凝結(jié)水節(jié)流參與的1000MW二次再熱機(jī)組一次調(diào)頻控制方法

李 勇，許海雷

(國(guó)電泰州發(fā)電有限公司, 江蘇 泰州 225327)

0 引言

1000MW二次再熱超超臨界機(jī)組以全程滑壓方式運(yùn)行，為滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性在選擇鍋爐側(cè)壓力設(shè)定值時(shí)，往往汽機(jī)超高調(diào)開(kāi)度較大，滑壓方式運(yùn)行和負(fù)荷響應(yīng)能力對(duì)汽機(jī)超高調(diào)的動(dòng)作要求是相反的，滑壓運(yùn)行會(huì)抑制汽機(jī)超高調(diào)快速調(diào)節(jié)負(fù)荷的能力，不利于機(jī)組對(duì)一次調(diào)頻的響應(yīng)。如果改為定壓方式運(yùn)行或提高汽機(jī)超高調(diào)閥門(mén)節(jié)流，可以提高一次調(diào)頻控制效果，但增加節(jié)流會(huì)使機(jī)組的效率降低，不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。目前大多數(shù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行壓力低于額定壓力，如果壓力修正不合適，會(huì)造成負(fù)荷變化量達(dá)不到要求，這種情況在高負(fù)荷段尤為明顯。再加上機(jī)組帶有較大的供熱流量，機(jī)組的一次調(diào)頻能力明顯下降，尤其在當(dāng)前特高壓電網(wǎng)和大規(guī)模直流輸電的背景下，一旦由于輸電線路故障，造成受電端供電負(fù)荷缺失，電網(wǎng)頻率快速下降，需要本地機(jī)組快速增加負(fù)荷以實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能。

電網(wǎng)考核辦法規(guī)定:100MW及以上機(jī)組出力達(dá)到50%額定容量(Pe)以上直至100% Pe為考核區(qū)，一次調(diào)頻中機(jī)組功率以103% Pe為考核上限；燃煤機(jī)組要求達(dá)到0～15s，0～30s，0～45s，3個(gè)時(shí)段的一次調(diào)頻性能響應(yīng)指數(shù)分別為 0.4，0.6，0.7 以上。機(jī)組運(yùn)行在CCS(協(xié)調(diào)控制方式)時(shí)，為了滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性的要求，汽機(jī)超高壓調(diào)門(mén)運(yùn)行在開(kāi)度較大的水平，鍋爐的蓄熱能力有限，對(duì)于直流鍋爐而言蓄熱更少，進(jìn)行一次調(diào)頻測(cè)試時(shí)超高壓調(diào)門(mén)很快就達(dá)到全開(kāi)位置，已無(wú)任何調(diào)節(jié)余量。由于鍋爐制粉系統(tǒng)存在較大慣性和遲延，僅僅通過(guò)增加燃料量來(lái)調(diào)高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)非常緩慢，從而造成一次調(diào)頻測(cè)試前期響應(yīng)快中期乏力后期超調(diào)的現(xiàn)象，難以滿(mǎn)足電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻響應(yīng)的要求。因此必須找到能在短時(shí)間內(nèi)彌補(bǔ)汽機(jī)調(diào)頻能力不足的方法，從而達(dá)到江蘇調(diào)度的考核要求。

