火電廠提升AGC速率經(jīng)濟(jì)運行優(yōu)化措施分析

胡 恒

（國家能源集團(tuán)黃金埠發(fā)電有限公司，江西上饒335101）

0 引言

國家能源集團(tuán)黃金埠發(fā)電有限公司建設(shè)有2臺650 MW發(fā)電機(jī)組，#1機(jī)組于2007年3月投產(chǎn)，#2機(jī)組于2007年7月投產(chǎn)，配置由上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG1913/25.40-M966型燃煤鍋爐。該鍋爐為超臨界參數(shù)、變壓運行、螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊П型結(jié)構(gòu)、露天布置。鍋爐采用直吹式MPS制粉系統(tǒng)，溫風(fēng)送粉。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N650-24.2/566/566型三缸四排汽中間再熱凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組的控制系統(tǒng)由分散控制系統(tǒng)（DCS）和公用系統(tǒng)構(gòu)成，均采用西屋OVATION控制公司分散控制系統(tǒng)。

在江西電網(wǎng)兩個細(xì)則考核要求以及推進(jìn)電力現(xiàn)貨輔助服務(wù)形勢下，機(jī)組AGC響應(yīng)率需要大于1%（即單機(jī)響應(yīng)速度超6.5 MW/min）。黃金埠公司負(fù)荷精度控制性能較差，無法滿足AGC方式下的長期穩(wěn)定運行。通過對機(jī)組主汽壓力、主再汽溫和機(jī)組AGC性能相關(guān)控制回路及其他主要模擬量控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、反復(fù)動態(tài)試驗，目前機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)已能滿足電網(wǎng)AGC速度需求。

1 影響AGC控制精度的客觀原因

1.1 主汽壓力波動大

穩(wěn)定負(fù)荷時，主汽壓力存在明顯的振蕩，波動幅度達(dá)0.2～0.5 MPa；變負(fù)荷時，主汽壓力偏差可達(dá)1.0～1.5 MPa，明顯超過了正常的波動范圍，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差?？焖夙憫?yīng)加減負(fù)荷時，甚至出現(xiàn)機(jī)組退協(xié)調(diào)，AGC被迫退出的狀況。

1.2 水煤比設(shè)計不合理，主再汽溫波動大，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性、安全性挑戰(zhàn)

機(jī)組水煤比控制選擇的屏過出口溫度控制點，易造成協(xié)調(diào)控制與過熱器減溫水控制的耦合，使水煤比控制嚴(yán)重失真，造成主、再熱汽溫動輒20～30 ℃的波動。機(jī)組運行參數(shù)的變化嚴(yán)重地影響到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使機(jī)組運行成本增加。同時參數(shù)波動也使機(jī)組的安全性能降低。若汽輪機(jī)主汽溫度變化過大，將導(dǎo)致鍋爐和汽輪機(jī)金屬管材及部件疲勞，還將引起汽輪機(jī)汽缸和轉(zhuǎn)子的脹差變化，甚至產(chǎn)生劇烈振動，危及機(jī)組的安全運行。過熱汽溫度過高，會使鍋爐受熱面及蒸汽管道金屬材料的蠕變速度加快，縮短使用壽命。

1.3 控制系統(tǒng)無法適應(yīng)煤種變化

入爐煤種及熱值由于種種原因，偏離設(shè)計煤種，并且不能維持穩(wěn)定。低價低灰熔點煤摻燒以來，鍋爐受熱面容易結(jié)焦，產(chǎn)生煙溫偏差的基礎(chǔ)性問題。

1.4 一次風(fēng)控制系統(tǒng)存在設(shè)計缺陷

磨煤機(jī)一次風(fēng)控制主要依靠進(jìn)口熱風(fēng)門調(diào)節(jié)，風(fēng)門節(jié)流損失大，明顯增加一次風(fēng)機(jī)電耗，且由于磨煤機(jī)部分一次風(fēng)量測量測點失真，熱風(fēng)門存在明顯的調(diào)節(jié)振蕩，影響整體鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。自動投入率低，響應(yīng)磨組出力跟進(jìn)的時效。

1.5 磨煤機(jī)等設(shè)備可靠性因素

給煤機(jī)卡跳以及落煤管堵煤，造成磨組隔層，頻次過高，磨煤機(jī)頻繁啟停，導(dǎo)致參數(shù)不穩(wěn)。加載油系統(tǒng)控制邏輯缺陷，不能很好地執(zhí)行變加載。

