1000MW 超超臨界燃煤機(jī)組RB控制研究與試驗(yàn)

安子健 范廷舉

（神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧省葫蘆島市，125222）

1 引言

RB控制技術(shù)是20世紀(jì)80年代隨著DCS的引進(jìn)，在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的，由于RB控制技術(shù)的實(shí)施很大程度上依賴于試驗(yàn)研究，因此直到20世紀(jì)90 年代中期才逐步在新建大機(jī)組上實(shí)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)生部分主要輔機(jī)故障跳閘，導(dǎo)致鍋爐最大出力低于給定功率時(shí)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將機(jī)組負(fù)荷快速降低到實(shí)際所能達(dá)到的相應(yīng)出力，并控制機(jī)組在允許參數(shù)范圍內(nèi)繼續(xù)運(yùn)行，該過程稱為RUNBACK （輔機(jī)故障減負(fù)荷，簡(jiǎn)稱RB）。RB 試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)機(jī)組和控制系統(tǒng)在故障下的適應(yīng)能力，是對(duì)機(jī)組故障下運(yùn)行能力的檢驗(yàn)，是對(duì)控制系統(tǒng)性能和功能的檢驗(yàn)。RB 功能的實(shí)現(xiàn)為機(jī)組在高度自動(dòng)化運(yùn)行方式下提供了安全保障。

2 RB控制的基本原理

綏中電廠二期RB控制策略主要由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) （CCS）和 燃 燒 器 管 理 系 統(tǒng) （BMS）實(shí) 現(xiàn)。BMS的任務(wù)是控制燃料量的投入，保證在低負(fù)荷運(yùn)行期間的燃燒穩(wěn)定。RB 發(fā)生后，通常的做法是切除最上層燃料，保留3臺(tái)磨煤機(jī)和給煤機(jī)運(yùn)行，如果需要投油穩(wěn)燃，則BMS還將決定油槍投入的數(shù)量及方式。

汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng) （DEH）在RB工況下一般擔(dān)任協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的執(zhí)行級(jí)，對(duì)機(jī)前壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。輔機(jī)順序控制系統(tǒng)（SCS）則通過聯(lián)鎖保護(hù)邏輯，實(shí)現(xiàn)RB 時(shí)送／引風(fēng)機(jī)、同側(cè)聯(lián)跳，以保證鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的快速平衡，避免由于爐膛壓力保護(hù)動(dòng)作引起鍋爐主燃料跳閘。

綏電二期1000MW 機(jī)組能夠觸發(fā)RUNBACK的主要輔機(jī)設(shè)備有：磨煤機(jī)跳閘、一次風(fēng)機(jī)跳閘、送風(fēng)機(jī)跳閘、引風(fēng)機(jī)跳閘、給水泵跳閘。通過以上輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算出機(jī)組的最大允許負(fù)荷和機(jī)組的最小允許負(fù)荷。在協(xié)調(diào)控制方式 （CCS）下，機(jī)組實(shí)際負(fù)荷＞520 MW，如果機(jī)組的最大允許負(fù)荷小于機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷，機(jī)組RB控制觸發(fā)，機(jī)組控制方式切換至汽輪機(jī)跟隨 （TF）控制方式，機(jī)組實(shí)際負(fù)荷按RB 負(fù)荷速率快速下降至RB 目標(biāo)負(fù)荷，直至機(jī)組實(shí)際負(fù)荷與機(jī)組最大出力相適應(yīng)。

3 RB控制策略

在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，一般有以下幾個(gè)特有的RB控制回路：機(jī)組最大、最小允許負(fù)荷；RB 指令；負(fù)荷指令變化速率設(shè)定；協(xié)調(diào)控制方式切換；鍋爐主控指令切換；磨煤機(jī)跳閘順序；RB 優(yōu)先控制（RB優(yōu)先迫升／迫降、禁止偏差切手動(dòng)等）。

圖1 單臺(tái)輔機(jī)最大出力及RB最大出力計(jì)算

3.1 機(jī)組最大出力計(jì)算

根據(jù)輔機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和其出力能力，計(jì)算出各個(gè)輔機(jī)設(shè)備的最大允許出力，通過對(duì)各個(gè)輔機(jī)設(shè)備的最大允許出力進(jìn)行比較，計(jì)算出機(jī)組最大允許負(fù)荷，根據(jù)鍋爐主控指令與機(jī)組最大允許負(fù)荷邏輯判斷得出RB負(fù)荷指令。其中輔機(jī)跳閘需計(jì)算單臺(tái)輔機(jī)最大出力控制邏輯，如圖1所示。

