600MW超臨界機(jī)組MCS優(yōu)化分析

呂興城

摘 要：為提高機(jī)組性能，使AGC、一次調(diào)頻達(dá)到南方電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”要求，汕尾電廠對(duì)600MW超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化分析，解決了機(jī)組運(yùn)行時(shí)存在的負(fù)荷響應(yīng)速率慢、汽壓和汽溫波動(dòng)大等問題，具有明顯的效果。

關(guān)鍵詞：協(xié)調(diào)控制；優(yōu)化；負(fù)荷；BIR回路

汕尾電廠2號(hào)機(jī)組為國(guó)產(chǎn)600MW超臨界壓力燃煤發(fā)電機(jī)組，主要是帶基本負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)具有一定的調(diào)峰能力，其中汽輪機(jī)型號(hào)為N600-24.2/566/566，型式：超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、雙背壓、三缸四排汽、凝汽沖動(dòng)式汽輪機(jī)；鍋爐型號(hào)為DG1900/25.4-Ⅱ2，型式為Π型布置、單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、旋流燃燒器、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)露天布置、采用內(nèi)置式啟動(dòng)分離系統(tǒng)、三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、采用正壓冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)、超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐；DCS選用上海西屋控制系統(tǒng)有限公司的OVATION控制系統(tǒng)。

機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中，存在著：1）加、減負(fù)荷時(shí)速率及調(diào)節(jié)的精度不能較好的滿足中調(diào)AGC和一次調(diào)頻要求；2）機(jī)前壓力容易出現(xiàn)較大擾動(dòng)；3）加、減負(fù)荷過程中主、再熱汽溫波動(dòng)較大，一、二級(jí)減溫水及再熱器煙氣擋板跟蹤不好；4）給水系統(tǒng)指令響應(yīng)速度慢等問題。

為了使AGC、一次調(diào)頻達(dá)到南方電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”要求，其余模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠滿足機(jī)組大范圍變負(fù)荷要求，有必要對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使其既能加快機(jī)組響應(yīng)速度，又能保證安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化分析

1.1 新增BIR動(dòng)態(tài)回路

為了滿足機(jī)組大范圍快速變負(fù)荷要求，此次邏輯優(yōu)化設(shè)計(jì)了負(fù)荷變化率BIR動(dòng)態(tài)回路，即升降負(fù)荷時(shí)，立即增加或減少合適的煤量、水量以及風(fēng)量，從而來滿足AGC快速響應(yīng)的要求。在CCS投入與無RB信號(hào)情況下，BIR輸出值為當(dāng)前實(shí)際負(fù)荷與延遲1min前負(fù)荷的差值，相當(dāng)于實(shí)時(shí)負(fù)荷變化率。圖1中，BIR回路作用于各熱一次風(fēng)調(diào)門控制，設(shè)置有±2MW死區(qū)；BIRFW作用于給水控制，無死區(qū)；BIRAF作用于總風(fēng)量控制，無死區(qū)；IBRFM作用于總?cè)剂峡刂?，設(shè)置有±2MW死區(qū)；BIRRHDMP作用于再熱器煙氣擋板控制，設(shè)置有±2MW死區(qū)。

1.2 鍋爐主控

鍋爐主控優(yōu)化了負(fù)荷鍋爐輸出曲線使鍋爐輸出與負(fù)荷更匹配，增強(qiáng)了鍋爐主控對(duì)汽壓偏差的控制，降低鍋爐主控對(duì)負(fù)荷偏差的控制，所以優(yōu)化后的邏輯鍋爐汽壓主要靠鍋爐輸出即燃料和給水量來調(diào)節(jié)。

1.3 汽機(jī)主控

此次優(yōu)化投入汽壓偏差修正回路，當(dāng)汽壓偏差低于0.4MPa汽機(jī)主控不干預(yù)，負(fù)荷不會(huì)出現(xiàn)偏差。汽壓偏差大于0.4MPa汽機(jī)主控快速干預(yù)，從而消除主汽壓力變化對(duì)機(jī)組負(fù)荷的影響，同時(shí)對(duì)負(fù)荷控制回路增加前饋，負(fù)荷指令發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)實(shí)測(cè)負(fù)荷指令變化量采集的變負(fù)荷速率增強(qiáng)汽機(jī)主控的變化量，提高汽機(jī)主控與LDC負(fù)荷指令的對(duì)應(yīng)精度。

1.4 給水控制系統(tǒng)

優(yōu)化后的給水指令由鍋爐主控輸出、BIR前饋、中間點(diǎn)溫度修正三部分來控制，同時(shí)增加變負(fù)荷時(shí)BIR前饋回路，重新調(diào)整了負(fù)荷與中間點(diǎn)溫度的對(duì)應(yīng)函數(shù)及鍋爐輸出對(duì)應(yīng)給水主控函數(shù)，并引入屏過溫度偏差來修正中間點(diǎn)溫度設(shè)定值，調(diào)整了減溫水流量對(duì)中間點(diǎn)溫度設(shè)定值的修正函數(shù)，優(yōu)化中間點(diǎn)PID參數(shù)。為了兼顧調(diào)節(jié)靈敏性和防止過調(diào)，在BIR回路上設(shè)置了負(fù)荷對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)，在不同的負(fù)荷段，BIR前饋所加減的水量不同（偏置水量=BIR值×負(fù)荷對(duì)應(yīng)給水修正系數(shù)×20）。

