660MW機(jī)組供熱蒸汽壓力自動(dòng)控制策略研究

孟娜

（馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

0 引言

保護(hù)環(huán)境是我國(guó)的基本國(guó)策，改善環(huán)境更是當(dāng)務(wù)之急，熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱比分散供熱可以減少燃煤對(duì)環(huán)境的污染，具有明顯的環(huán)境效益。同時(shí)，熱電項(xiàng)目具有節(jié)約能源，改善環(huán)境，提高供熱質(zhì)量等綜合效益，是城市治理大氣污染和提高能源綜合利用效率的重要手段之一，是提高人民生活質(zhì)量的公益性基礎(chǔ)設(shè)施，符合國(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)能源利用效率比單純發(fā)電效率提高約一倍[1]。因此，對(duì)大機(jī)組供熱改造符合國(guó)家節(jié)能減排相關(guān)政策。

馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司一期工程2×660MW超臨界燃煤機(jī)組，鍋爐采用上海鍋爐廠單爐膛，一次中間再熱、采用四角切向燃燒方式、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式、八級(jí)回?zé)岢槠啓C(jī)?？刂葡到y(tǒng)采用國(guó)電南自美卓MAXDNA分散控制系統(tǒng)。

臨近馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司某生物化學(xué)公司有8臺(tái)小鍋爐，總?cè)萘?60t/h。這些小鍋爐效率低，而且缺乏必要的高效除塵設(shè)施，無脫硫、脫硝手段。 而馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司的鍋爐配置了高效電除塵器，并進(jìn)行煙氣脫硫、脫硝，因此對(duì)2×660MW機(jī)組進(jìn)行供熱改造，替代分散供熱的小鍋爐，將會(huì)大大改善周邊地區(qū)的環(huán)境，為構(gòu)建環(huán)境友好型社會(huì)做出貢獻(xiàn)。

1 供熱工藝原理

出于機(jī)組自身特性以及電網(wǎng)調(diào)峰需要，馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司供熱系統(tǒng)采用壓力匹配器方案，利用壓力匹配器匹配出滿足要求的蒸汽。

采用壓力匹配器能夠提供與汽輪機(jī)抽汽口壓力參數(shù)不匹配的供熱蒸汽，與采用高壓蒸汽節(jié)流相比，避免了大量的能量損失，經(jīng)濟(jì)性顯著提高。而且根據(jù)鍋爐廠和汽輪機(jī)廠復(fù)核，本次供熱工程無需對(duì)原有汽輪機(jī)和鍋爐改造，能在較低負(fù)荷下保證供汽量，經(jīng)濟(jì)效益最好。

壓力匹配器的基本構(gòu)造及原理見圖1。

圖1 壓力匹配器基本構(gòu)造及原理圖Fig.1 Schematic diagram of pressure matching device structure and

壓力匹配器是利用高壓蒸汽的能量來提高低壓蒸汽的壓力的設(shè)備[2]：利用高壓（驅(qū)動(dòng)）蒸汽通過噴咀超音速噴射，在喉部形成低壓，將低壓蒸汽吸入，再經(jīng)混合擴(kuò)壓，將低壓蒸汽升壓達(dá)到要求參數(shù)的目的。壓力匹配器出口采用減溫器，使蒸汽溫度達(dá)到要求。

本工程的高壓蒸汽為高排抽汽，低壓蒸汽為四級(jí)抽汽。減溫水抽自凝泵出口的凝結(jié)水母管，經(jīng)升壓泵升壓，達(dá)到減溫器要求的壓力參數(shù)。另外，本工程供熱對(duì)象相比較為單一，供熱流量穩(wěn)定，所以選用的壓力匹配器類型為單噴嘴壓力匹配器，出口壓力靠控制閥來調(diào)整。

供熱系統(tǒng)的投、切與汽輪機(jī)的安全運(yùn)行密切相關(guān)[3]，為保證供熱負(fù)荷的安全，并結(jié)合電廠運(yùn)行模式，本工程供熱采用母管制，如果兩臺(tái)機(jī)組在較低負(fù)荷的情況下運(yùn)行，可以把熱負(fù)荷分擔(dān)到兩臺(tái)機(jī)組上。

2 控制策略及效果

根據(jù)用戶需求以及當(dāng)前機(jī)組供熱能力，設(shè)計(jì)供熱單機(jī)最大流量為120T/h，壓力設(shè)計(jì)值為1.5MPa，溫度230℃。在供熱系統(tǒng)投入運(yùn)行后，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，由于參與供熱的機(jī)組作為調(diào)峰機(jī)組，機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)十分頻繁，從而供熱系統(tǒng)的實(shí)際流量及壓力等參數(shù)波動(dòng)范圍也超出設(shè)計(jì)預(yù)期。另一方面，由于熱用戶生產(chǎn)上的需要，對(duì)蒸汽流量、壓力和溫度等參數(shù)要求很高，導(dǎo)致供熱品質(zhì)差或者蒸汽管道安全門經(jīng)常動(dòng)作，整體效果不是很好。

