600 MW超臨界機(jī)組干態(tài)深度調(diào)峰能力試驗(yàn)研究

董利斌，李泉，楊程，鄭植

（1.浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江寧波315722；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

600 MW超臨界機(jī)組干態(tài)深度調(diào)峰能力試驗(yàn)研究

董利斌1，李泉2，楊程1，鄭植1

（1.浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江寧波315722；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

介紹了某發(fā)電廠600 MW超臨界機(jī)組深度調(diào)峰TOP優(yōu)化系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)、穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的情況，試驗(yàn)探索了在TOP平臺(tái)投入下、機(jī)組協(xié)調(diào)運(yùn)行中，發(fā)電廠600 MW超臨界本生直流鍋爐機(jī)組的干態(tài)最低負(fù)荷可達(dá)200 MW（小于35%）。試驗(yàn)證明機(jī)組在干態(tài)條件下即完成深度調(diào)峰要求。

深度調(diào)峰；TOP系統(tǒng)；邏輯；試驗(yàn)；干態(tài)；低負(fù)荷；超臨界

1 系統(tǒng)概述

1.1 機(jī)組系統(tǒng)情況簡(jiǎn)介

某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組為600 MW超臨界燃煤機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司制造的單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型布置直流鍋爐。鍋爐型號(hào)為HG-1890/25.4-YM4。汽輪機(jī)采用哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司與三菱公司聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)的CLN600-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)采用哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的QFSN-600-2YHG型電站用600 MW水氫冷汽輪發(fā)電機(jī)組。2號(hào)機(jī)組的儀控設(shè)備采用foxbro控制系統(tǒng)。

1.2 TOP系統(tǒng)概述

TOP（熱工優(yōu)化控制平臺(tái)）是為電站控制所開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用控制平臺(tái)，通過(guò)MODBUS和硬接線2種方式與DCS控制系統(tǒng)通信，平臺(tái)中的功能組件包括：熱工控制品質(zhì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)估功能組、機(jī)組全范圍AGC優(yōu)化控制功能組、機(jī)組智能協(xié)調(diào)控制功能組和深度調(diào)峰模塊。

2 邏輯及參數(shù)優(yōu)化

2.1 給水泵再循環(huán)閥邏輯優(yōu)化

為使機(jī)組給水泵在任何負(fù)荷段安全運(yùn)行，給水泵再循環(huán)閥需要能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證給水泵出口流量在安全范圍內(nèi)。常規(guī)PID控制系統(tǒng)很難滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行需求，因此，設(shè)計(jì)雙折線控制系統(tǒng)來(lái)使再循環(huán)閥快速穩(wěn)定工作，其原理如圖1所示。

在圖1中，閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)按照折線f（x2）進(jìn)行，閥門(mén)關(guān)閉時(shí)按照折線f（x1）進(jìn)行，在閥門(mén)由開(kāi)至關(guān)和由關(guān)至開(kāi)過(guò)程中有一定的死區(qū)，這樣避免了閥門(mén)頻繁波動(dòng)，給水泵出口流量平穩(wěn)，保證了給水泵的安全運(yùn)行。

由于閥門(mén)在小開(kāi)度時(shí)存在著流量沖刷，易損壞閥門(mén)，因此增加閥門(mén)小開(kāi)度優(yōu)化邏輯，具體設(shè)計(jì)思路：當(dāng)閥門(mén)由大關(guān)小，開(kāi)度小于10%時(shí)保持10%開(kāi)度，小于0.1%后關(guān)下；閥門(mén)由0%開(kāi)大，開(kāi)度小于10%時(shí)保持0%開(kāi)度，大于9.9%后開(kāi)至10%再線性開(kāi)啟。

圖1 再循環(huán)閥雙折線原理

2.2 負(fù)荷速率變參數(shù)優(yōu)化

機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于煤量和水量的下限影響，微分前饋不能過(guò)大，因此需放慢負(fù)荷速率，負(fù)荷變速率優(yōu)化邏輯如圖2。在圖2中，f（x）參數(shù)設(shè)置如表1所示。

圖2 變負(fù)荷速率優(yōu)化邏輯

表1 圖2中f（x）參數(shù)設(shè)置

2.3 煤量基準(zhǔn)線優(yōu)化

由于機(jī)組需要低負(fù)荷運(yùn)行，因此煤量基準(zhǔn)線需向下延伸，在協(xié)調(diào)投入的情況下，機(jī)組能夠準(zhǔn)確動(dòng)作。煤量?jī)?yōu)化后的數(shù)據(jù)如表2所示。