3.2 機(jī)組最小出力計(jì)算

通過給煤機(jī)給煤量下限及燃油流量，可以計(jì)算出機(jī)組最小允許負(fù)荷，機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷不能低于機(jī)組最小允許負(fù)荷。同理，給煤機(jī)最大允許負(fù)荷則用給煤機(jī)給煤量上限來計(jì)算，如圖2所示。

圖2 機(jī)組最小、最大出力計(jì)算

3.3 RB指令

在協(xié)調(diào)控制方式 （CCS）下，發(fā)電機(jī)功率＞520 MW，如果輔機(jī)設(shè)備跳閘，機(jī)組最大允許負(fù)荷將小于機(jī)組實(shí)際負(fù)荷，RB 觸發(fā)指令發(fā)出。運(yùn)算得出RB負(fù)荷指令，同時(shí)將協(xié)調(diào)控制方式切換成汽輪機(jī)跟隨控制方式，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷與機(jī)組最大允許負(fù)荷相差＜±3 MW 時(shí)，RB結(jié)束。如圖3所示。

圖3 RB負(fù)荷指令

3.4 負(fù)荷變化率設(shè)定

當(dāng)輔機(jī)設(shè)備跳閘發(fā)生RB 后，RB 降負(fù)荷率可以設(shè)定不同的值，保證機(jī)組降負(fù)荷過程中各參數(shù)之間的相對(duì)平衡。例如，給水泵跳閘RB降負(fù)荷率要更快，從而提高燃料量和風(fēng)量的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。具體負(fù)荷速率設(shè)定邏輯如圖4所示。

3.5 協(xié)調(diào)控制方式切換

當(dāng)機(jī)組發(fā)生RB時(shí)，控制方式由協(xié)調(diào)控制方式（CCS）切換至汽輪機(jī)跟隨 （TF）控制方式。如圖5所示。

3.6 鍋爐主控指令

RB負(fù)荷指令作用到鍋爐主控，最終形成鍋爐負(fù)荷指令分別送到燃料主控，給水控制。鍋爐主控指令如圖6所示。

3.7 磨煤機(jī)跳磨順序控制

當(dāng)輔機(jī)發(fā)生RB 時(shí) （磨煤機(jī)RB 除外）要依次跳磨煤機(jī)最終保持3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，以保證燃料快速減少，跳磨順序選擇邏輯如下：分別為5號(hào)磨煤機(jī)、3號(hào)磨煤機(jī)和6號(hào)磨煤機(jī)?？刂七壿嬋鐖D7所示。

通過對(duì)RB 控制邏輯分析，當(dāng)輔機(jī)設(shè)備跳閘后，由于機(jī)組最大出力不能適應(yīng)當(dāng)前負(fù)荷要求，快速減負(fù)荷，根據(jù)跳閘設(shè)備不同，降負(fù)荷速率不同，RB負(fù)荷指令作用于鍋爐主控，控制燃料量、給水量同步下降。

4 RB試驗(yàn)采用的基本方法

綏電二期機(jī)組在投產(chǎn)以前，均完成各項(xiàng)RB 試驗(yàn)，以保證協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入后機(jī)組的安全運(yùn)行。其他情況下，如只對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了修改，一般只要求進(jìn)行RB功能模擬試驗(yàn)。按照 《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》（DL／T657-2006）的要求，在機(jī)組進(jìn)入驗(yàn)收階段前完成所有RB試驗(yàn)。

圖4 RB負(fù)荷速率設(shè)定

圖5 機(jī)組控制方式切換邏輯

圖6 鍋爐主控指令

圖7 磨煤機(jī)跳閘順序控制邏輯

4.1 RB靜態(tài)模擬試驗(yàn)的方法及要求

在機(jī)組停運(yùn)的情況下，按設(shè)計(jì)的功能依次模擬RB產(chǎn)生的條件，進(jìn)行RB功能模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)中，主要應(yīng)檢查以下內(nèi)容：

（1）所有的RB 數(shù)字量輸入回路能夠正確動(dòng)作；

（2）負(fù)荷運(yùn)算回路、負(fù)荷指令變化速率等RB控制參數(shù)己正確設(shè)定；

（3）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)輸出至FSSS系統(tǒng)，除磨煤機(jī)RUNBACK 外，其 他 RUNBACK 發(fā) 生 后，F(xiàn)SSS將按一定的時(shí)間間隔以從下往上的順序跳磨煤機(jī)、給煤機(jī)，直至與要求的負(fù)荷相匹配 （一般為保留3臺(tái)或2臺(tái)磨煤機(jī)）；

