利用深度磨煤機RB試驗優(yōu)化660MW機組FCB給水控制策略

林藝展

（廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東汕尾 516623）

利用深度磨煤機RB試驗優(yōu)化660MW機組FCB給水控制策略

林藝展

（廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東汕尾 516623）

分析了小旁路機組快速減負荷（FCB）工況下給水控制的難點，及利用深度磨煤機輔機故障快速減負荷（RB），驗證FCB工況下給水控制策略的可行性。提出了FCB工況下單汽泵自動控制給水的控制策略，優(yōu)化了相關給水控制回路，并通過試驗進行了驗證和完善。試驗結果證明了控制策略優(yōu)化的有效性，對同類機組FCB改造中的給水控制具有一定指導作用。

發(fā)電自動控制技術；輔機故障快速減負荷；給水控制策略優(yōu)化

0 引言

近年來，大型火電機組工藝系統(tǒng)日趨完善，發(fā)電設備可靠性顯著提高，對發(fā)電自動控制技術也提出了更高的要求，發(fā)電機組快速減負荷（FCB）功能日益受到重視［1-2］，F(xiàn)CB功能對整個電網(wǎng)的快速恢復和整體安全具有重要意義［3-4］。

汕尾電廠＃3機組為國產(chǎn)660MW超超臨界壓力燃煤發(fā)電機組，3大主設備由東方電氣集團公司下屬的東方鍋爐廠（鍋爐型號：DG2060/26.15-Ⅱ2）、東方汽輪機廠（汽輪機型號：N660-25/600/600）、東方電機股份有限公司（發(fā)電機型號：QFSN-660-2-22A）制造，容量及參數(shù)相互匹配，機組的主要功能是帶負荷運行，同時具有一定的調峰能力，熱力系統(tǒng)為單元制系統(tǒng)。

2013年“天兔”臺風過后，汕尾電廠對＃3機組FCB改造的可行性進行了調研，根據(jù)調研結果，對＃3機組實施了FCB改造。本文主要介紹FCB改造后，利用深度磨煤機故障快速減負荷試驗，優(yōu)化機組FCB工況下的給水控制策略。

1 控制難點與可行性分析

汕尾電廠＃3機組給水系統(tǒng)采用單元制，每臺機組配備2臺50%容量的汽動給水泵，配備1臺30%容量液力偶合器調速的電動給水泵，用于啟動和備用。機組設置1套40%容量的高壓旁路和52%容量的低壓旁路，并在過熱器出口管道上裝設了2只總容量為15%的動力控制泄放閥（PCV閥）。

因機組旁路容量小、PCV閥容量低，F(xiàn)CB動作后，機組負荷必須快速降至極低值，因此燃料和給水目標值都很低（燃料目標值95 t/h，給水目標值650 t/h），這就對機組給水控制提出了更高的要求。機組突然大幅度甩負荷時，燃料快速下降，給水隨之快速下降，若給水下降過快，可能導致后期給水失控，機組因給水流量低引起鍋爐主燃料跳閘（MFT）；若給水下降過慢，又可能導致主汽溫下降過快而最終被迫停爐。因此，控制合適的給水下降速率是FCB取得成功的關鍵之一，也是給水控制的難點之一。其次，給水指令突然降至較低值時，2臺汽泵共同控制主給水流量，伴隨著主給水流量波動及2個最小流量閥的頻繁開關，極易引起給水系統(tǒng)振蕩，或引發(fā)汽泵搶水，應急不當，極有可能導致機組因給水流量低，鍋爐主燃料跳閘。此外，以汽泵控制給水的機組，F(xiàn)CB工況時存在汽泵汽源切換問題［4］。所述機組已成功完成了汽泵汽源切換控制試驗，此處不再細述。

設置1個與FCB相近的磨煤機故障快速減負荷（RB）工況，模擬FCB工況下的給水控制，驗證FCB工況下的給水控制策略是減少直接甩負荷對機組的損害、損失降至較低的有效辦法。當發(fā)生磨煤機RB且實際煤量小于110 t/h時，觸發(fā)深度磨煤機RB信號，深度磨煤機RB目標負荷較低，約為額定負荷的33%，燃料、給水、風量等目標值與FCB工況下基本相同。因此，利用深度磨煤機RB驗證FCB工況下的給水控制策略及機組其他重要參數(shù)的穩(wěn)定運行能力，是可行的［5-7］。

2 試驗過程分析及控制策略優(yōu)化

2.1 高負荷深度磨煤機RB試驗

2.1.1 試驗過程分析

2015-10-31 T 17：26，機組負荷為640MW，給水流量為1 865m3/h，煤量為274 t/h，風量為1 900 t/h，主汽壓力為25.2MPa，6臺給煤機運行（其中A，C，F(xiàn) 3臺給煤機切手動，總煤量約為95 t/h）。手動跳閘B，E，D磨煤機，觸發(fā)深度磨煤機RB，總煤量約95 t/h，RB過程中風煙系統(tǒng)送/引風機、增壓風機動作正常，爐膛壓力波動范圍為-604～307 Pa，總風量由1900 t/h下降至1290 t/h，主汽溫度由600℃下降至589℃，再熱汽溫由600℃下降至594℃。17：27：45，給水流量由1158 t/h快速下降，17：28：28，給水流量降至165 t/h，鍋爐主燃料跳閘。

