1 000 MW二次再熱機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)邏輯分析

崔凱峰, 許海雷, 張世偉, 李 勇

(國(guó)電泰州發(fā)電有限公司， 江蘇泰州 225300)

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1 000 MW二次再熱機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)邏輯分析

崔凱峰, 許海雷, 張世偉, 李 勇

(國(guó)電泰州發(fā)電有限公司， 江蘇泰州 225300)

對(duì)某1 000 MW二次再熱機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，明確了鍋爐風(fēng)、煤、水子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)以及機(jī)組與電網(wǎng)需求的協(xié)調(diào)關(guān)系，介紹了鍋爐主控、燃料控制、給水控制和主汽壓力設(shè)定等環(huán)節(jié)的組成和作用。

機(jī)組； 二次再熱； 協(xié)調(diào)控制； 邏輯優(yōu)化

隨著發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步和節(jié)能減排要求的不斷深化，二次再熱超超臨界機(jī)組在國(guó)內(nèi)火電建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。筆者以某1 000 MW二次再熱機(jī)組為例，介紹了機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成和功能，并對(duì)機(jī)組調(diào)試期間協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的投運(yùn)情況進(jìn)行了分析。

1 機(jī)組運(yùn)行方式

機(jī)組運(yùn)行控制主要有四種方式：基本控制(BASE)、鍋爐跟隨(BF)、汽輪機(jī)跟隨(TF)、協(xié)調(diào)控制方式(CCS)。

1.1 CCS方式

協(xié)調(diào)控制方式是機(jī)組的正常運(yùn)行方式。單元機(jī)組的輸出電功率與負(fù)荷要求是否一致反映了機(jī)組與外部電網(wǎng)之間能量供求的平衡關(guān)系；主汽壓力反映了機(jī)組內(nèi)部鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)之間能量供求的平衡關(guān)系。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)就是為了完成這兩種平衡關(guān)系而設(shè)置的，使機(jī)組對(duì)外保證有較快的負(fù)荷響應(yīng)和一定的調(diào)頻能力，對(duì)內(nèi)保證主要運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定。把機(jī)組負(fù)荷指令送給鍋爐和汽輪機(jī)，以便使輸入給鍋爐的能量和汽輪機(jī)的輸出能量相匹配。汽輪發(fā)電機(jī)控制將直接跟隨功率指令，鍋爐輸入控制將跟隨經(jīng)主蒸汽壓力偏差修正后的功率指令。這種方式下機(jī)組能穩(wěn)定運(yùn)行，因?yàn)槠啓C(jī)調(diào)節(jié)門能快速響應(yīng)功率指令，而且鍋爐負(fù)荷也能快速改變，這種控制方式可以極大地滿足電網(wǎng)的需求[1]。在協(xié)調(diào)控制方式下，包括鍋爐主控、燃料主控、給水主控、焓值主控、風(fēng)量和爐膛壓力控制等在內(nèi)的所有主要控制回路都應(yīng)處于自動(dòng)方式，汽輪機(jī)DEH在遠(yuǎn)方負(fù)荷限壓方式。

1.2 BF方式

在協(xié)調(diào)方式下，將汽輪機(jī)主控切至本地負(fù)荷控制方式，機(jī)組運(yùn)行方式將從協(xié)調(diào)方式切至鍋爐跟隨方式，在這種方式下，鍋爐控制主汽壓力，汽輪機(jī)控制負(fù)荷。由于機(jī)組機(jī)、爐動(dòng)態(tài)特性存在差異，鍋爐側(cè)對(duì)汽壓的調(diào)節(jié)作用落后于汽輪機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)功率時(shí)對(duì)汽壓產(chǎn)生擾動(dòng)，所以機(jī)組能比較快地響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的要求；但汽壓波動(dòng)大。為了限制汽壓變化，增加了壓力限制回路，以降低功率響應(yīng)性能來提高汽壓控制的品質(zhì)，因此這種方式是功率和汽壓兩方面性能指標(biāo)的折中[2]。由于鍋爐調(diào)節(jié)主汽壓力的遲緩性，BF方式僅作為投入CCS方式之前的過渡方式，機(jī)組不宜在BF方式下變動(dòng)負(fù)荷。由于汽輪機(jī)“孤島”控制的特點(diǎn)，CCS只向DEH發(fā)送負(fù)荷設(shè)定值和主汽壓力設(shè)定值，不能直接控制汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門，DEH在負(fù)荷本地設(shè)定方式下(在BF或BASE方式時(shí))沒有克服鍋爐內(nèi)擾的能力。例如在煤質(zhì)變化時(shí)，如果不手動(dòng)改變鍋爐輸入或負(fù)荷設(shè)定值，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門將會(huì)單邊關(guān)小(煤質(zhì)趨好)或開大(煤質(zhì)趨差)。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)不宜運(yùn)行在DEH負(fù)荷本地設(shè)定方式。