（4）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在RB發(fā)生后能夠自動(dòng)切換到TF方式運(yùn)行；

（5）RB時(shí)，主汽壓采用的定壓／滑壓方式符合設(shè)計(jì)要求，一般應(yīng)切換到滑壓方式運(yùn)行；

（6）滑壓運(yùn)行方式時(shí)，滑壓速率參數(shù)設(shè)定應(yīng)根據(jù)不同RB的特點(diǎn)正確設(shè)定。

4.2 RB動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方法及要求

在進(jìn)行RB動(dòng)態(tài)試驗(yàn)之前，應(yīng)檢查是否已經(jīng)具備了以下條件：

（1）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及控制子系統(tǒng)已正常投用，并完成相應(yīng)的定值擾動(dòng)和負(fù)荷擺動(dòng)試驗(yàn)，調(diào)節(jié)品質(zhì)合格；

（2）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在TF方式下的定值擾動(dòng)試驗(yàn)合格，調(diào)節(jié)品質(zhì)符合要求，在0.6～0.8 MPa定值擾動(dòng)下，過渡過程衰減率Ψ=0.7～0.8、穩(wěn)定時(shí)間＜6min；

（3）RB 功能模擬試驗(yàn)已完成，結(jié)果滿足要求；

（4）機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)已正常投入。

在進(jìn)行正式的RB動(dòng)態(tài)試驗(yàn)之前，一般還要進(jìn)行預(yù)備性試驗(yàn)，以確認(rèn)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在RB工況下能正確進(jìn)行控制，并根據(jù)預(yù)備性試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)不同RB工況下的目標(biāo)負(fù)荷、降負(fù)荷速率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

RB正式試驗(yàn)一般應(yīng)在90% Pe以上負(fù)荷工況下進(jìn)行，以考核機(jī)組和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在RB工況下的控制能力。按設(shè)計(jì)的RB 功能分項(xiàng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，如分別進(jìn)行磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、給水泵等RB 試驗(yàn)，記錄各被調(diào)量的動(dòng)態(tài)曲線。

RB試驗(yàn)的品質(zhì)指標(biāo)：機(jī)組RB 試驗(yàn)時(shí)，參數(shù)波動(dòng)范圍不危及機(jī)組安全和不引起機(jī)組保護(hù)動(dòng)作跳閘，即為合格。

4.3 RB動(dòng)態(tài)試驗(yàn)案例分析

下面以綏電二期直流爐給水泵和一次風(fēng)機(jī)RUNBACK 的動(dòng)作曲線為例，簡(jiǎn)要分析在這兩次RB過程中各個(gè)參數(shù)的變化情況。

4.3.1 給水泵RB試驗(yàn)

（1）動(dòng)態(tài)試驗(yàn)條件得到滿足。

（2）動(dòng)作過程：機(jī)組負(fù)荷＞90%CCS 將控制方式由協(xié)調(diào)方式自動(dòng)轉(zhuǎn)入TF 方式，機(jī)組負(fù)荷指令按100%BMCR／min 的速率下降至目標(biāo)負(fù)荷470 MW，目標(biāo)負(fù)荷送至鍋爐主控，控制給水量、燃料量。主汽壓力設(shè)定值隨負(fù)荷-壓力函數(shù)f （x）變化。運(yùn)行磨煤機(jī)按照5號(hào)-3號(hào)-6號(hào)的順序依次跳掉相應(yīng)的磨煤機(jī)，直到保留3臺(tái)磨煤機(jī)為止，間隔時(shí)間10s。給水泵RB 試驗(yàn)主要參數(shù)見表1，給水泵RB參數(shù)曲線見圖8。

表1 給水泵RB試驗(yàn)主要參數(shù)

圖8 給水泵RB參數(shù)曲線

如圖8所示，給水泵RB后，被調(diào)量在偏離給定值后均能快速回到允許靜態(tài)誤差范圍，給水泵RB爐膛負(fù)壓最大波動(dòng)為160Pa～-560Pa。通過給煤量曲線，給水泵發(fā)生RB后，連鎖2臺(tái)磨煤機(jī)跳閘，最終保留3 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行。通過燃料量計(jì)算，機(jī)組維持在50%負(fù)荷時(shí)，3臺(tái)磨煤機(jī)可以滿足燃料量需求和穩(wěn)燃要求。為防止?fàn)t膛風(fēng)量和爐膛負(fù)壓等參數(shù)發(fā)生較大程度波動(dòng)，每臺(tái)磨煤機(jī)跳閘時(shí)間間隔10s，以利于調(diào)節(jié)產(chǎn)生穩(wěn)定。另外因?yàn)榻o水流量變化的快速性，給水泵RUNBACK 的降負(fù)荷率比其他輔機(jī)的速率要快1倍，為100 MW／s，同時(shí)在送、引風(fēng)調(diào)節(jié)回路增加負(fù)壓?jiǎn)蜗蜷]鎖和磨煤機(jī)一次風(fēng)量調(diào)節(jié)前饋回路邏輯等，來提高燃料和風(fēng)量的相應(yīng)速度。

