超臨界發(fā)電機(jī)組調(diào)控的優(yōu)化分析

安明剛內(nèi)蒙古能源發(fā)電投資集團(tuán)有限公司電力工程技術(shù)研究院

超臨界發(fā)電機(jī)組調(diào)控的優(yōu)化分析

安明剛
內(nèi)蒙古能源發(fā)電投資集團(tuán)有限公司電力工程技術(shù)研究院

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)裝機(jī)容量的快速增加。高參數(shù)、大容量、單元制超臨界機(jī)組已經(jīng)成為我國火力發(fā)電的主流。由于超臨界機(jī)組變參數(shù)的運(yùn)行方式、直流運(yùn)行特性、多變量的控制特點，非常符合國家在“十二五”規(guī)劃綱要中將“單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低”和“污染物排放總量減少”的特點。因此研究超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，如何對鍋爐機(jī)組調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,對提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

超臨界發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制

由于超臨界機(jī)組變參數(shù)的運(yùn)行方式、直流運(yùn)行特性、多變量的控制特點，與亞臨界汽包爐相比較在控制上具有很大的特殊性，因此，研究超臨界機(jī)組調(diào)控系統(tǒng)的優(yōu)化，對于機(jī)組的節(jié)能降耗和安全運(yùn)行有著非常重要的意義。為實現(xiàn)我國的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步改進(jìn)超臨界機(jī)組的燃煤發(fā)電技術(shù)，提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率，同時提高煤炭的利用效率，減少用煤量，降低對環(huán)境的污染，是改善現(xiàn)階段我國環(huán)境狀況最直接、最現(xiàn)實和最有效的途徑。

1 、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本功能

隨著大容量發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)中不斷增多，用電結(jié)構(gòu)也在變化并且逐步加大，對大容量機(jī)組參與調(diào)峰谷、調(diào)頻的要求也在提高，因此，超臨界機(jī)組的發(fā)展不僅僅是簡單地提高蒸汽參數(shù)就可以實現(xiàn)，還必須同時注重其他相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和研究工作。

1.1 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是發(fā)電系統(tǒng)的主控系統(tǒng)，是電網(wǎng)綜合自動化的基礎(chǔ)，單元機(jī)組輸出的實際電功率與負(fù)荷要求是否一致，反映了機(jī)組與外部電網(wǎng)之間能量的供求關(guān)系，處于調(diào)節(jié)級的主控系統(tǒng)是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的核心，而主蒸汽壓力是否穩(wěn)定，則反映了機(jī)組內(nèi)部鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)之間能量的供求關(guān)系,它對負(fù)荷指令進(jìn)行運(yùn)算處理形成控制決策，給出汽機(jī)負(fù)荷指令和鍋爐負(fù)荷指令。主蒸汽壓力的控制由鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)來完成。處于局部控制級的各子系統(tǒng)在機(jī)爐主指令下分工協(xié)調(diào)動作，使鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)成為一個有機(jī)的整體，完成給定的控制任務(wù)。在單元制運(yùn)行方式中，由于鍋爐和汽輪機(jī)的動態(tài)特性差異很大，而負(fù)荷控制又相互關(guān)聯(lián)，因而必須采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。隨著電力工業(yè)自動化水平的提高，發(fā)電自動控制的控制品質(zhì)也提出了越來越高的要求。單元機(jī)組主蒸汽壓力是否穩(wěn)定，反映了機(jī)組鍋爐和發(fā)電機(jī)之間能量的供求平衡關(guān)系。而輸出的實際電功率與負(fù)荷要求是否一致，則反映了機(jī)組與外部電網(wǎng)之間能量的供求平衡關(guān)系；因而單元機(jī)組內(nèi)外兩個能量供應(yīng)平衡關(guān)系相互間受到制約。

1.2 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基本功能

單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是為解決內(nèi)部參數(shù)穩(wěn)定與外部負(fù)荷相應(yīng)性能之間固有矛盾的一種控制系統(tǒng)。它將鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)作為一個整體進(jìn)行控制，很好地協(xié)調(diào)發(fā)電機(jī)和鍋爐兩側(cè)控制動作，在確保主汽壓力偏差在允許范圍內(nèi)的前提下，使機(jī)組輸出電功率很快適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化的需要。為了單元機(jī)組安全、暢通地運(yùn)行，必須將機(jī)組在過程中的主要工藝參數(shù)嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，因為機(jī)、爐兩大部分是一個發(fā)電整體，但是也有動態(tài)特性差異。所以，這就需要在機(jī)、爐的多個基本控制系統(tǒng)之上設(shè)置一個上位控制系統(tǒng)，以此來實施汽輪機(jī)和鍋爐在相應(yīng)負(fù)荷要求時的協(xié)調(diào)動作與配合，這樣單元機(jī)組的自動控制系統(tǒng)從總體上看，構(gòu)成一個由上層的負(fù)荷控制系統(tǒng)和下層各基礎(chǔ)控制級兩部分組成的分級型控制系統(tǒng)，起到了最基本、最直接的控制作用。單元機(jī)組的控制質(zhì)量將直接影響負(fù)荷控制質(zhì)量，只有組織好各子控制系統(tǒng)并保證其具備較高控制質(zhì)量的前提下，才能組織好協(xié)調(diào)控制，達(dá)到要求的控制質(zhì)量。

