670MW超臨界機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)淺析

摘要：協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是基于單元機組負荷條件，為解決負荷控制中內(nèi)外兩個能量供求平衡關(guān)系而設(shè)計的一種控制策略。它將鍋爐與汽輪發(fā)電機組視為一整體實施綜合控制，超臨界機組沒有汽包，給水、汽溫、燃燒控制系統(tǒng)是密切相關(guān)，不能獨立的，某一控制系統(tǒng)投入與否將影響另一控制系統(tǒng)的性能，這給控制系統(tǒng)的設(shè)計和整定增加了復(fù)雜性。

關(guān)鍵詞：協(xié)調(diào)控制 超臨界 調(diào)節(jié)

1 超臨界機組協(xié)調(diào)控制的主要特點

燃煤發(fā)電機組運行過程中，鍋爐內(nèi)工質(zhì)都是水，水的臨界點壓力為22.12MPa，溫度374.15℃；在這個壓力和溫度時，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的臨界點。超臨界機組是指主蒸汽壓力大于水的臨界壓力22.12MPa的機組，而亞臨界機組是指主蒸汽壓力低于這個臨界壓力的機組，通常出口壓力在15.7～19.6MPa。

超臨界機組沒有汽包，又沒有爐水小循環(huán)回路。給水一次性流過加熱段、蒸發(fā)段和過熱段，三段受熱面沒有固定分界線，當(dāng)給水流量或燃料量發(fā)生變化時，三段受熱面的吸熱比例將發(fā)生變化，鍋爐出口汽溫、蒸汽流量及汽壓都將發(fā)生變化。因此，給水、汽溫、燃燒控制系統(tǒng)是密切相關(guān)，不能獨立的，某一控制系統(tǒng)投入與否將影響另一控制系統(tǒng)的性能，這給控制系統(tǒng)的設(shè)計和整定增加了復(fù)雜性。

2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及其任務(wù)

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是基于單元機組的負荷特點提出的一種控制策略。提出該系統(tǒng)的目的是解決負荷控制中的內(nèi)外兩個能量供求平衡關(guān)系，其任務(wù)主要涉及四個方面：①電力運行部門基于電網(wǎng)調(diào)度曲線要求設(shè)定負荷指令，提高電網(wǎng)系統(tǒng)對負荷變化的適應(yīng)能力。②對鍋爐與汽輪發(fā)電機組的運行狀態(tài)進行有效的調(diào)度和協(xié)調(diào)。當(dāng)負荷大幅度波動時，能夠使鍋爐與汽輪發(fā)電機組的能量相對平衡，避免其影響主汽壓力的穩(wěn)定狀態(tài)。③在負荷變化過程中，維持機組各參數(shù)（燃料量、送風(fēng)、爐膛壓力、給水量、汽溫等）在允許的工作范圍內(nèi)，確保機組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的運行。④平衡外部負荷請求和主/輔設(shè)備實際承受能力之間的關(guān)系。

3 主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)

3.1 燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)

3.1.1 燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)

燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計旨在接收協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)出的鍋爐主控指令，調(diào)整鍋爐的燃料量、送風(fēng)量，使鍋爐產(chǎn)生的燃燒熱能與對鍋爐的蒸汽負荷需求相適應(yīng)，保證鍋爐燃燒過程安全經(jīng)濟地進行。當(dāng)單元機組采用機跟蹤的方式時（即鍋爐調(diào)負荷，汽機調(diào)汽壓），鍋爐主控對燃燒率的指令代表機組的負荷要求；當(dāng)單元機組采用爐跟蹤的方式時（即汽機調(diào)負荷，鍋爐調(diào)汽壓），鍋爐主控對燃燒率的指令用于維持主汽壓力的穩(wěn)定。