4.3.2 一次風(fēng)機(jī)RB實(shí)驗(yàn)

（1）動(dòng)態(tài)試驗(yàn)條件得到滿足。

（2）動(dòng)作過程：CCS 將控制方式由協(xié)調(diào)方式自動(dòng)轉(zhuǎn)入TF方式，機(jī)組負(fù)荷指令按50%BMCR／min的速率變化到目標(biāo)負(fù)荷500 MW，鍋爐主控控制給水量、燃料量，主汽壓力設(shè)定值隨負(fù)荷—壓力函數(shù)f （x）變化。運(yùn)行磨煤機(jī)按照5號(hào)-3號(hào)-6號(hào)的順序依次跳掉相應(yīng)的磨煤機(jī)，直到保留3臺(tái)磨煤機(jī)為止，間隔時(shí)間10s。

跳閘磨煤機(jī)，對(duì)應(yīng)的一次風(fēng)冷熱風(fēng)關(guān)斷門、分離器出口門，一次風(fēng)冷熱調(diào)節(jié)擋板關(guān)閉。運(yùn)行的一次風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)動(dòng)葉在電流不超過532 A 時(shí)強(qiáng)開至90%。一次風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)主要參數(shù)見表2，一次風(fēng)機(jī)RB參數(shù)曲線見圖9。

表2 一次風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)主要參數(shù)

圖9 一次風(fēng)機(jī)RB參數(shù)曲線

如圖9所示，一次風(fēng)機(jī)RB后，被調(diào)量在偏離給定值后能夠快速回到允許靜態(tài)誤差范圍，調(diào)節(jié)品質(zhì)較好。通過給煤量曲線，一次風(fēng)機(jī)RB雖然同樣連鎖2臺(tái)磨煤機(jī)跳閘，但磨煤機(jī)通過一次風(fēng)向爐膛送粉，一次風(fēng)機(jī)跳閘對(duì)磨煤機(jī)入口風(fēng)量的影響較大，其他正常運(yùn)行的磨煤機(jī)送粉能力同時(shí)受到影響，因此設(shè)計(jì)燃料量拉回控制邏輯的，降低爐膛燃料量的驟然下降，造成給水、風(fēng)量和燃料量的不平衡程度。爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)方面，因?yàn)橐淮物L(fēng)屬爐膛風(fēng)量的一部分，一次風(fēng)機(jī)跳閘，較嚴(yán)重地打破了送引風(fēng)的平衡，因此造成爐膛負(fù)壓大幅波動(dòng)，一次風(fēng)機(jī)RB爐膛負(fù)壓最大波動(dòng)-32Pa～-1450Pa。一次風(fēng)機(jī)RUNBACK 的降負(fù)荷率為50 MW／s，較給水泵RB要慢，以緩解鍋爐燃燒的加大慣性和延遲。RB發(fā)生后，關(guān)閉相應(yīng)跳閘的磨煤機(jī)出口擋板，以減少其他磨煤機(jī)一次風(fēng)損失。

通過以上兩個(gè)案例的分析，不同輔機(jī)RB工況有所不同，RB 過程中應(yīng)注意的參數(shù)變化也不同，通過對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)和控制邏輯的優(yōu)化，可以進(jìn)一步提高RB過程中的控制品質(zhì)，達(dá)到更好的控制效果。

5 結(jié)語

通過對(duì)綏中電廠二期RB控制成功的經(jīng)驗(yàn)，解析了RB控制邏輯的設(shè)計(jì)思路和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過程中應(yīng)特別注意控制參數(shù)優(yōu)化，對(duì)其他機(jī)組RB控制設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義。

隨著大容量高參數(shù)火電機(jī)組的迅猛發(fā)展，火電廠自動(dòng)控制水平也在不斷提高，機(jī)組安全運(yùn)行的可靠性則顯得尤為重要，因此百萬機(jī)組的RB控制理念對(duì)火電廠未來的發(fā)展起著重要的作用。

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