1.3 TF方式

在協(xié)調(diào)方式下，將鍋爐主控切至手動(dòng)或汽輪機(jī)控制方式切至初壓方式，機(jī)組運(yùn)行方式將從CCS方式切至TF方式。特殊情況下當(dāng)機(jī)組發(fā)生RB時(shí)，協(xié)調(diào)將自動(dòng)切至TF方式，這種方式下鍋爐控制負(fù)荷，汽輪機(jī)控制汽壓，適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷需求的能力較差而汽壓波動(dòng)小，不能充分利用鍋爐的蓄熱。

1.4 BASE方式

在機(jī)組啟動(dòng)和停爐過程中使用全手動(dòng)方式，這種方式下鍋爐主控處于手動(dòng)方式，汽輪機(jī)控制方式處于限壓方式。通過燃料量和水量控制主汽壓力，配合汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門開度，以達(dá)到控制負(fù)荷的目的。

1.5 啟動(dòng)過程中機(jī)組的控制方式

機(jī)組點(diǎn)火至帶初負(fù)荷階段，機(jī)組處于BASE方式，風(fēng)、煤、水由運(yùn)行人員手動(dòng)控制，該階段機(jī)組按一定的速率升溫升壓，加煤、加水直至沖轉(zhuǎn)參數(shù)。沖轉(zhuǎn)前確保旁路有足夠的開度，為并網(wǎng)帶初負(fù)荷做好準(zhǔn)備；機(jī)組逐漸帶負(fù)荷，旁路為了維持壓力不變會(huì)隨著負(fù)荷的增加而慢慢關(guān)小至全關(guān)，待高旁全關(guān)后機(jī)組進(jìn)入TF方式；壓力由汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門控制。負(fù)荷由鍋爐控制，該方式下主汽壓力穩(wěn)定，有利于貯水箱水位的控制，運(yùn)行人員手動(dòng)加煤、加水升負(fù)荷，轉(zhuǎn)態(tài)前控制好貯水箱水位，轉(zhuǎn)態(tài)后控制好過熱度；待負(fù)荷至500 MW機(jī)組各參數(shù)穩(wěn)定后，依次投爐膛負(fù)壓、風(fēng)量(氧量可暫時(shí)不投)、給煤機(jī)、燃料主控、給水主控、焓值控制自動(dòng)，最后投鍋爐主控自動(dòng)，機(jī)組控制方式將經(jīng)BF方式過渡到CCS方式。

2 各回路控制策略

2.1 實(shí)際負(fù)荷指令

實(shí)際負(fù)荷指令的運(yùn)算方案見圖1。

圖1 實(shí)際負(fù)荷指令運(yùn)算方案

通過切換器T可以選擇電網(wǎng)調(diào)度指令，或由運(yùn)行人員手動(dòng)輸入負(fù)荷指令。所選中的目標(biāo)負(fù)荷指令經(jīng)限制器(負(fù)荷上限和下限)限制后送至負(fù)荷變化率限制器。負(fù)荷變化率可以手動(dòng)設(shè)定，也可以根據(jù)鍋爐、汽輪機(jī)熱應(yīng)力以及其他因素自動(dòng)設(shè)定。DEH側(cè)具有調(diào)頻閉環(huán)回路，因此在CCS側(cè)負(fù)荷指令中不增加一次調(diào)頻的分量，但考慮到一次調(diào)頻對(duì)機(jī)組的影響，增加一次調(diào)頻時(shí)對(duì)鍋爐的前饋量，以滿足機(jī)組的能量需求。

2.2 鍋爐主控

鍋爐主控的運(yùn)算方案見圖2。

圖2 鍋爐主控運(yùn)算方案

鍋爐主控通過改變?nèi)剂狭浚淖冨仩t的發(fā)熱量，協(xié)調(diào)方式下調(diào)節(jié)機(jī)前壓力，不僅要響應(yīng)汽輪機(jī)負(fù)荷，還要消除由于汽輪機(jī)負(fù)荷變化造成的汽壓擾動(dòng)。圖中加法器有三個(gè)輸入量，鍋爐主控前饋和一次調(diào)頻分量是為了快速響應(yīng)汽輪機(jī)負(fù)荷的要求，PID控制器的輸出則是為了消除壓力偏差(Δp是主汽壓力設(shè)定值和實(shí)際值的差值)。鍋爐主控M/A控制器在自動(dòng)時(shí)，接受上級(jí)控制器的輸出，在手動(dòng)時(shí)只接受運(yùn)行人員的操作指令。當(dāng)機(jī)組發(fā)生特殊情況(燃料主控切手動(dòng))時(shí)，此時(shí)的鍋爐主控跟蹤校正后總?cè)剂狭繉?duì)應(yīng)的函數(shù)；當(dāng)機(jī)組RB時(shí)，鍋爐主控則是RB的目標(biāo)負(fù)荷。