本次RB，風、煤動作正常，但主給水流量下降過快，主要原因是RB目標負荷低，只有220MW左右，對應燃料95 t/h，給水流量650 t/h。由于是仿真FCB工況，B，E，D 3臺磨煤機跳閘后，觸發(fā)深度磨煤機RB，主給水流量指令快速下降至650 t/h，主給水流量快速減少，同時2臺汽泵的最小流量閥快速打開至50%，加劇了主給水流量的快速下降，此外汽機調門要維持較高的主汽壓力（約24.3MPa）也快速關小，導致抽汽壓力降低，汽泵出力快速減少，實際給水流量在40 s左右已降低至1 200 t/h以下，其后給水流量加速下降，直至機組給水流量低低MFT，給水控制曲線如圖1所示。

2.1.2 控制策略優(yōu)化

為防止FCB工況或深度磨煤機RB觸發(fā)后，主給水流量下降過快而出現(xiàn)不受控的現(xiàn)象，主要進行如下控制策略優(yōu)化。

（1）變雙汽泵控制給水為單汽泵控制給水。考慮到FCB工況或深度磨煤機RB觸發(fā)后，給水目標值較低，最小流量閥隨著給水流量波動可能頻繁開、關，雙汽泵控制反而不利于給水流量快速降至目標值并平穩(wěn)運行，針對這一特殊工況，設置單汽泵控制給水的策略：設定A汽泵為主控制泵，F(xiàn)CB工況或深度磨煤機RB觸發(fā)后，延時20 s，并滿足以下條件時，B汽泵切手動，以0.5m3/s的速率超馳減至不出力的熱備狀態(tài)，由A泵在自動狀態(tài)下控制給水。B汽泵超馳減條件（以下條件為“與”的關系）：FCB工況或深度磨煤機RB觸發(fā)，延時20 s；A汽泵在自動狀態(tài)；B汽泵轉速大于3 000 r/min；主給水流量大于630 t/h；B汽泵入口流量大于350 t/h；主給水流量設定值大于主給水流量50 t/h。

（2）降低主給水指令的下降速率。FCB工況或深度磨煤機RB觸發(fā)后，主給水流量指令變化速率由原來的100 t/s改為30 t/s；分散控制系統(tǒng)（DCS）輸出至汽機電液控制系統(tǒng)（MEH）的轉速指令增加速率限制功能，最大變化速率設定為20 r/s；增加汽泵轉速指令與實際轉速偏差大閉鎖汽泵轉速指令下降功能，當指令與反饋偏差超過200 r/min時，閉鎖轉速指令下降。

（3）增加主汽壓力滑壓控制功能。深度磨煤機RB觸發(fā)后，將主汽壓力設定值以每分鐘1MPa的速率滑壓至16MPa，與FCB工況下的高旁壓力設定值保持一致。

圖1 640MW磨煤機RB給水控制曲線

2.2 中負荷深度磨煤機RB試驗

2.2.1 試驗過程分析

為避免高負荷試驗引起機組參數(shù)不可控進而導致機組跳閘，經(jīng)上述優(yōu)化后，進行了450MW中負荷深度磨煤機RB試驗。2016-01-20 T 12：31，機組負荷450MW，給水流量為1299 t/h，煤量為181 t/h，風量為1749 t/h，主汽壓力為18.2MPa，5臺給煤機運行（其中A，C，F(xiàn) 3臺給煤機切手動，總煤量約95 t/h）。手動跳閘E，D磨煤機，觸發(fā)深度磨煤機RB，總煤量約95 t/h，RB過程中風煙系統(tǒng)送、引風機、增壓風機動作正常，爐膛壓力波動范圍-931Pa～361Pa，總風量1749 t/h下降至1298 t/h，主汽溫度598℃下降至579℃，再熱汽溫594℃下降至570℃。12：31：58，給水流量快速下降至518 t/h，運行人員利用熱備用的電泵快速增加給水，12：31：10，給水恢復至720 t/h。

本次中負荷RB，風、煤動作正常，但主給水流量仍然下降過快，主要原因是深度磨煤機RB觸發(fā)后，B汽泵未立即切手動，前期在自動狀態(tài)下與A汽泵一起快速減水，RB動作后（RB后延時20 s）2臺汽泵最小流量閥的快速打開又進一步加劇了主給水流量的快速下降，主給水流量的快速下降，導致B汽泵超馳減水的控制策略因條件不滿足（主給水流量小于設定值630 t/h）而未達到設計效果。其次，主給水流量指令下降至650 t/h的速率仍然偏快。此外，三級給水控制回路中（第1級為主給水流量控制回路，第2級為汽泵出口流量控制回路，第3級為汽泵轉速控制回路），第2級汽泵出口流量控制回路的前饋作用過強，比例作用過弱，導致汽泵出口流量低于汽泵出口流量指令時，汽泵轉速指令未能快速提升，反而因前饋作用過強導致轉速快速下降，第3級轉速控制回路隨之快速減水，導致RB試驗失敗，其給水控制曲線如圖2所示。

