較低，使用調(diào)門調(diào)節(jié)機組負載的能力不高，因此鍋爐承擔調(diào)節(jié)負載的任務。若想提高機組負荷響應速度，就必須調(diào)節(jié)鍋爐主控回路。直流式制粉系統(tǒng)的鍋爐，由給煤機控制給煤數(shù)量。

(二)給水系統(tǒng)。對給水回路控制主要為:一是對給水回路進行全面檢查和優(yōu)化;二是對給水焓值進行調(diào)整;三是對升降負荷初期煤水比分離處理;四是升降負荷初期給水反向調(diào)節(jié)。鍋爐給水過程是一次性過程，影響因素包括煤量和水量等。給水系統(tǒng)和燃料系統(tǒng)兩者存在不同步，可能會導致燃料和水的比例失調(diào)，進而產(chǎn)生主蒸汽超溫的情況。煤和水的比例直接影響了1000MW 火電機組的協(xié)調(diào)控制，保持煤水比的恒定是直流爐氣溫的主要調(diào)節(jié)手段。另外，要注意做好升降負荷初期的給水反向調(diào)節(jié)，以保證水溫變化平穩(wěn)，使機組正常運行。

(三)燃料控制系統(tǒng)。燃料控制系統(tǒng)控制內(nèi)容主要包括燃料控制和磨煤機風量進行控制兩個方面，在火電機組運行中能量轉(zhuǎn)化過程中起到重要的作用。一是燃料主回路進行優(yōu)化。采用修改燃料主控回路的PID 參數(shù)，調(diào)整比例增益、積分時間、給煤速度增大和小幅修正供煤曲線等措施;二是調(diào)整磨煤機風量曲線。對磨煤機一次風道進行吹掃檢查、制定定期吹掃計劃，減輕磨煤機一次風量影響主蒸汽機壓力。

(四)壓力控制系統(tǒng)。機組在運行過程中，當負荷上升接近900MW 時燃料消耗很大，氣壓也很不穩(wěn)定，可能還有下降情況。提升1000MW 火電機組壓力控制系統(tǒng)要從兩方面著手:主控控制邏輯和鍋爐主控控制邏輯，在提高汽機主控壓力拉回回路控制作用力的同時，要優(yōu)化變參數(shù)回路，實現(xiàn)精細化管理。

四、結(jié)語

在我國火力發(fā)電行業(yè)快速發(fā)展，裝機容量日益增大的今天，對1000MW 火電機組理論的探討及運行管理成為我們面臨的主要任務。本文簡述了我國1000MW 火電機組現(xiàn)狀，同時提出了1000MW 火電機組存在的問題，并針對機組協(xié)調(diào)控制策略分析，以求為國內(nèi)同類火電機組的運行管理工作提供一些借鑒。

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［4］古郁．660MW 超超臨界機組直流鍋爐煤水比控制策略［J］．安徽電力，2011

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