660 MW小旁路機(jī)組FCB給水控制策略優(yōu)化

王　鋒， 鐘尚文

(廣東紅海灣發(fā)電有限公司， 廣東汕尾 516623)

?

660 MW小旁路機(jī)組FCB給水控制策略優(yōu)化

王鋒， 鐘尚文

(廣東紅海灣發(fā)電有限公司， 廣東汕尾 516623)

分析了660 MW小旁路機(jī)組FCB工況下給水控制的難點(diǎn)及利用深度磨煤機(jī)RB驗(yàn)證FCB工況下給水控制策略的可行性；進(jìn)行了高負(fù)荷工況下的深度磨煤機(jī)RB試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)分析，優(yōu)化了相關(guān)給水控制回路，提出了FCB工況下單汽泵自動(dòng)控制給水的控制策略。優(yōu)化后的中、高負(fù)荷工況下深度磨煤機(jī)RB試驗(yàn)結(jié)果證明了控制策略優(yōu)化的有效性，對(duì)同類機(jī)組FCB改造中的給水控制具有一定的指導(dǎo)作用。

FCB； 小旁路機(jī)組； 給水控制； 控制策略優(yōu)化

FCB是指機(jī)組在高于某一負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，因內(nèi)部或外部(電網(wǎng))故障與電網(wǎng)解列，瞬間甩掉全部對(duì)外供電負(fù)荷，但未發(fā)生鍋爐MFT的情況下，用以維持“發(fā)電機(jī)解列帶廠用電”或“停機(jī)不停爐”的自動(dòng)控制功能[1-2]，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的快速恢復(fù)和整體安全具有重要意義[3-5]。

某電廠對(duì)其3號(hào)機(jī)組實(shí)行了FCB改造，熱工人員對(duì)機(jī)爐電大聯(lián)鎖、FCB觸發(fā)及判斷、OPC控制、汽輪機(jī)旁路壓力控制、動(dòng)力控制泄放閥(PCV)控制、給水控制、燃料控制、鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)等回路重新進(jìn)行了邏輯組態(tài)或功能完善，F(xiàn)CB項(xiàng)目目前已進(jìn)入調(diào)試階段。筆者主要介紹了模擬FCB工況下，機(jī)組給水控制策略的優(yōu)化。

1　控制難點(diǎn)與可行性分析

該機(jī)組給水系統(tǒng)采用單元制，每臺(tái)機(jī)組配備2臺(tái)50%容量的汽動(dòng)給水泵，1臺(tái)30%容量液力偶合器調(diào)速的電動(dòng)給水泵，用于啟動(dòng)和備用。機(jī)組設(shè)置1套40%容量的高壓旁路和52%容量的低壓旁路，并在過(guò)熱器出口管道上裝設(shè)了2 只總?cè)萘繛?5%的PCV。

因機(jī)組旁路容量小、PCV容量低，F(xiàn)CB動(dòng)作后，機(jī)組負(fù)荷必須快速降至極低值，因此燃料和給水目標(biāo)值都很低(燃料目標(biāo)值95 t/h，給水目標(biāo)值650 t/h)，這就對(duì)機(jī)組給水控制提出了更高的要求。機(jī)組突然大幅度甩負(fù)荷時(shí)，燃料、給水快速下降，若給水下降過(guò)快，可能導(dǎo)致后期給水失控，機(jī)組因給水流量低低MFT；若給水下降過(guò)慢，又可能導(dǎo)致主汽溫度下降過(guò)快(10 min超過(guò)50 K)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(guān)鍵，也是給水控制的難點(diǎn)之一；其次，給水指令突然降至較低值時(shí)，兩臺(tái)汽泵共同控制給水流量，伴隨著給水流量波動(dòng)及兩個(gè)最小流量閥的頻繁開(kāi)關(guān)，極易引起給水系統(tǒng)振蕩，或引發(fā)汽泵搶水，可能導(dǎo)致機(jī)組因給水流量低低MFT；此外，以汽泵控制給水的機(jī)組，F(xiàn)CB工況時(shí)存在汽泵汽源切換問(wèn)題[6-7]，若汽源切換不當(dāng)，同樣容易引起機(jī)組給水流量低低MFT。