1.5 燃料主控

燃料指令由鍋爐主控輸出和BIR前饋控制。通過新增BIR前饋回路，增減相應(yīng)的燃料量，加快鍋爐的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。為減少煤質(zhì)不穩(wěn)定對(duì)煤量控制的影響，投入了BTU校正回路。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，由于BIR回路作用，提前增減相應(yīng)的給煤量有5.85～35.1t/h（偏置煤量=BIR值×負(fù)荷對(duì)應(yīng)燃料修正系數(shù)×3）。

1.6 總風(fēng)量控制

風(fēng)量指令由鍋爐主控輸出、BIR前饋回路、氧量校正三部分控制。新增BIR前饋回路，負(fù)荷變化時(shí)風(fēng)量響應(yīng)更快，以克服升負(fù)荷階段爐膛風(fēng)量不足導(dǎo)致煙氣CO超標(biāo)的情況，此回路不做負(fù)荷對(duì)應(yīng)系數(shù)修正。

1.7 磨煤機(jī)一次風(fēng)調(diào)門控制

通過調(diào)整熱一次風(fēng)調(diào)門響應(yīng)速度以及增加BIR前饋回路來增減一次風(fēng)量，磨煤機(jī)冷一次風(fēng)調(diào)門跟隨熱一次風(fēng)調(diào)門開度及出口溫度，未對(duì)磨煤機(jī)風(fēng)煤比曲線進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，適當(dāng)提高增減風(fēng)量幅度，及時(shí)將煤粉吹進(jìn)爐膛。此外，還取消了磨碗上下壓差>3.25KPa自動(dòng)減煤，改為只報(bào)警。

2 優(yōu)化效果與存在的問題

2.1 優(yōu)化效果

如圖2，優(yōu)化后機(jī)組變負(fù)荷能力加強(qiáng)，基本能緊隨負(fù)荷指令變化，滿足中調(diào)對(duì)于負(fù)荷的精度要求。在升負(fù)荷階段，中間點(diǎn)溫度投自動(dòng)，CCS系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，各項(xiàng)參數(shù)基本穩(wěn)定，基本不用手動(dòng)干預(yù)。

2.2 存在的問題

2.2.1 AGC負(fù)荷擺動(dòng)，CCS超調(diào)

AGC指令擺動(dòng)情況頻繁，有時(shí)幅度達(dá)到50MW之大，優(yōu)化后機(jī)組緊隨負(fù)荷指令變化，但超調(diào)現(xiàn)象常有發(fā)生，原因是多方面的：汽機(jī)側(cè)主調(diào)門開關(guān)速度加快，并弱化壓力偏差的修正作用，加速了汽溫汽壓波動(dòng)；鍋爐側(cè)壓力偏差閉鎖負(fù)荷值變大為±1.5MPa，基本上忽略了汽壓波動(dòng)對(duì)加減負(fù)荷的影響；設(shè)置的BIR回路，加快負(fù)荷響應(yīng)速度，同時(shí)也加劇了系統(tǒng)的擾動(dòng)。當(dāng)前看，機(jī)組在450MW～550MW內(nèi)波動(dòng)，各參數(shù)基本在規(guī)定范圍內(nèi)。在300MW～450MW或550MW～600MW階段波動(dòng)則參數(shù)波動(dòng)大，很容易引起煤水比失調(diào)。在高低負(fù)荷階段，仍需細(xì)化BIR修正系數(shù)，減少煤量、水量、風(fēng)量變化幅度，使各主要系統(tǒng)動(dòng)作更加一致。

2.2.2給水波動(dòng)幅度大

高負(fù)荷階段，AGC指令波動(dòng)容易出現(xiàn)給水量超量程情況（超過2000 t/h），導(dǎo)致機(jī)組退出BM自動(dòng)，從而退出CCS及AGC，造成中調(diào)負(fù)荷考核被動(dòng)。在低負(fù)荷階段，給水量波動(dòng)會(huì)達(dá)到750 t/h以下。根據(jù)運(yùn)行情況看，在滿負(fù)荷階段或低負(fù)荷階段，短時(shí)間內(nèi)給水量維持在負(fù)荷對(duì)應(yīng)的給水量范圍，可以加快系統(tǒng)的穩(wěn)定，不會(huì)導(dǎo)致煤量超調(diào)。所以建議給水量控制中設(shè)置上下限，在中間點(diǎn)控制投入自動(dòng)時(shí)，給水量指令輸出設(shè)置上限1950t/h，下限800t/h。

