1 000 MW超超臨界機組燃水比控制策略研究與優(yōu)化

范廷舉，杜城縣

(神華國華綏中發(fā)電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

1 000 MW超超臨界機組燃水比控制策略研究與優(yōu)化

范廷舉，杜城縣

(神華國華綏中發(fā)電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

結合燃水比控制原理，以綏中發(fā)電有限責任公司1 000 MW燃煤機組為例，闡述了超超臨界機組燃水比控制的策略，通過對機組運行工況下燃水比控制調節(jié)問題的探討，提出相應的解決方案。

超超臨界機組;燃水比;中間點溫度;調節(jié)品質

1 機組概況

綏中發(fā)電有限責任公司1 000 MW超超臨界直流變壓運行機組采用燃水比控制作為維持主蒸汽溫度的主要手段，兩級噴水減溫作為維持主蒸汽溫度的輔助細調手段。近些年來，由于電煤緊張，摻燒煤種復雜，主燃煤種嚴重偏離了設計煤種，燃水比很難控制，造成主汽壓力、主汽溫度等主要參數(shù)不穩(wěn)定，嚴重地影響了大機組的經濟性和安全性。因此優(yōu)化大機組燃水比控制策略，提高調節(jié)品質，是提高大機組效率重要手段之一。

綏中發(fā)電有限責任公司1 000 MW超超臨界機組鍋爐由東方鍋爐股份有限公司、BHK、BHDB制造，汽輪機由東方汽輪機廠、日立制造，發(fā)電機由東方電機股份有限公司、日立制造。該機組鍋爐為高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、運轉層以上露天布置，為固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構П型鍋爐，設計煤種為寶日希勒1號煤和5號煤。制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式，每臺鍋爐配有6臺磨煤機;設有2臺50%容量的動葉可調軸流式一次風機提供一次熱、冷風輸送煤粉;采用2臺靜葉可調引風機和2臺動葉可調送風機提供二次風。主蒸汽溫度調節(jié)方式采用燃水比和兩級噴水減溫進行控制，再熱蒸汽利用鍋爐尾部煙道出口煙氣擋板調整汽溫，且在低溫再熱器至高溫再熱器間連接管道上設有事故噴水以備緊急事故工況、擾動工況或其他非穩(wěn)定工況時投用。主蒸汽額定壓力為26.25 MPa，主蒸汽額定溫度為605℃。

2 超超臨界機組的控制特點

超超臨界直流爐的給水經加熱、蒸發(fā)和變成過熱蒸汽是一次性連續(xù)完成的，鍋爐的蒸汽量不僅取決于燃料量，同時也決定于給水流量。因此，超超臨界機組的負荷控制是與給水控制和燃料量控制密切相關的。當給水量和燃燒率的比例改變時，直流爐的各個受熱面的分界就發(fā)生變化，從而導致過熱汽溫發(fā)生劇烈變化。根據上述超超臨界機組的靜、動態(tài)特性分析，超超臨界機組具有以下控制特點。

a. 超超臨界機組是一個多輸入、多輸出的被控對象［1］，輸入量為汽溫、汽壓和蒸汽流量，輸出量為給水量、燃料量、送風量。

b. 超超臨界機組的加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和過熱區(qū)之間無固定界限，汽溫、燃燒、給水相互關聯(lián)，當燃水比不適應時，汽溫將會有顯著的變化，為使汽溫變化較小，要保持燃燒率和給水量的適當比例［2］。

c. 從動態(tài)特性來看，微過熱汽溫能迅速反映過熱汽溫的變化，因此可以用該信號來判斷給水和燃燒率是否失調。

d. 負荷擾動時，主汽壓力反應快，可作為被調量。

e. 減溫水流量對主汽壓力和微過熱汽溫沒有直接影響，因此在維持燃水比的前提下，減溫水控制可按單回路控制系統(tǒng)設計。

f. 機組的蓄熱系數(shù)小對壓力控制不利，但有利于迅速改變鍋爐負荷，適應電網負荷變化能力強。

3 燃水比控制原理［3］

3.1 升溫控制 (分離器入口流體溫度控制)

機組在常溫/冷態(tài)方式啟動時，在主蒸汽壓力＜8.7 MPa和1只油燃燒器閥門打開時如果水—燃料比主控在自動，汽水分離器入口流體溫度升溫控制啟動。當2對油燃燒器投運和主蒸汽壓力達到9.6 MPa時，升溫控制結束。

3.2 爐膛煙氣溫度控制

在啟動時為了防止燃料過量使再熱蒸汽管超溫，要監(jiān)視爐膛出口煙氣溫度。當爐膛出口煙氣溫度超過最大設定值，燃燒率指令將按比例控制。汽機進汽后對爐膛出口煙氣溫度的限制取消。

3.3 主汽壓力控制

當鍋爐處于濕態(tài)運行方式，機組負荷高于15%ECR時，主蒸汽壓力由燃料量控制 (與汽包鍋爐相同)。因此，在這種情況下，是通過調整給水/燃料比率指令來控制主蒸汽壓力。

3.4 主汽溫度控制

當鍋爐處于干態(tài)運行方式時，調整給水/燃料比率指令，以補償煤的實際發(fā)熱值的改變和鍋爐上述變化。在這種情況下，給水/燃料比率指令控制屏式過熱器出水溫度 (中間點溫度)。最終結果是主蒸汽溫度控制可以始終處于最佳位置 (當超過一定負荷時，噴水處在穩(wěn)定狀態(tài)條件下)，以快速響應溫度擾動。此外，為了保護鍋爐，必須把過熱度控制在適當?shù)脑O定點上。為了協(xié)助主蒸汽溫度的控制，還把每一部分的溫度偏差加起來作為比例控制信號。