下列條件下，鍋爐主控手動(dòng)：

(1) 實(shí)發(fā)功率測(cè)點(diǎn)品質(zhì)壞；

(2) 主汽壓力測(cè)點(diǎn)品質(zhì)壞；

(3) 主汽壓力與設(shè)定值偏差大(1.4 MPa)；

(4) 燃料主控手動(dòng)；

(5) 送風(fēng)控制在手動(dòng)；

(6) 給水主控在手動(dòng)；

(7) 鍋爐主燃料跳閘MFT；

(8) 實(shí)際功率<400 MW；

(9) 非直流模式；

(10) RB動(dòng)作；

(11) 高旁快開動(dòng)作；

(12) 焓值控制在手動(dòng)；

(13) 初壓模式或不在負(fù)荷遙控模式，延時(shí)10 s。

2.3 燃料主控

燃料主控的運(yùn)算方案見圖3。

圖3 燃料主控運(yùn)算方案

在不同負(fù)荷下鍋爐輸入的靜態(tài)平衡是由相應(yīng)子控制回路的指令信號(hào)維持的，如給水、燃料和風(fēng)量指令信號(hào)，但是在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，僅有這些是不夠的。直流鍋爐中鍋爐受熱面管內(nèi)的內(nèi)部流體受到外部煙氣的加熱，溫度發(fā)生變化，其反應(yīng)時(shí)間常數(shù)隨燃料、給水、負(fù)荷等變化而變化，并且燃料系統(tǒng)中制粉、燃燒也存在大的延遲，因此在各負(fù)荷段中，即使嚴(yán)密地設(shè)定了給水、燃料、空氣等鍋爐輸入量，負(fù)荷變化時(shí)蒸汽溫度或蒸汽壓力變化也是過渡性地跟進(jìn)。因而負(fù)荷變化時(shí)，如果事先將各種鍋爐輸入量控制得比平衡時(shí)多些或少些，改善蒸汽溫度或蒸汽壓力的控制性能就會(huì)比較有效，這就是燃料主控方案中加入燃料BIR的初衷。

總?cè)剂狭恐噶畹闹黧w由鍋爐主控指令對(duì)應(yīng)的函數(shù)f(x)和燃料BIR組成，另外風(fēng)量和給水流量對(duì)燃料主控起雙重交叉限制作用。當(dāng)再熱器保護(hù)動(dòng)作時(shí)，再熱器保護(hù)對(duì)應(yīng)的煤量起上限限制作用，當(dāng)機(jī)組RB時(shí)考慮到鍋爐蓄熱，燃料主控對(duì)燃料量起反方向超調(diào)作用，以便鍋爐蓄熱釋放。

下列條件下，燃料主控切手動(dòng)：

(1) 校正后總煤量測(cè)點(diǎn)品質(zhì)壞；

(2) 非RB下的煤量偏差大；

(3) 給煤機(jī)自動(dòng)臺(tái)數(shù)<2；

(4) 一次風(fēng)機(jī)均手動(dòng)；

(5) 送風(fēng)機(jī)均手動(dòng)。

2.4 給水主控

給水主控的運(yùn)算方案見圖4。

圖4 給水主控運(yùn)算方案

為了保持總的蒸汽流量不變，在給水主控中去除了過熱器減溫水總量，削弱了減溫水對(duì)汽壓的影響，這樣導(dǎo)致省煤器進(jìn)口給水流量隨過熱器減溫水量有較大的波動(dòng)，從而造成過熱度較大幅度的波動(dòng)，可以通過對(duì)過熱器減溫水總量系數(shù)的修正來緩解。

焓值控制將調(diào)節(jié)過熱器入口焓，修正干態(tài)給水流量設(shè)定值；正常情況根據(jù)減溫水流量修正焓值設(shè)定；鍋爐負(fù)荷經(jīng)函數(shù)生成減溫水指令，若實(shí)際的減溫水流量低于指令，說明過熱器出口溫度偏低需要的減溫水少，這樣就可通過焓值修正控制增加過熱器入口焓設(shè)定值，減少給水提高過熱器出口溫度，達(dá)到粗調(diào)；反之，減少過熱器入口焓設(shè)定值，增加給水，降低過熱器出口溫度。焓值控制上限：3 150 t/h(100%)減去給水流量設(shè)定值(校正前)；焓值控制下限：-438 t/h。