煤量基準(zhǔn)線優(yōu)化前后的對(duì)比曲線如圖3所示。

表2 優(yōu)化后煤量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

圖3 煤量基準(zhǔn)線優(yōu)化前后對(duì)比

2.4 滑壓曲線優(yōu)化

在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，需將滑壓曲線向下延伸，保證協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)機(jī)組各主要參數(shù)匹配。滑壓曲線優(yōu)化后數(shù)據(jù)如表3所示。

滑壓曲線優(yōu)化前后的對(duì)比曲線如圖4所示。

表3 優(yōu)化后滑壓曲線數(shù)據(jù)

圖4 滑壓曲線優(yōu)化前后對(duì)比

2.5 溫度滑參數(shù)曲線設(shè)計(jì)

在機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)，機(jī)組干態(tài)運(yùn)行，需保證鍋爐水冷壁流量始終大于本生流量，因此設(shè)計(jì)主蒸汽溫度滑參數(shù)曲線，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 溫度滑參數(shù)數(shù)據(jù)

2.6 濕態(tài)時(shí)給水曲線設(shè)計(jì)

機(jī)組處于濕態(tài)時(shí)，需要保證貯水箱液位穩(wěn)定，當(dāng)機(jī)組的蒸發(fā)量和給水量平衡時(shí)，水位的波動(dòng)可以控制在一定的范圍內(nèi)，因此設(shè)計(jì)給水設(shè)定值曲線為負(fù)荷對(duì)應(yīng)的給水流量，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 給水設(shè)定值數(shù)據(jù)

3 深度調(diào)峰TOP優(yōu)化試驗(yàn)

該試驗(yàn)用來(lái)測(cè)試協(xié)調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)的深度調(diào)峰能力以及機(jī)組在干態(tài)協(xié)調(diào)下所能運(yùn)行的最低負(fù)荷，通過(guò)負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整。機(jī)組負(fù)荷在300～600 MW可投入AGC，所以不進(jìn)行此區(qū)間優(yōu)化試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)條件

（1）機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以正常投用，負(fù)荷可以在150～300 MW變動(dòng)。

（2）各級(jí)主汽溫度在安全范圍內(nèi)，無(wú)異常波動(dòng)。

（3）20%額定負(fù)荷以上做負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)。

（4）準(zhǔn)備好各主、重要參數(shù)的記錄曲線。

3.2 試驗(yàn)步驟

（1）分別投入總風(fēng)量自動(dòng)、氧量自動(dòng)、磨煤機(jī)風(fēng)量自動(dòng)、燃料主控自動(dòng)、BTU自動(dòng)、主汽溫自動(dòng)、再熱汽溫自動(dòng)。

（2）待機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定后，投入機(jī)爐協(xié)調(diào)方式，投入TOP7平臺(tái)，再投入TOP7AGC運(yùn)行方式，并等待汽壓和負(fù)荷穩(wěn)定，觀察機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行控制品質(zhì)，調(diào)整優(yōu)化參數(shù)，使機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行控制品質(zhì)優(yōu)良。機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在450 MW。

（3）將變負(fù)荷速率設(shè)為12 MW/min，開(kāi)始負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)，將負(fù)荷指令由450 MW變動(dòng)到430 MW，觀察負(fù)荷、主汽壓力及主汽溫度變化情況，待機(jī)組達(dá)到目標(biāo)負(fù)荷穩(wěn)定后，記錄試驗(yàn)結(jié)果。

（4）將負(fù)荷指令由430 MW變動(dòng)到390 MW，由390 MW變動(dòng)到350 MW，由350 MW變動(dòng)到290 MW，觀察負(fù)荷、主汽壓力及主汽溫度變化情況，待機(jī)組達(dá)到目標(biāo)負(fù)荷穩(wěn)定后，記錄試驗(yàn)結(jié)果。

（5）將負(fù)荷指令由290 MW按照10 MW的幅度變動(dòng)到230 MW，觀察負(fù)荷、主汽壓力及主汽溫度變化情況，待機(jī)組達(dá)到目標(biāo)負(fù)荷穩(wěn)定后，記錄試驗(yàn)結(jié)果。

（6）將負(fù)荷指令由230 MW按照5 MW的幅度變動(dòng)到200 MW，觀察負(fù)荷、主汽壓力、主汽溫度及給水量變化情況，觀察給水泵再循環(huán)門(mén)開(kāi)度變化，待機(jī)組達(dá)到目標(biāo)負(fù)荷穩(wěn)定后，記錄試驗(yàn)結(jié)果。