3.1.2 燃燒過程調(diào)節(jié)的特點

①在電廠運行中，鍋爐的燃燒過程的調(diào)節(jié)比較復(fù)雜，是典型的多輸入多輸出的多變量相關(guān)的調(diào)節(jié)對象，主要調(diào)節(jié)量涉及燃料量、吸風(fēng)量、送風(fēng)量，主要被調(diào)量有負荷或汽壓、氧量、爐膛負壓，彼此間的影響是有的。②燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案主要根據(jù)鍋爐類型、機組運行方式、負荷調(diào)度方式等進行設(shè)定。控制策略因鍋爐設(shè)備類型及工藝條件而異，比如中儲式與直吹式的燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)就有較大的區(qū)別。

3.1.3 提高燃燒調(diào)節(jié)品質(zhì)的常用策略

一是進行技術(shù)改造。未來將淘汰一些效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重的舊式燃煤鍋爐，因地制宜地對現(xiàn)有燃煤鍋爐進行技術(shù)改造。在天然氣等資源豐富地區(qū)進行煤改氣，在煤氣資源貧乏地區(qū)，采用太陽能集熱器替代小型燃煤鍋爐等措施。二是采用潔凈燃燒技術(shù)。采用潔凈煤替代原煤提高燃煤質(zhì)量。

3.2 給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)

3.2.1 給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)

給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)是為了平衡機組工質(zhì)，使給水量和鍋爐蒸發(fā)量維持一致而設(shè)計的。直流鍋爐與汽包鍋爐的汽水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各有特點，實際運行中應(yīng)該采用不同的標(biāo)準(zhǔn)和方式來控制給水量。直流鍋爐給水調(diào)節(jié)目的是平衡給水流量與燃燒率之間的關(guān)系，確保煤水比和汽水溫度恒定。

3.2.2 直流爐的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)

直流鍋爐中給水轉(zhuǎn)換成過熱蒸汽一次完成。鍋爐蒸發(fā)量和給水量通常是一致的，保持鍋內(nèi)壓力恒定時，爐內(nèi)熱負荷與給水量的配比決定了汽水分界點及工質(zhì)溫度。給水調(diào)節(jié)與燃燒率調(diào)節(jié)有一定的內(nèi)在聯(lián)系。在實際運行中，給水量與燃料的變化應(yīng)該同步進行，目的是維持蒸汽溫度。當(dāng)負荷發(fā)生變化，鍋爐主控指令發(fā)出，給水調(diào)節(jié)必須與燃燒率調(diào)節(jié)的響應(yīng)速率一致?？梢哉f直流鍋爐是一個多變量對象，這也是它不同于汽包鍋爐的顯著特點。直流爐在運行過程中，給水與燃燒率的比例（煤/水比）控制尤為關(guān)鍵。煤/水比的控制可以通過主氣溫進行判斷。鑒于此，業(yè)界主要通過主氣溫來實施煤/水比控制，即根據(jù)“中間點溫度”來修正煤水比?！爸虚g點溫度”是可以迅速反映煤/水比的汽水過渡區(qū)出口的微過熱汽溫（分離器處的溫度）。實際運行中，中間點溫度并非恒定不變，其定值在不同的負荷（壓力）與飽和溫度條件下會發(fā)生變動。

3.3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

一般情況下，大型燃煤發(fā)電機組主要通過協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)來管理負荷。設(shè)計協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的目的是通過其響應(yīng)調(diào)度的負荷變化要求，提高機組的運行效率。在機組系統(tǒng)中，機組負荷和主蒸汽壓力主要通過協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基于鍋爐燃燒率和汽機調(diào)門進行調(diào)節(jié)。機組負荷應(yīng)該對負荷指令進行快速響應(yīng)，同時使主蒸汽壓力維持在限定值以內(nèi)。一般來講，機組與鍋爐之間能量平衡狀態(tài)以及機組運行狀態(tài)可以通過主蒸汽壓力反映出來。因此可以說，主蒸汽壓力是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的首要保證。

從廣義上講，機組所有的調(diào)節(jié)都屬于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的工作范疇。但是從狹義上講，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)就是指以鍋爐指令和汽機指令為調(diào)節(jié)量，以電負荷和主蒸汽壓力為被調(diào)量，組成的聯(lián)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

