河源電廠2×600MW機(jī)組供熱機(jī)組的控制策略優(yōu)化

李恩鵬

1.機(jī)組及其供熱系統(tǒng)

河源電廠一期2X600MW機(jī)組供熱系統(tǒng)中，4段抽汽為供熱主熱源，再熱冷段作為備用熱源。從電廠一期2X600MW機(jī)組每臺機(jī)的再熱冷段蒸汽管道止回閥后增加供熱分支，在4段抽汽管道上增加供熱分支，接到每臺機(jī)組的壓力匹配器。每臺機(jī)的壓力匹配器還設(shè)置一個低溫再熱蒸汽的減壓閥旁路，作為壓力匹配器的備用供熱管路。每臺機(jī)組低溫再熱蒸汽管道（額定負(fù)荷4.61Mpa，340.2℃）、4段抽汽管道（額定負(fù)荷1.0Mpa，379.4℃）根據(jù)設(shè)計分界處的參數(shù)要求，經(jīng)壓力匹配器或者減壓器后的蒸汽參數(shù)不小于：1.7Mpa，298℃；每臺機(jī)組最大供熱能力120t/h。廠區(qū)供熱蒸汽母管到電廠圍墻分界處的設(shè)計最大蒸汽流量200t/h。在每臺機(jī)組的壓力匹配器后設(shè)置減溫裝置，保證到分界點的溫度不超過285℃。

2 供熱超（超）臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型

供熱直流鍋爐的協(xié)調(diào)控制對象模型可簡化為一個四輸入四輸出系統(tǒng)，輸入為汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度μT（%）、燃料量M（t）、給水流量W（t），壓力匹配器調(diào)節(jié)閥開度U（%），輸出為機(jī)組電負(fù)荷NE（MW）、機(jī)前壓力PT（MPa）、分離器入口蒸汽溫度θ（℃）或焓值H（kJ/kg）、供熱負(fù)荷NH（MW），其相互間的耦合關(guān)系如圖2所示。燃料量增大，機(jī)組電負(fù)荷、壓力、溫度、供熱負(fù)荷均增大；汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度增大，機(jī)組電負(fù)荷、供熱負(fù)荷增大，壓力、溫度降低；給水流量增大，機(jī)組電負(fù)荷、壓力、供熱負(fù)荷增大，溫度降低；壓力匹配器調(diào)節(jié)閥開度增大，給水流量增大，機(jī)組電負(fù)荷、壓力降低，供熱負(fù)荷增大。圖2中實線為強相關(guān)關(guān)系，虛線為弱相關(guān)關(guān)系，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)構(gòu)建和參數(shù)配置時，為簡化控制模型將忽略弱相關(guān)關(guān)系，而利用各強相關(guān)關(guān)系的不同系數(shù)配比來實現(xiàn)不同的協(xié)調(diào)控制策略。

通過分析純凝機(jī)組在不同負(fù)荷下的熱力特性發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)進(jìn)汽流量與機(jī)組發(fā)電負(fù)荷存在近似線性關(guān)系，對于供熱機(jī)組，當(dāng)安裝壓力匹配器后，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量與機(jī)組發(fā)電負(fù)荷同壓力匹配器閥開度的乘積成正比關(guān)系，則汽輪機(jī)供熱抽汽流量描述為：

QH= K5·u·NE（1）

式中：QH為供熱抽汽流量，t/h；K5為固定壓力匹配器調(diào)節(jié)閥開度下發(fā)電負(fù)荷折算抽汽流量的系數(shù)，t/（h·M W ·%）。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的時域指令模型[1]可表述如下。

汽輪機(jī)指令為：

μT=f1（ND）+GPI（k1·ΔNE-k2·ΔPT）+ f5（x）· K5·u·NE （2）

燃料指令為：

M=f2（ND）+f3[GPID（k3·ΔNE+k4·ΔPT）]+ λGPI（Δθ）+ f6（x）· K5·u·NE（3）

給水指令為：

W=f4（ND）+f5[GPID（k3·ΔNE+k4·ΔPT）]+λ′GPI（ΔH）+ f7（x）· K5·u·NE（4）

式中：ND為負(fù)荷指令；GPI、GPID為調(diào)節(jié)器算法；k1-k4為負(fù)荷-汽輪機(jī)壓力分量的配比系數(shù)；f1（x）為汽輪機(jī)前饋函數(shù)；f2（x）、f4（x）、f5（x）、f6（x）、f7（x）為超前指令函數(shù)；f3（x）和f5（x）為煤水分配函數(shù)；λ為焓選擇系數(shù)；λ′為溫度選擇系數(shù)。對于以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，量綱等效換算后k1>k2，k3k4；采用焓水控制策略的系統(tǒng)，λ=0，λ′=1；采用分離器入口蒸汽過熱度（即分離器入口蒸汽溫度減去該點的蒸汽壓力對應(yīng)的飽和溫度）控制策略的系統(tǒng)，λ=1，λ′=0[2]。