2.2.3磨煤機(jī)冷、熱一次風(fēng)調(diào)門動(dòng)作幅度大

在升降負(fù)荷過程，由于煤量變化幅度大，磨煤機(jī)冷、熱一次風(fēng)調(diào)門動(dòng)作幅度很大，甚至全開全關(guān)，導(dǎo)致沒有調(diào)節(jié)余度使磨出口溫度無法達(dá)到設(shè)定值（特別是印尼煤種的磨煤機(jī)出口溫度常常超過65℃），同時(shí)造成燃燒中心移動(dòng)，從而主汽及再熱汽容易超溫。

建議對(duì)各臺(tái)磨進(jìn)口風(fēng)量進(jìn)行校正，并優(yōu)化風(fēng)煤比曲線，按風(fēng)煤比曲線進(jìn)行風(fēng)門調(diào)整，加快對(duì)磨出口溫度的響應(yīng)。煤量增加時(shí)熱一次風(fēng)調(diào)門根據(jù)給煤量加上BIR指令開大，冷一次風(fēng)調(diào)門開大比例應(yīng)減小，這樣才能保證出口溫度不快速下降；煤量減少時(shí)，熱一次風(fēng)調(diào)門關(guān)小，而冷一次風(fēng)調(diào)門應(yīng)開大一定開度，保證出口溫度不超溫。

3 運(yùn)行中注意事項(xiàng)

3.1 給水調(diào)整

給水量設(shè)定值指令是由負(fù)荷對(duì)應(yīng)函數(shù)設(shè)定，加上中間點(diǎn)偏置，再加上BIR回路前饋三者之和，正常情況下，不加減負(fù)荷時(shí)其數(shù)值可視為（鍋爐主控指令×1.1+中間點(diǎn)輸出值）×20。升降負(fù)荷過程中，給水量會(huì)存在比較大的過調(diào)，在機(jī)組高負(fù)荷時(shí)，要注意總給水量不要超設(shè)定量程，同時(shí)單臺(tái)汽泵出力不要超過1050t/h，否則應(yīng)立即手動(dòng)降低；在機(jī)組負(fù)荷到達(dá)350MW時(shí)手動(dòng)開啟任一汽泵再循環(huán)調(diào)整門，并隨負(fù)荷的降低提高再循環(huán)門的開度，防止給水量發(fā)生大幅波動(dòng)，加劇鍋爐擾動(dòng)。

3.2 中間點(diǎn)控制

中間點(diǎn)溫度控制在自動(dòng)模式時(shí)，由于中間點(diǎn)溫度函數(shù)修正、屏過出口溫度修正、減溫水量修正及中間點(diǎn)實(shí)際變化率修正等各回路作用，在負(fù)荷單一方向的加減時(shí)能使沿程溫度較為平穩(wěn)，故正常情況下應(yīng)使用中間點(diǎn)自動(dòng)。中間點(diǎn)溫度控制投手動(dòng)模式時(shí)，中間點(diǎn)控制輸出值直接作用于給水量，而BIR回路作用依然存在，所以在負(fù)荷指令有變動(dòng)情況下手動(dòng)調(diào)整給水量時(shí)要考慮BIR的前饋?zhàn)饔?。在機(jī)組低負(fù)荷且AGC指令擺動(dòng)的情況下，很容易造成中間點(diǎn)沒有過熱度，包覆過熱器進(jìn)水，這時(shí)應(yīng)該適當(dāng)減低水媒比，加強(qiáng)沿程溫度監(jiān)視。當(dāng)出現(xiàn)水煤比失調(diào)，應(yīng)及時(shí)手動(dòng)干預(yù)。

3.3 制粉系統(tǒng)調(diào)整

變負(fù)荷時(shí)啟、停磨要及時(shí)，至少保持一臺(tái)磨在熱備用狀態(tài)，根據(jù)不同煤種選取合適的啟停磨時(shí)機(jī)。啟磨后煤量增加要參照煤水比，不要過快增加上層磨煤量，且風(fēng)量調(diào)整過程中，注意避免出現(xiàn)磨煤機(jī)冷、熱一次風(fēng)調(diào)門全開全關(guān)現(xiàn)象。BTU回路是通過計(jì)算實(shí)際煤種與設(shè)計(jì)煤種的發(fā)熱量比值從而修正實(shí)際燃料量使其滿足當(dāng)前負(fù)荷要求。該回路投入時(shí)，燃料主控將發(fā)送按負(fù)荷對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)煤種折算成的實(shí)際煤種總?cè)剂狭恐粮髦品巯到y(tǒng)，減少了用實(shí)際煤量調(diào)整修正過程，在各負(fù)荷階段保證實(shí)際燃料量與負(fù)荷對(duì)應(yīng)。

為了使鍋爐更快適應(yīng)負(fù)荷變化，在運(yùn)行中BTU應(yīng)投入自動(dòng)。當(dāng)前主蒸汽畫面的水煤比參數(shù)為實(shí)際水量與實(shí)際煤量的比值，是最直觀的參考數(shù)據(jù)，在事故處理中應(yīng)根據(jù)燃燒煤種對(duì)應(yīng)水煤比調(diào)整水量或煤量。

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