壓力匹配器的控制閥作為唯一可以干預(yù)的手段，手動(dòng)調(diào)整相當(dāng)困難。通過對(duì)相關(guān)參數(shù)的分析發(fā)現(xiàn)，本工程供熱管道長(zhǎng)，加上用戶對(duì)象在生產(chǎn)過程中對(duì)蒸汽流量的調(diào)整不能及時(shí)獲取，供熱對(duì)象在控制系統(tǒng)中是純開環(huán)回路。由于對(duì)象特性不明確，原本計(jì)劃利用經(jīng)典PID偏差控制，但是在擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，壓力匹配器出口壓力對(duì)于控制閥開度擾動(dòng)響應(yīng)速度很慢，相反在快速調(diào)整控制閥開度時(shí)會(huì)造成供熱流量大幅波動(dòng)。

結(jié)合設(shè)備原理，壓力匹配器是利用高排蒸汽通過噴咀超音速噴射，在喉部形成低壓，將四抽低壓蒸汽吸入，再經(jīng)混合擴(kuò)壓。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)壓力匹配器出口蒸汽壓力受四抽壓力影響大，且延時(shí)短。

本工程供熱機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)頻繁且波動(dòng)范圍較大，造成四抽蒸汽壓力也相當(dāng)不穩(wěn)定，為了保證供熱蒸汽壓力的穩(wěn)定性，確定壓力匹配器出口壓力在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制時(shí)將四抽壓力作為前饋信號(hào)，合理利用供熱壓力對(duì)四抽蒸汽壓力響應(yīng)速度快這一特性，將前饋?zhàn)鳛榇终{(diào)。同時(shí)，出口壓力控制偏差利用PID控制作為細(xì)調(diào)手段，保證在負(fù)荷穩(wěn)態(tài)時(shí)的控制精度。

根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，在不同負(fù)荷段供熱系統(tǒng)壓力匹配器出口壓力對(duì)于四抽蒸汽壓力的響應(yīng)速度和變化大小不同。所以通過試驗(yàn)的方法在不同負(fù)荷下調(diào)整前饋?zhàn)饔玫膹?qiáng)弱，達(dá)到供熱出口壓力的快速調(diào)整。出口壓力實(shí)際值和設(shè)定值之間的偏差通過PID控制，提高控制精度。

圖2 手動(dòng)方式下供熱壓力調(diào)整趨勢(shì)圖Fig.2 Manually heating pressure trend diagram

圖2為供熱系統(tǒng)在手動(dòng)方式下的運(yùn)行趨勢(shì)圖，壓力匹配器控制閥保持13.5%開度不變，四抽蒸汽壓力隨著機(jī)組負(fù)荷變化而波動(dòng)，從而導(dǎo)致壓力匹配器出口壓力變化幅度超過用戶要求范圍。用戶要求壓力保持在1.2MPa～1.4MPa之間，壓力低對(duì)用戶生產(chǎn)造成影響，壓力高容易導(dǎo)致安全門動(dòng)作，具有安全隱患。圖中反應(yīng)出供熱蒸汽壓力最低值至1.09MPa，最高至1.32MPa，波動(dòng)幅度較大，蒸汽品質(zhì)低于用戶需求。

圖3 自動(dòng)方式下供熱壓力調(diào)整趨勢(shì)圖Fig.3 Automatic heating pressure trend diagram

圖3反應(yīng)的是本工程供熱系統(tǒng)經(jīng)過參數(shù)整定后的運(yùn)行趨勢(shì)，圖中可以看出機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)幅度要遠(yuǎn)大于圖2中的負(fù)荷波動(dòng)范圍，供熱壓力匹配器出口壓力控制投入自動(dòng)后，趨勢(shì)反應(yīng)出壓力控制效果相比手動(dòng)方式下得到明顯改善，供熱壓力匹配器出口壓力設(shè)定值為1.346MPa，實(shí)際壓力值最大1.364MPa，最小值為1.334MPa，偏差不超過0.02MPa，控制品質(zhì)良好。

3 結(jié)束語

馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司作為供熱機(jī)組，負(fù)荷波動(dòng)頻繁且波動(dòng)范圍較大，提供的供熱汽源壓力不穩(wěn)定，將四抽壓力作為前饋信號(hào)進(jìn)行粗調(diào)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況和試驗(yàn)手段，確定合適的前饋系數(shù)同時(shí)，出口壓力控制偏差利用PID控制作為細(xì)調(diào)手段，保證在負(fù)荷穩(wěn)態(tài)時(shí)的控制精度。將系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行后，具有較好效果。

[1]胡玉清,馬先才.我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].黑龍江電力,2008,30(1)：79-80.

[2]王汝武.大型凝汽機(jī)組利用壓力匹配器改造為供熱機(jī)組的方法[J].熱電技術(shù),2006(4)：l-2.

[3]馬呈霞,張麗娟,張世才,等.300 MW純凝機(jī)組改造為供熱機(jī)組的控制研究及應(yīng)用[J].中國(guó)電力,2009,42(2)：64-66.