下列條件下，給水主控切手動(dòng)：

(1) 2臺(tái)汽動(dòng)泵均手動(dòng)；

(2) 直流模式下過熱器入口焓值故障；

(3) 非直流模式下，分離器水位故障。

下列條件下，焓值控制手動(dòng)：

(1) 非直流模式；

(2) 給水主控手動(dòng)；

(3) 過熱器入口焓故障。

2.5 氧量及風(fēng)量指令

氧量及風(fēng)量指令的運(yùn)算方案見圖5。

圖5 氧量及風(fēng)量運(yùn)算方案

省煤器出口煙氣含氧量(三取中)作為爐膛內(nèi)煙氣氧量的表征。氧量定值為機(jī)組負(fù)荷指令的函數(shù)，遵循低負(fù)荷高氧量、高負(fù)荷低氧量的原則，運(yùn)行人員還可通過調(diào)節(jié)氧量設(shè)定的偏置來微調(diào)氧量定值。氧量控制器的輸出是一個(gè)在0.8～1.2變化的微調(diào)系數(shù)，它送到送風(fēng)控制回路去修正其風(fēng)量設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)將爐膛內(nèi)氧量維持在一定合理范圍內(nèi)。當(dāng)燃料風(fēng)量互相交叉限制或者RB時(shí)氧量控制器不作用，保持不變。風(fēng)量指令為鍋爐主控指令的函數(shù)，通過校正后燃料總量的交叉限制后與氧量校正系數(shù)的乘積，風(fēng)量指令始終大于最小風(fēng)量1 200 t/h。

2.6 主汽壓力設(shè)定值

主汽壓力設(shè)定值的運(yùn)算方案見圖6。

圖6 主汽壓力設(shè)定值

該機(jī)組是全滑壓運(yùn)行機(jī)組，主汽壓力設(shè)定值由負(fù)荷指令經(jīng)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，RB時(shí)主汽壓力設(shè)定值由鍋爐指令經(jīng)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生,滑壓后的壓力設(shè)定值不能低于汽輪機(jī)要求的沖轉(zhuǎn)壓力?；瑝核俾蕿?.8 MPa/min，RB時(shí)滑壓速率要大。另外，滑壓曲線經(jīng)速率限制后要經(jīng)過三階慣性環(huán)節(jié)(模擬燃料由熱量轉(zhuǎn)換為蒸汽壓力的慣性時(shí)間)，慣性時(shí)間由負(fù)荷指令的函數(shù)產(chǎn)生，并設(shè)有一偏置模塊，運(yùn)行人員可以少量修正壓力設(shè)定值。當(dāng)機(jī)組在BASE方式時(shí)主汽壓力設(shè)定值跟蹤實(shí)際主汽壓力，RB動(dòng)作發(fā)一個(gè)脈沖迫使主汽壓力設(shè)定值跟蹤主汽壓力。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)某1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)構(gòu)成、特點(diǎn)分析，明確二次再熱協(xié)調(diào)控制策略，為今后同類型機(jī)組的啟動(dòng)提供了借鑒。針對(duì)不同機(jī)組的協(xié)調(diào)控制在實(shí)際運(yùn)用過程中還存在著不少問題，但是可以根據(jù)機(jī)組的具體特性對(duì)協(xié)調(diào)進(jìn)行合理優(yōu)化，從而提高機(jī)組的控制水平。

[1] 王宏生, 呂春華. 1 000 MW超超臨界直流鍋爐的協(xié)調(diào)控制方法[J]. 電站系統(tǒng)工程, 2009, 25(4): 57-58.

[2] 邊立秀, 周俊霞, 趙勁松. 熱工控制系統(tǒng)[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2012.

Logic Analysis of Coordinated Control System in a 1 000 MW Double Reheat Unit

Cui Kaifeng, Xu Hailei, Zhang Shiwei, Li Yong

(Guodian Taizhou Power Generation Co., Ltd., Taizhou 225300, Jiangsu Province, China)

An analysis is conducted on the composition and features of the coordinated control system in a 1 000 MW double reheat unit, including a discussion on the coordinated relations among the boiler air, coal and water subsystem, as well as the coordination between the unit output and power grid demand, together with an introduction to the composition and function of the boiler control, fuel control, feed water control, main steam pressure setting, and so on.

unit; double reheat; coordinated control; logic optimization

2016-06-20；

2016-08-10

崔凱峰(1984—)，男，工程師，主要從事火電廠集控運(yùn)行管理工作。E-mail: cuikf@gdtz.com.cn

TK223.7

A

1671-086X(2017)03-0162-04