3.5 燃料主控指令

燃料主控指令主要由以下幾個環(huán)節(jié)共同作用形成。

a. 鍋爐指令BD根據正常運行、不同啟動方式所對應的函數(shù)曲線計算出來的燃料量需求指令。

b. 為了減小鍋爐響應滯后所帶來的遲延，燃料量需求指令需加上燃料量超前控制 (BIR)，隨后加入燃水比進一步修正燃料量需求指令。

c. 通過給水流量和風量對燃料主控指令的交叉限制，保證系統(tǒng)能量的相對平衡。當機組啟動初期，再熱器無蒸汽流過時，以19.5%MCR作為燃料量的上限值對燃料量需求指令進行限制，最終形成的燃料量需求指令送至燃料主控。

4 燃水比控制策略的優(yōu)化

4.1 中間溫度的選取

根據經驗數(shù)據，中間點溫度每變化1℃，低負荷時對過熱蒸汽溫度的影響達到10℃左右，高負荷時對過熱蒸汽溫度的影響達到5℃左右，正確的選取中間點溫度至關重要［4］。

廠家提供的控制策略中，燃水比控制的中間點溫度為分離器出口溫度，由于中間點溫度在系統(tǒng)位置靠前，不能準確反映燃水比關系，主汽調節(jié)系統(tǒng)調節(jié)品質較差。為了解決該問題，經過調試試驗，最后選取屏式過熱器出口溫度作為中間點溫度，頂棚過熱器出口溫度作為前饋，被調參數(shù)的準確選取，保證了主汽溫調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)品質。

4.2 燃水比與一級減溫水控制回路的解耦

廠家提供的一級減溫水調節(jié)控制框圖是一級減溫水流量調節(jié)再加上二級出口溫差和頂棚溫度的修正，事實上在正常運行中由于煤種的變化和工況的不同一級減溫水流量與負荷很難真正匹配上，再加上一級減溫水流量也不準確，所以一級減溫水調節(jié)回路的實用性不強。為了解決上述問題，對其控制策略進行了改進，即一級減溫水調節(jié)與水燃比一起控制屏式過熱器出水溫度，減溫水流量作為水燃比控制的前饋信號，實現(xiàn)回路的解耦控制。

4.3 燃水比偏置補償

為了適應煤種頻繁變化，保證燃水比更接近真實情況，通過減少/增加燃料偏置來控制分離器入口過熱度，根據分離器儲水箱壓力和分離器入口流體溫度設定的分離器入口溫度上限/下限偏差加到燃水比偏置，使分離器出口過熱度小于規(guī)定值。在循環(huán)操作時 (濕態(tài)方式)，因為不需要控制過熱度，燃料偏置取消。在負荷不變化時，此偏置僅由BID調整。

4.4 減弱BIR在燃水比控制的作用

為了滿足電網負荷的要求，要求機組負荷變化率較大，在機組正常運行過程中，如果升降負荷過快，將引起汽水分離器出口壓力波動，造成燃水比控制回路中BIR(負荷微分)信號頻繁動作，致使燃水比信號波動，造成主汽溫度波動較大。為了解決上述問題，保證BIR信號快速響應的同時減弱了BIR在燃水比控制回路中的作用，避免升降負荷過程BIR信號頻繁動作引起汽溫波動。

4.5 增加頂棚出口過熱度控制

頂棚出口過熱度設定值根據汽水分離器儲水箱壓力設置，并與實際頂棚出口溫度比較，當測量值比設定值高時，燃水比加一減少偏置，控制金屬溫度上升。負荷大于600 MW時這一偏置取消。

過熱度控制僅加到燃水比壓力控制偏置和溫度控制偏置，限制分離器入口過熱度控制和頂棚出口過熱度控制的總量小于±6 t/h。

5 結束語

綏中發(fā)電有限責任公司1 000 MW超超臨界機組通過對燃水比控制策略的優(yōu)化和改進，提高了機組對不同煤種的適應能力，保證了機組主要參數(shù)的穩(wěn)定，為超超臨界機組的調試和維護積累經驗。

［1］ 楊景祺，戈黎紅，凌榮生.超臨界參數(shù)機組控制系統(tǒng)的特點及其控制策略 ［J］.動力工程，2005，25(2):221-225.

［2］ 張嘯海，曾光寧，顏求智.淺談超超臨界火力發(fā)電機組控制特點及難點 ［J］.儀器儀表用戶，2010，17(1):79-80.

［3］ 東方鍋爐控制有限公司.超超臨界鍋爐控制系統(tǒng)說明［Z］.

［4］ 王遠平，傅望安，時 標，等.華能玉環(huán)電廠4×1 000 MW超超臨界機組燃水比控制策略［J］.電力設備，2008，9(1):8-12.

(收稿日稿 2011-10-15)

1 000 MW Ultra-supercritical Unit Fuel-water Ratio Control Strategy and Optimization

FAN Ting-ju，DU Cheng-xian
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

Combined with Fuel-water ratio control theory，taking example of 1 000 MW ultra-supercritical units control in Suizhong power plant，it describes ultra-supercritical unit fired water ratio control strategy，discussing the control adjustment problems of the water-fuel unit under operating conditions，and solution to it.

Ultra-supercritical units;Fuel-water ratio;Mid-point temperature;Adjustment quality

TK32;TK229.2

A

1004-7913(2012)01-0005-03

范廷舉 (1974—)，男，學士，工程師，從事熱工專業(yè)管理工作。