通過(guò)深度磨煤機(jī)RB試驗(yàn)?zāi)MFCB工況下的給水控制過(guò)程，驗(yàn)證、優(yōu)化FCB工況下的給水控制策略，是減少直接甩負(fù)荷對(duì)機(jī)組的損害，或?qū)p失降至較低的有效辦法。當(dāng)發(fā)生磨煤機(jī)RB且實(shí)際煤量小于110 t/h時(shí)，觸發(fā)深度磨煤機(jī)RB信號(hào)，深度磨煤機(jī)RB目標(biāo)負(fù)荷較低，約為額定負(fù)荷的三分之一，其燃料、給水、風(fēng)量等目標(biāo)值與FCB工況下基本相同。

2　試驗(yàn)過(guò)程分析

2015年10月31日17：26：00，機(jī)組負(fù)荷640 MW，給水流量1 865 t/h，煤量274 t/h，風(fēng)量1 900 t/h，主汽壓力25.2 MPa， 6臺(tái)給煤機(jī)運(yùn)行(其中A、C、F 3臺(tái)給煤機(jī)切手動(dòng)，總煤量約95 t/h)。手動(dòng)跳閘B、E、D磨煤機(jī)，觸發(fā)深度磨煤機(jī)RB，總煤量約95 t/h ，RB過(guò)程中風(fēng)煙系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)動(dòng)作正常，爐膛壓力波動(dòng)范圍為-604～307 Pa，總風(fēng)量從1 900 t/h下降至1 290 t/h，主汽溫度從600 ℃下降至589 ℃，再熱汽溫從600 ℃下降至594 ℃。17：27：45，給水流量從1 158 t/h 快速下降；17：28：28，給水流量降至165 t/h，導(dǎo)致鍋爐MFT，CCS曲線見(jiàn)圖1。

本次RB，風(fēng)、煤動(dòng)作正常，但給水流量下降過(guò)快，主要是深度磨煤機(jī)RB工況下，機(jī)組給水控制策略存在缺陷，RB過(guò)程中給水失控，導(dǎo)致鍋爐MFT。由于是仿真FCB工況，B、E、D 3臺(tái)磨煤機(jī)跳閘后，觸發(fā)深度磨煤機(jī)RB，給水流量指令朝目標(biāo)值 650 t/h下降的速率過(guò)快，給水流量隨之快速減少；其次，2臺(tái)汽泵最小流量閥快速打開(kāi)至50%，進(jìn)一步加劇了給水流量的快速下降；三級(jí)給水控制回路中(見(jiàn)圖2，其中第一級(jí)為主給水流量控制回路，第二級(jí)為汽泵出口流量控制回路，第三級(jí)為汽泵轉(zhuǎn)速控制回路)，第二級(jí)汽泵出口流量控制回路的前饋?zhàn)饔眠^(guò)強(qiáng)，比例、積分作用過(guò)弱，導(dǎo)致汽泵出口流量瞬間低于汽泵出口流量指令時(shí)汽泵轉(zhuǎn)速指令未能快速提升，反而隨前饋快速下降，第三級(jí)轉(zhuǎn)速控制回路隨之快速減水，汽泵出力快速減小，實(shí)際給水流量在RB動(dòng)作40 s左右已降至1 200 t/h以下，其后給水流量加速下降，直至機(jī)組給水流量低低MFT。給水控制曲線見(jiàn)圖3。

3　控制策略優(yōu)化

為防止FCB工況下給水流量下降過(guò)快而出現(xiàn)不受控的現(xiàn)象，進(jìn)行的控制策略優(yōu)化如下：

(1) 雙汽泵控制給水變?yōu)閱纹每刂平o水?？紤]到FCB工況下給水目標(biāo)值較低，最小流量閥隨著給水流量波動(dòng)可能頻繁開(kāi)關(guān)，雙汽泵控制反而不利于給水流量快速下降至目標(biāo)值并平穩(wěn)運(yùn)行。針對(duì)這一特殊工況，提出單汽泵控制給水，設(shè)置A汽泵為主控制泵，F(xiàn)CB工況下，B汽泵最小流量閥打開(kāi)的同時(shí)，切B汽泵至手動(dòng)狀態(tài)，延時(shí)15 s后(以免減水過(guò)快，甩負(fù)荷瞬間機(jī)組憋壓導(dǎo)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FCB工況下對(duì)給水的全程自動(dòng)調(diào)節(jié)，避免FCB工況下雙汽泵自動(dòng)調(diào)節(jié)帶來(lái)的巨大耦合干擾。B汽泵超馳減條件為(以下條件為與關(guān)系)：①FCB工況觸發(fā)，延時(shí)15 s；②A汽泵在自動(dòng)狀態(tài)；③B汽泵轉(zhuǎn)速大于3 000 r/min；④給水流量大于630 t/h；⑤B汽泵入口流量大于350 t/h；⑥給水流量設(shè)定值大于給水流量50 t/h。