協(xié)調(diào)方式下，汽機指令與鍋爐指令一般隨負荷指令協(xié)同變化，以確保機組能夠迅速響應(yīng)電負荷變化，同時確保主蒸汽壓力不超出安全范疇，其負荷和主蒸汽壓力調(diào)節(jié)品質(zhì)介于機與爐、爐與機兩種方式之間。協(xié)調(diào)方式下，主蒸汽壓力一旦偏離設(shè)定值，即要求汽機指令協(xié)助調(diào)節(jié)，以免主蒸汽壓力大幅度波動，對機組的運行狀態(tài)產(chǎn)生不良影響。endprint

4 協(xié)調(diào)方式下增減負荷時的注意事項

4.1 負荷變化時，汽機調(diào)門會開大或關(guān)小。此時，主汽壓力會減少或增大。正常情況下，主汽壓力波動應(yīng)該在

±0.6MPa范圍內(nèi)。主汽壓力及燃料量的波動和負荷變化率有關(guān)。負荷變化率越大，主汽壓力及燃料量的波動也越大。在增減負荷時，如果主汽壓力和燃料量波動過大，運行人員應(yīng)手動調(diào)整主汽壓力設(shè)定值，減少主汽壓力設(shè)定值與實際值偏差，從而穩(wěn)定燃料量和壓力。

4.2 當(dāng)機組在低負荷運行時，由于主汽壓力未達到額定值。因此，主汽壓力的波動不會引起超壓。但當(dāng)機組在較高負荷運行，主汽壓力達到額定值時，主汽壓力的波動可能會引起超壓。此時，需要運行人員注意主汽壓力的調(diào)整，適當(dāng)降低主汽壓力。

4.3 主汽壓力的變化，會影響給水流量的變化，使中間點溫度變化，從而影響主汽溫變化。而燃料量的變化也會影響主汽溫和再熱汽溫的變化。運行人員在負荷變化時，應(yīng)特別注意中間點溫度的變化，及時增大或減少中間點偏置，穩(wěn)定中間點溫度，從而穩(wěn)定汽溫。

4.4 送風(fēng)自動投入后，送風(fēng)量根據(jù)燃料量及負荷并通過氧量修正后自動增減。在負荷變化時，運行人員應(yīng)特別注意送風(fēng)量的變化，可通過設(shè)置氧量偏置的方法減慢送風(fēng)機動葉的開關(guān)速度。同時，由于送風(fēng)的變化會影響爐膛負壓及再熱汽溫度。因此，負荷變化過程中運行人員還應(yīng)注意調(diào)整各參數(shù)在合理范圍內(nèi)。

4.5 負荷變化時，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還應(yīng)充分考慮到主機及輔機設(shè)備的運行能力。例如，當(dāng)負荷較高時，鍋爐燃料量的增加應(yīng)充分考慮磨煤機的承受能力，當(dāng)達到最高燃料量時，閉鎖加燃料。

4.6 在協(xié)調(diào)方式下啟動和停止磨煤機。①啟動磨煤機后，協(xié)調(diào)系統(tǒng)應(yīng)快速減少其他各臺磨煤機的燃料量，維持總?cè)剂狭亢蛦幽ッ簷C前的總?cè)剂狭恳恢?，以維持主汽溫、再熱汽溫穩(wěn)定。此外，運行人員還可以通過減少磨煤機布煤時間（在磨煤機震動不高的情況下）、減小啟磨后的風(fēng)量等方式，穩(wěn)定主汽溫及再熱汽溫。②停止磨煤機后，協(xié)調(diào)系統(tǒng)應(yīng)快速增加其他各臺磨煤機的燃料量，維持總?cè)剂狭亢屯Ｖ鼓ッ簷C前的總?cè)剂狭恳恢?，以維持主汽溫、再熱汽溫穩(wěn)定。同時，運行人員還應(yīng)注意一次風(fēng)壓力的調(diào)節(jié)。

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作者簡介：王軍山（1979-），男，山東平度人，畢業(yè)于山東省電力學(xué)校，從事集控運行工作，電力工程師，目前擔(dān)任發(fā)電部值長，研究方向：集控運行。endprint