2.2.2 控制策略優(yōu)化

為實現(xiàn)FCB工況或深度磨煤機RB觸發(fā)后A汽泵單汽泵控制給水策略，防止FCB工況或深度磨煤機RB觸發(fā)后主給水流量下降過快，再次進行如下的控制策略優(yōu)化。

（1）取消A汽泵最小流量閥在FCB工況或深度磨煤機RB觸發(fā)后的超馳開功能，避免前期給水下降過快，導致B汽泵超馳減水回路因給流量過低而不起作用，A汽泵的最小流量保護由原流量保護回路實現(xiàn)；B汽泵最小流量閥的超馳開延時由原來的20 s改為3 s（避開汽泵汽源切換時間），在RB動作前期快速打開B汽泵最小流量閥，避免后期給水流量較低時開閥對給水控制帶來巨大的擾動；B汽泵最小流量閥打開的同時，B汽泵切手動，延時15 s后（避免減水過快，甩負荷瞬間機組憋壓導致鍋爐斷水），超馳減B汽泵至不出力的熱備用狀態(tài)，保持A汽泵在RB動作期間對給水的全程自動調節(jié)，避免快速減水至低流量工況下雙汽泵自動調節(jié)帶來的巨大耦合干擾。

（2）將主給水流量指令回路中燃料量對應給水指令的二階慣性環(huán)節(jié)由固定值修改為流量的函數(shù)，流量越大，慣性環(huán)節(jié)時間越短，從而起到前期快速減水、而后期緩慢減水的作用，有利于FCB工況或深度磨煤機RB觸發(fā)后期給水的回調和控制。

（3）在第2級泵入口流量控制回路增加新的PID調節(jié)回路，削弱給水調節(jié)的前饋作用，加強比例調節(jié)作用，在FCB工況或深度磨煤機RB條件下，與原控制回路實現(xiàn)快速無擾切換，加強對汽泵入口流量的動態(tài)調節(jié)作用。

圖2 450MW磨煤機RB給水控制曲線

3 試驗結果分析

經(jīng)前述2次控制策略優(yōu)化后，機組隨后進行了中、高負荷的深度磨煤機RB試驗，均取得了良好效果，試驗過程中，機組各參數(shù)控制在正常范圍，達到了設計效果。

2016-01-27 T 12：00，機組負荷448MW，給水流量為1225 t/h，煤量為188 t/h，風量為1583 t/h，主汽壓力為18.9MPa，5臺給煤機運行（其中A，C，F(xiàn) 3臺給煤機切手動，總煤量約 95 t/h）。手動跳閘E，D磨煤機，觸發(fā)深度磨煤機RB，總煤量約95 t/h，RB過程中風煙系統(tǒng)送/引風機、增壓風機動作正常，爐膛壓力波動范圍-871～604 Pa，總風量由1583 t/h下降至1243 t/h，主汽溫度由598℃下降至576℃，再熱汽溫由599℃下降至564℃。

本次中負荷RB，風、煤、水均動作正常，前期快速減水，后期減水速率變緩，主給水流量始終緊跟主給水指令并穩(wěn)定于目標值附近。深度磨煤機RB觸發(fā)后，延時3s開B汽動汽泵最小流量閥，同時B汽泵切手動，延時15 s后B汽泵超馳減，12：00：38，B汽泵超馳減至不出力的熱備狀態(tài)，12：00：47，主給水流量平穩(wěn)，實現(xiàn)了A汽泵在RB動作期間對給水的全程自動調節(jié)，達到了控制要求，其給水控制曲線如圖3所示。

2016-01-28 T 14：30，機組進行了高負荷深度磨煤機RB試驗，同樣取得了良好效果，其給水控制曲線如圖4所示。

圖3 448MW磨煤機RB給水控制曲線

圖4 630MW磨煤機RB給水控制曲線

4 結束語

針對小旁路機組FCB工況下給水失控的問題，提出了單汽泵自動控制給水的控制策略，并通過深度磨煤機RB試驗對該策略進行驗證和完善，試驗結果證明了該控制策略的可行性和有效性，對同類機組FCB改造的給水控制具有一定的指導作用。單汽泵控制給水的控制策略在高負荷RB試驗過程中，主給水流量與指令偏差稍大，這完全可以通過優(yōu)化相關參數(shù)達到更好的控制效果，在此基礎上將繼續(xù)進行后續(xù)FCB相關的甩負荷試驗。

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（本文責編：齊琳）

TK 323

B

1674-1951（2016）11-0026-04

林藝展（1985—），男，廣東潮陽人，助理工程師，從事火力發(fā)電廠熱工自動化方面的工作（E-mail：108549426＠qq.com）。

2016-06-29；

2016-07-08