(2) 優(yōu)化汽泵最小流量閥控制邏輯。取消A汽泵最小流量閥在FCB工況下的超馳開(kāi)功能，A汽泵的最小流量保護(hù)由原流量保護(hù)回路實(shí)現(xiàn)，避免FCB前期給水流量下降過(guò)快，并導(dǎo)致B汽泵超馳減水回路因給水流量過(guò)低，超馳減條件不滿足而不起作用；B汽泵最小流量閥的超馳開(kāi)延時(shí)由原來(lái)的20 s改為3 s(避開(kāi)汽泵汽源切換時(shí)間)，在RB動(dòng)作前期快速打開(kāi)B汽泵最小流量閥，避免后期給水流量較低時(shí)開(kāi)閥對(duì)給水控制帶來(lái)巨大的擾動(dòng)。

(3) 降低給水流量指令的下降速率。將給水流量指令回路中燃料量對(duì)應(yīng)給水流量指令的二階慣性環(huán)節(jié)由固定值修改為給水流量的函數(shù)，給水流量越大，慣性環(huán)節(jié)時(shí)間越短，從而起到前期快速減水、后期緩慢減水的作用，有利于FCB工況觸發(fā)后期給水的回調(diào)和控制；其次，在DCS給水系統(tǒng)輸出至汽泵MEH的轉(zhuǎn)速指令回路增加速率限制功能，最大變化速率設(shè)定為 20 r/s；此外，增加汽泵轉(zhuǎn)速指令與反饋偏差大閉鎖汽泵轉(zhuǎn)速指令下降功能，當(dāng)指令與反饋偏差超過(guò)200 r/min時(shí)，閉鎖轉(zhuǎn)速指令下降。

(4) 優(yōu)化三級(jí)給水控制回路。在第二級(jí)泵入口流量控制回路增加變積分PID調(diào)節(jié)回路，削弱給水調(diào)節(jié)的前饋?zhàn)饔?，加?qiáng)比例調(diào)節(jié)作用，在FCB工況下，與原控制回路實(shí)現(xiàn)快速無(wú)擾切換，加強(qiáng)對(duì)泵入口流量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

(5) 增加主汽滑壓控制功能。深度磨煤機(jī)RB觸發(fā)后，將主汽壓力設(shè)定值以1 MPa/min的速率滑壓至16 MPa，與FCB工況下的高旁壓力設(shè)定值保持一致。

4　試驗(yàn)結(jié)果分析

為避免高負(fù)荷試驗(yàn)引起重要參數(shù)不可控導(dǎo)致機(jī)組跳閘，經(jīng)上述控制策略優(yōu)化后，機(jī)組首先進(jìn)行了450 MW中負(fù)荷深度磨煤機(jī)RB試驗(yàn)。

2016年1月27日12:00:00，機(jī)組負(fù)荷448 MW，給水流量1 225 t/h，煤量188 t/h，風(fēng)量1 583 t/h，主汽壓力18.9 MPa， 5臺(tái)給煤機(jī)運(yùn)行(其中A、C、F 3臺(tái)給煤機(jī)切手動(dòng)，總煤量約95 t/h)。手動(dòng)跳閘E、D磨煤機(jī)，觸發(fā)深度磨煤機(jī)RB，總煤量約95 t/h ，RB過(guò)程中風(fēng)煙系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)動(dòng)作正常，爐膛壓力波動(dòng)范圍為-871～604 Pa，總風(fēng)量從1 583 t/h下降至1 243 t/h，主汽溫度從598 ℃下降至576 ℃，再熱汽溫從599 ℃下降至564 ℃，CCS曲線見(jiàn)圖4。