3.3 試驗(yàn)曲線

按照上述試驗(yàn)步驟，獲得的負(fù)荷響應(yīng)曲線如圖5所示。

圖5 機(jī)組干態(tài)協(xié)調(diào)深度調(diào)峰響應(yīng)

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

在圖5中，機(jī)組處于干態(tài)協(xié)調(diào)運(yùn)行方式，負(fù)荷由450 MW變動(dòng)到200 MW，在200 MW時(shí)，給水流量為590 t/h，接近鍋爐的本生流量，降至干態(tài)最低負(fù)荷；在220 MW時(shí)，給水泵再循環(huán)閥自動(dòng)開(kāi)啟至9.86%，保證給水泵正常運(yùn)行；主汽壓力采用滑壓運(yùn)行，最低至9.6 MPa；主蒸汽溫度采用滑參數(shù)運(yùn)行，最低至460℃。

在200 MW時(shí)，鍋爐由濕態(tài)向干態(tài)轉(zhuǎn)換，運(yùn)行人員手動(dòng)轉(zhuǎn)態(tài)：手動(dòng)啟爐水循環(huán)泵，逐漸將爐水循環(huán)泵出口調(diào)門(mén)手動(dòng)開(kāi)至50%；給水泵A再循環(huán)門(mén)保持自動(dòng)方式，手動(dòng)將給水泵B再循環(huán)門(mén)全開(kāi)至100%，手動(dòng)降低給水泵B轉(zhuǎn)速至2 800 r/min，并手動(dòng)提高給水泵A轉(zhuǎn)速至3 200 r/min，轉(zhuǎn)態(tài)工作結(jié)束。此過(guò)程僅持續(xù)3 min，但機(jī)組負(fù)荷卻從200 MW降至158 MW。待運(yùn)行人員重新擺好狀態(tài)后，又因負(fù)荷太低，給水流量減少，給水泵A轉(zhuǎn)速僅為3 000 r/min，若此時(shí)繼續(xù)投協(xié)調(diào)降負(fù)荷，會(huì)因?yàn)榻o水泵轉(zhuǎn)速低于2 800 r/min，給水泵將撤出遠(yuǎn)方控制。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)確定機(jī)組干態(tài)運(yùn)行負(fù)荷最低可降至200 MW，主要是因?yàn)榻o水流量接近鍋爐本生流量，在此過(guò)程中給水泵再循環(huán)門(mén)開(kāi)啟，保證了給水泵的正常運(yùn)行。

機(jī)組干濕態(tài)轉(zhuǎn)換在200 MW時(shí)進(jìn)行，轉(zhuǎn)態(tài)過(guò)程中主要操作是啟動(dòng)爐水循環(huán)泵、調(diào)整貯水箱水位、調(diào)整給水泵在循環(huán)閥開(kāi)度；調(diào)整過(guò)程復(fù)雜，主要涉及到貯水箱水位的控制，給水泵出力的調(diào)整以及制粉系統(tǒng)調(diào)整，系統(tǒng)擾動(dòng)劇烈，基本上采用手動(dòng)方式完成干濕態(tài)轉(zhuǎn)換。

[1]谷俊杰，張欒英，孫萬(wàn)云.深度調(diào)峰機(jī)組過(guò)熱汽溫控制新策略[J].華北電力學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，22（2）∶52-56.

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[3]李泉，尹峰，羅志浩.超臨界機(jī)組脫硝系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制研究[J].浙江電力，2016，35（11）∶34-36.

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（本文編輯：張彩）

Experimental Investigation of Dry-state Deep Peak Regulation Capacity of 600 MW Supercritical Unit

DONG Libin1，LI Quan2，YANG Cheng1，ZHENG Zhi1

（1.Zhejiang Datang Wushashan Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315722，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces logic design of TOP optimization system for deep peak regulation as well as steady-state and dynamic tests of 660 MW supercritical unit in a power plant.The tests explore that the minimum dry-state load of 660 MW supercritical Benson once-through boiler can reach up to 200 MW（less than 35%）with the operation of TOP platform and coordinated operation of unit.The tests show that deep peak regulation can be implemented under dry state.

deep peak regulation；TOP system；logic；test；dry state；low load；supercritical

10.19585/j.zjdl.201707013

1007-1881（2017）07-0053-03

TK323

B

2017-03-31

董利斌（1986），男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱工控制系統(tǒng)維護(hù)及檢修工作。