3 控制策略優(yōu)化

常規(guī)火電機(jī)組，采用爐-機(jī)-電三者平衡原理對整個熱力循環(huán)進(jìn)行控制，即：通過電負(fù)荷表征汽輪機(jī)機(jī)械負(fù)荷，作為系統(tǒng)能量需求，鍋爐蒸發(fā)量作為系統(tǒng)能量供給。穩(wěn)定工況下：鍋爐蒸發(fā)量=汽機(jī)機(jī)械功率=發(fā)電機(jī)負(fù)荷，三者平衡，系統(tǒng)穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)對外供熱時，汽機(jī)機(jī)械功率不等于發(fā)電機(jī)負(fù)荷，若仍采用原先平衡控制策略，會造成三者負(fù)荷不平衡，壓力失穩(wěn)，系統(tǒng)狀態(tài)失衡。因此，需采取能量補償回路，計算出供熱負(fù)荷，將其融入三者能量關(guān)系內(nèi)，從而確保系統(tǒng)平衡。

3.1供熱負(fù)荷計算回路

構(gòu)造供熱負(fù)荷計算回路，作為供熱能量平衡的熱負(fù)荷基準(zhǔn)。熱負(fù)荷計算回路：根據(jù)抽汽流量生成供熱負(fù)荷；同時，為避免供熱流量頻繁波動對鍋爐調(diào)節(jié)產(chǎn)生擾動，該計算回路增加階梯判斷、速率限制、慣性補償?shù)拳h(huán)節(jié)。

3.2供熱負(fù)荷--協(xié)調(diào)控制回路

1）將計算供熱負(fù)荷增加至鍋爐水、煤、風(fēng)等回路中，從而將供熱能量需求補償至鍋爐能量供給中，當(dāng)供熱需求變化時，鍋爐能量（水、煤、風(fēng)）隨時變化，達(dá)到供需平衡目的；

2）為了滿足供熱負(fù)荷需求，使鍋爐中間點溫度的控制偏差較小，將供熱負(fù)荷控制中的水煤比設(shè)置為7：1；

3）在原BTU 控制策略中的理論燃料量由機(jī)組實發(fā)功率轉(zhuǎn)換得到，在投入供熱系統(tǒng)后，在理論燃料量中必須增加供熱負(fù)荷消耗的燃料量，供熱負(fù)荷對應(yīng)的燃料量為4t/h蒸汽流量近似對應(yīng)1 MW 負(fù)荷，1MW 負(fù)荷對應(yīng)的燃料量為0.4t/h；

4）由于供熱抽汽時機(jī)組的再熱蒸汽壓力以定壓的方式控制，而機(jī)前蒸汽壓力處于滑壓控制方式，汽輪機(jī)高壓缸的做功效率隨機(jī)組負(fù)荷的改變變化很大，因此抽汽供熱運行時機(jī)組滑壓曲線應(yīng)隨供熱負(fù)荷變化進(jìn)行修正。

4小結(jié)

結(jié)果表明：供熱優(yōu)化機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)滿足隨機(jī)組供熱負(fù)荷變化的要求；供熱狀態(tài)下，機(jī)組電負(fù)荷調(diào)節(jié)過程的鍋爐側(cè)主蒸汽壓力控制偏差、燃料變化量、水煤比控制、主蒸汽溫度等主要運行參數(shù)均能滿足機(jī)組運行的需求，因此，機(jī)組的主要控制系統(tǒng)均能夠滿足自動控制方式下機(jī)組電負(fù)荷及熱負(fù)荷控制的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張秋生，梁華，胡曉花，等.超超臨界機(jī)組的兩種典型協(xié)調(diào)控制方案[J].中國電力，2011，44（10）：74-79.

Zhang Qiusheng，Liang Hua，Hu Xiaohua，et al.Two typical coordinated control schemes for Ultra Supercritical Units [J].China Electric Power，2011，44（10）：74-79.

（作者單位：深能合和電力（河源）有限公司）