本次中負(fù)荷RB，風(fēng)、煤、水均動(dòng)作正常，RB動(dòng)作前期快速減水，后期減水速率變緩，RB過(guò)程中給水流量始終緊跟給水指令并最終穩(wěn)定于目標(biāo)值。深度磨煤機(jī)RB觸發(fā)后，延時(shí)3 s開(kāi)B汽泵最小流量閥，同時(shí)B汽泵切手動(dòng)，延時(shí)15 s后B汽泵開(kāi)始超馳減，12：00：38，B汽泵超馳減至不出力的熱備用狀態(tài)，12：00：47，給水流量穩(wěn)定于目標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)了A汽泵在RB動(dòng)作期間對(duì)給水的全程自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到了設(shè)計(jì)的控制要求。給水控制曲線見(jiàn)圖5。

2016年1月28日14：30：00，機(jī)組再次進(jìn)行了高負(fù)荷深度磨煤機(jī)RB試驗(yàn)，同樣取得了良好效果，其CCS及給水控制曲線分別見(jiàn)圖6和圖7。

5　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)660 MW小旁路機(jī)組 FCB 工況下給水失控的問(wèn)題，筆者提出了單汽泵自動(dòng)控制給水的控制策略，優(yōu)化了相關(guān)給水控制回路，并通過(guò)深度磨煤機(jī)RB對(duì)優(yōu)化后的控制策略進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果證明了控制策略優(yōu)化的可行性和有效性。單汽泵自動(dòng)控制給水的控制策略在高負(fù)荷RB試驗(yàn)過(guò)程中，給水流量與指令偏差稍大，可以通過(guò)調(diào)整相關(guān)參數(shù)達(dá)到更好的控制效果，在此基礎(chǔ)上將進(jìn)行機(jī)組后續(xù)FCB相關(guān)的甩負(fù)荷試驗(yàn)。

[1] 王立, 魯學(xué)農(nóng). 660 MW機(jī)組快速減負(fù)荷試驗(yàn)及控制策略優(yōu)化[J]. 發(fā)電設(shè)備, 2014, 28(1): 19-22.

[2] 李光耀, 殷立寶. 大容量火力發(fā)電機(jī)組快速切負(fù)荷功能應(yīng)用分析[J]. 廣東電力, 2012, 25(5): 107-111.

[3] 王立地, 姚金環(huán). FCB功能的成功應(yīng)用與一種新的實(shí)現(xiàn)方案[J]. 自動(dòng)化儀表, 2004, 25(6): 48-52.

[4] 姚金環(huán). 對(duì)FCB若干問(wèn)題的探討[J]. 中國(guó)電力, 2007, 40(5): 59-62.

[5] 黃道火. 660 MW超臨界機(jī)組快速切負(fù)荷試驗(yàn)研究[J]. 廣東電力, 2012, 25(8): 39-43.

[6] 馮偉忠. 1 000 MW超超臨界機(jī)組FCB試驗(yàn)[J]. 中國(guó)電力, 2008, 41(10): 62-66.

[7] 段學(xué)友, 蔡利軍, 劉曉鵬, 等. 660 MW超超臨界機(jī)組給水泵汽輪機(jī)汽源切換及給水控制方式優(yōu)化[J]. 內(nèi)蒙古電力技術(shù), 2014, 32(1): 9-13.

Optimization on Feed Water Control Strategy of a 660 MW Unit with Small Bypass System under FCB Condition

Wang Feng, Zhong Shangwen

(Guangdong Red Bay Power Generation Co., Ltd., Shanwei 516623, Guangdong Province, China)

Difficulties encountered in feed water control of a 660 MW unit with small bypass system under FCB conditions were analyzed, while the feasibility of using coal mill RB test to verify the feed water control strategy under FCB conditions was studied. Deep coal mill RB tests were conducted at high loads, and the test procedure was analyzed in detail, based on which relevant feed water control loops were optimized, and subsequently a control strategy was proposed by the automatic way of single steam pump water supply under FCB conditions. The deep coal mill RB test results conducted at medium and high loads prove the optimized control strategy to be effective, which may serve as a reference for FCB feed water control retrofit of similar units.

FCB; small bypass system; feed water control; control strategy optimization

2016-03-21

王鋒(1982—)，男，工程師，從事火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化工作。

E-mail: wangfeng8u82003@163.com

TK323

A

1671-086X(2016)05-0342-05