1 凝結(jié)水調(diào)頻的原理

凝結(jié)水調(diào)負(fù)荷技術(shù)本質(zhì)上是一種利用汽機(jī)回?zé)?加熱系統(tǒng)中蓄能變化的技術(shù)。 由于在加負(fù)荷過(guò)程中減少了機(jī)組的抽汽，而在減負(fù)荷過(guò)程中又增加了機(jī)組的抽汽，所以這種利用蓄能的技術(shù)對(duì)汽機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性整體上沒(méi)有影響，既沒(méi)有抽汽閥門(mén)的節(jié)流，也沒(méi)有節(jié)流損失。凝結(jié)水調(diào)頻是指在機(jī)組一次調(diào)頻測(cè)試時(shí)，確保凝汽器和除氧器的水位在允許范圍內(nèi)，改變凝泵轉(zhuǎn)速或控制除氧器水位調(diào)節(jié)閥，改變凝結(jié)水流量，從而改變抽汽量，暫時(shí)獲得或釋放一部分機(jī)組的蓄熱，從而達(dá)到改變負(fù)荷的目的。比如，一次調(diào)頻測(cè)試要求機(jī)組加負(fù)荷時(shí)，快速降低凝泵轉(zhuǎn)速，減小凝結(jié)水流量，使低溫加熱器中蒸汽側(cè)的壓力升高，抽汽兩端的差壓逐步減小，從而可以相應(yīng)地減小低溫加熱器的抽汽量，增加汽輪機(jī)中蒸汽做功的量，使機(jī)組負(fù)荷增加。而在一次調(diào)頻要求機(jī)組減負(fù)荷時(shí)，負(fù)荷調(diào)節(jié)仍由汽機(jī)調(diào)門(mén)來(lái)完成。

凝結(jié)水調(diào)頻在調(diào)整凝水流量方面有兩種控制方式 ：一種是節(jié)流調(diào)節(jié)，通過(guò)改變除氧器水位調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)改變凝結(jié)水流量，另一種是變頻調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)改變凝結(jié)水流量。但由于凝結(jié)水泵變頻裝置的調(diào)節(jié)較節(jié)流調(diào)節(jié)存在速率缺陷，而且變頻裝置較調(diào)節(jié)閥昂貴，不適宜長(zhǎng)時(shí)間頻率切換，因此凝結(jié)水調(diào)頻主要應(yīng)用節(jié)流調(diào)節(jié)的控制方式。凝法水調(diào)頻加負(fù)荷原理如圖1所示。

圖1 凝結(jié)水調(diào)頻加負(fù)荷原理

需要說(shuō)明兩點(diǎn)：

(1)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水調(diào)負(fù)荷受到凝泵最小流量、除氧器、凝汽器、加熱器水位等諸多因素的制約，能夠利用最大凝結(jié)水流量變化約為50%～60%。

(2)通過(guò)大幅度快速改變凝結(jié)水流量，盡管可以適當(dāng)改善機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能，但會(huì)引起除氧器水位和凝汽器水位數(shù)的大幅度波動(dòng)，不利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 凝結(jié)水調(diào)頻控制策略

2.1 升負(fù)荷

(1)主機(jī)調(diào)門(mén)在節(jié)流最小的臨界位置，除氧器水位設(shè)定在Hmax。機(jī)組接受到一次調(diào)頻增負(fù)荷測(cè)試信號(hào)，鍋爐主控會(huì)增加燃燒率，給水流量同時(shí)增加，但是由于燃料系統(tǒng)的慣性延遲，燃料的熱量在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法全部釋放，汽機(jī)調(diào)門(mén)將快速開(kāi)啟，釋放機(jī)組的蓄熱來(lái)增加機(jī)組負(fù)荷。同時(shí)，DCS將除氧器水位設(shè)定值下降至Hmin，通過(guò)降低凝泵變頻器轉(zhuǎn)速，同時(shí)發(fā)一個(gè)指令關(guān)小除氧器水位調(diào)節(jié)主閥，快速減少凝結(jié)水流量，提高初期的升負(fù)荷速率。

(2)待除氧器水位逐漸下降至低位，除氧器蓄熱釋放完畢，鍋爐燃料應(yīng)已持續(xù)釋放出熱能，機(jī)組升負(fù)荷方式將完全以“機(jī)跟爐”的形式進(jìn)行，直至目標(biāo)負(fù)荷。當(dāng)機(jī)組到達(dá)新的穩(wěn)定狀態(tài)后，將會(huì)進(jìn)入超調(diào)區(qū)，控制系統(tǒng)將除氧器水位設(shè)定值重新提高至Hmax，開(kāi)啟除氧器水位主調(diào)節(jié)閥，增加抽汽量，對(duì)除氧器進(jìn)行蓄熱，以輔助機(jī)組協(xié)調(diào)減少負(fù)荷的超調(diào)量，提高機(jī)組協(xié)調(diào)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