2 、單元協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的作用

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)用能夠?qū)鹆Πl(fā)電中的各個設(shè)備和機(jī)組進(jìn)行控制，機(jī)爐主控制器的主要作用是根據(jù)鍋爐和汽輪機(jī)的運(yùn)行條件和要求，選擇合適的負(fù)荷控制方式，實現(xiàn)自動化的發(fā)展趨勢，為火電廠機(jī)組運(yùn)行提供安全保障，減少運(yùn)行期間事故發(fā)生幾率，對整個火力發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)科學(xué)的設(shè)計和實現(xiàn)，能夠確保火電廠機(jī)爐機(jī)組實現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的運(yùn)行，有利于火電廠的設(shè)備的維護(hù)[1]。因此，只有設(shè)計好各個子控制系統(tǒng)，才能實協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的作用，從而達(dá)到要求的控制質(zhì)量。調(diào)控系統(tǒng)的投入使用可以為火電廠操作人員提供科學(xué)合理的指導(dǎo)，有利于引導(dǎo)操作人員按照操作規(guī)程進(jìn)行合理的設(shè)備操作，保障工作人員的人生安全和火電廠財產(chǎn)不受侵害。

3 、超臨界發(fā)電技術(shù)優(yōu)化的必要性

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)發(fā)展起來的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在火力發(fā)電廠中，并且運(yùn)行技術(shù)已很成熟，為我國在控制系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)上發(fā)揮了優(yōu)勢，同時也給實現(xiàn)電力系統(tǒng)的跨越式發(fā)展提供了機(jī)會。新型發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，使得超超臨界發(fā)電技術(shù)在電力行業(yè)更具有技術(shù)繼承性，由于具備顯著的節(jié)能減排效果，根據(jù)我國現(xiàn)階段火力發(fā)電技術(shù)的飛速發(fā)展，我國已經(jīng)具備了發(fā)展超超臨界技術(shù)的基礎(chǔ)條件，有條件在短時間內(nèi)實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。超臨界技術(shù)將成為21世紀(jì)燃煤火電機(jī)組很具有競爭力的技術(shù)。立足于較高的起點!，充分利用當(dāng)今世界最新的科技成果！優(yōu)化火電發(fā)電結(jié)構(gòu)!，縮小與國外先進(jìn)水平的差距，自主實現(xiàn)我國1000MW超超臨界機(jī)組的設(shè)計技術(shù)的全面優(yōu)化，把近期目標(biāo)定在當(dāng)前國際水平，跨入發(fā)展超超臨界機(jī)組的發(fā)展階段，為業(yè)主提供高端產(chǎn)品，努力實現(xiàn)社會資源的最優(yōu)化和客戶效益的最大化共同努力。

根據(jù)我院近年來對超臨界發(fā)電設(shè)計創(chuàng)新優(yōu)化的研究，結(jié)合國內(nèi)外對超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)研究的科研成果，目前已總結(jié)歸納出一套較為成熟的設(shè)計理念及技術(shù)方案，正逐步運(yùn)用于超臨界機(jī)組的工程實踐中。在火電發(fā)電未來的發(fā)展過程中，我們將會實施更加優(yōu)質(zhì)的節(jié)能減排措施。在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)過程中，超臨界技術(shù)優(yōu)化設(shè)計將成為我國火力發(fā)電系統(tǒng)成熟的技術(shù)路線。

總之，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源問題及環(huán)境問題是全社會廣泛關(guān)注的問題，在未來的火力發(fā)電中，采用超超臨界發(fā)電機(jī)組調(diào)控技術(shù)，使火力發(fā)電的節(jié)能降耗技術(shù)，在火力發(fā)電廠的運(yùn)營廣泛的應(yīng)用，是有效緩解我國能源問題以及環(huán)境問題的重要舉措。

[1]毛健雄.氣候變化對潔凈煤發(fā)電技術(shù)的挑戰(zhàn).中國電力論壇，2009.11.

[2]馮偉忠.1000MWe超超臨界機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計和技術(shù)創(chuàng)新.上海電力，2007.20.

[3]全國電力職工技術(shù)成果獎.[一等獎]1000MWe直流鍋爐整