(3)待機(jī)組在目標(biāo)負(fù)荷穩(wěn)定后， DCS將除氧器水位設(shè)定值維持在Hmax，使除氧器處于最大的蓄熱量，除氧器水位調(diào)節(jié)閥逐漸恢復(fù)至全開(kāi)位置，以備下一次升負(fù)荷。

2.2 降負(fù)荷

機(jī)組降負(fù)荷時(shí)，因除氧器水位處于Hmax，凝結(jié)水不參與調(diào)頻，故完全由機(jī)組協(xié)調(diào)完成降負(fù)荷過(guò)程，即通過(guò)汽機(jī)主控關(guān)小主機(jī)調(diào)門(mén)和鍋爐主控減少燃燒率和給水流量來(lái)完成降低負(fù)荷的全部過(guò)程。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)組配置

國(guó)電泰州電廠2×1000MW 超超臨界二次再熱機(jī)組，鍋爐采用上海鍋爐廠的超超臨界、中間二次再熱、單爐膛、變壓運(yùn)行直流爐；汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)廠的超超臨界、二次中間再熱凝汽式、全周進(jìn)汽、單軸、五缸四排汽、10級(jí)回?zé)岢槠啓C(jī)。采用四級(jí)高壓加熱器、一級(jí)一體式除氧器和五級(jí)低壓加熱器、一臺(tái)疏水冷卻器組成十級(jí)非調(diào)整回?zé)嵯到y(tǒng)。一、二、三、四級(jí)抽汽分別向1、2、3、4號(hào)高壓加熱器供汽，五級(jí)抽汽供汽至除氧器、給水泵汽輪機(jī)，六、七、八、九、十級(jí)抽汽分別向6、7、8、9、10號(hào)低加供汽。每臺(tái)機(jī)組配2臺(tái)100%容量的立式筒形凝結(jié)水泵，1臺(tái)變頻運(yùn)行，1臺(tái)工頻備用，2臺(tái)凝結(jié)水泵共用1套變頻裝置。

3.2 低加系統(tǒng)蓄熱量

由上海汽輪機(jī)廠提供的熱平衡圖，可以分別計(jì)算出THA、75%THA、50%THA工況下低加全部切除時(shí)理論上能夠增加的負(fù)荷。

表1 THA工況下各低加切除后釋放的蓄熱量

表2 75%THA工況下各低加切除后釋放的蓄熱量

表3 50%THA工況下各低加切除后釋放的蓄熱量

從表1、表2、表3中可以看出，機(jī)組在500MW～1000MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，低加系統(tǒng)切除后所能增加的最大理論負(fù)荷為18.6MW～50.7MW。但考慮到凝結(jié)水調(diào)頻受到凝汽器熱井水位、凝結(jié)水流量、除氧器水位和低加水位等諸多因素的影響，能夠有效利用的最大蓄熱為最大理論值的50%～60%。

4 結(jié)語(yǔ)

凝結(jié)水節(jié)流調(diào)頻功能提高了機(jī)組一次調(diào)頻最初期的負(fù)荷響應(yīng)速度，其核心作用在于提高汽機(jī)調(diào)門(mén)的平均開(kāi)度，減少節(jié)流損失，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。而相應(yīng)帶來(lái)的汽機(jī)側(cè)負(fù)荷調(diào)節(jié)裕量減少的問(wèn)題，則通過(guò)凝結(jié)水流量間接改變抽汽量的方式來(lái)彌補(bǔ)。但最終的負(fù)荷響應(yīng)仍然需要鍋爐燃燒率的變化。一個(gè)完善的一次調(diào)頻負(fù)荷調(diào)整控制策略需要各方面的配合，依靠凝結(jié)水調(diào)頻控制和鍋爐側(cè)燃燒、給水調(diào)節(jié)、供熱調(diào)節(jié)等智能控制策略綜合作用，才能達(dá)到最佳效果。另外，凝結(jié)水節(jié)流調(diào)頻對(duì)低加系統(tǒng)影響較大，且凝泵出口壓力偏低對(duì)給水泵密封水的冷卻效果也存在一定影響，不利于機(jī)組安全運(yùn)行。