1.6 一次調(diào)頻回路設(shè)計不合理

調(diào)頻期間頻繁閉鎖汽機(jī)主控指令，給機(jī)組響應(yīng)AGC控制帶來不利影響。

2 分析構(gòu)建優(yōu)化方向

2.1 制粉系統(tǒng)冷/熱風(fēng)門控制性能、液壓加載系統(tǒng)以及一次風(fēng)壓控制回路優(yōu)化

冷風(fēng)控溫度，熱風(fēng)控風(fēng)量。而風(fēng)量往往測不準(zhǔn)，通過加入粉管風(fēng)速對熱風(fēng)門的修正作用，磨煤機(jī)的加載力控制曲線優(yōu)化，使對應(yīng)煤量下的加載力變化更加敏感。試驗單臺磨組隨給煤量變化，自動調(diào)節(jié)其出口動態(tài)分離器頻率，使煤粉細(xì)度變化符合要求的同時，提升磨組制粉響應(yīng)速度。提升一次風(fēng)壓跟隨總煤量斜率，重新描定總煤量—風(fēng)量曲線，使最佳過量空氣有效緊跟負(fù)荷變化。

2.2 汽機(jī)主控回路優(yōu)化

增加機(jī)組負(fù)荷和調(diào)門線性回路，將汽機(jī)調(diào)門響應(yīng)目標(biāo)負(fù)荷對應(yīng)調(diào)門的開度前饋量增大，使汽機(jī)響應(yīng)負(fù)荷目標(biāo)能力增強(qiáng)。

2.3 一次調(diào)頻控制回路優(yōu)化

將對標(biāo)頻率由50 Hz改為“網(wǎng)頻”信號，實現(xiàn)同源調(diào)節(jié)。采用“快進(jìn)緩?fù)恕辈呗?，避免汽機(jī)高調(diào)反向調(diào)節(jié)。

2.4 主汽壓控制回路、給煤量控制回路、給水量控制回路、中間點溫度控制回路優(yōu)化

鍋爐的蒸發(fā)量不僅決定于燃料量，也決定于給水流量。當(dāng)給水量和燃燒率的比例改變時，直流鍋爐各個受熱面的分界點也會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致汽溫發(fā)生劇烈波動。機(jī)組響應(yīng)負(fù)荷速率增大，迫使汽機(jī)調(diào)門響應(yīng)負(fù)荷能力增強(qiáng)，考慮鍋爐蓄熱能力，合理給出給煤量需求輸出。給水跟隨總煤量找到合適延時，使水煤比動態(tài)波動，中間點及主再汽溫達(dá)到相對穩(wěn)定。

2.5 自動給出AGC指令偏置

讓升負(fù)荷通道中的指令略大于AGC目標(biāo)，實現(xiàn)超發(fā)電量，又不被調(diào)度考核。在低負(fù)荷深調(diào)及高負(fù)荷頂峰區(qū)間，適當(dāng)降低響應(yīng)速度，腰荷區(qū)間增大爬坡速度。

3 各模塊系統(tǒng)優(yōu)化實施

通過改善機(jī)組的機(jī)、爐協(xié)調(diào)性，同時增強(qiáng)協(xié)調(diào)控制策略的自適應(yīng)控制能力實現(xiàn)優(yōu)化。

3.1 制粉相關(guān)系統(tǒng)調(diào)試

每臺磨組風(fēng)管平均風(fēng)速降低/增大時，自動開大/減小熱風(fēng)門開度，保證每臺磨組的輸粉能力平穩(wěn)。升/降負(fù)荷時，自動開大/減小熱風(fēng)門開度，保證磨組通風(fēng)能力和干燥出力，維持磨出口風(fēng)溫在合理區(qū)間的同時，保證磨組風(fēng)煤比處于合適的調(diào)節(jié)區(qū)間。

在升/降負(fù)荷過程中，提高/降低一次風(fēng)壓力，提高經(jīng)濟(jì)性。整定一次風(fēng)機(jī)動葉控制回路調(diào)節(jié)參數(shù)，保證一次風(fēng)壓與一次風(fēng)壓設(shè)定的快速跟隨性。

送風(fēng)控制按“加煤先加風(fēng)，減風(fēng)先減煤”控制思路，保證變負(fù)荷燃料量有足夠的燃料風(fēng)，維持動態(tài)風(fēng)煤比的穩(wěn)定。氧量校正應(yīng)根據(jù)變負(fù)荷狀態(tài)和超溫預(yù)警狀態(tài)實時調(diào)整，首先要保證機(jī)組具有足夠的燃料風(fēng)且削弱機(jī)組超溫風(fēng)險。機(jī)組的送風(fēng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)組氧量實時校正，以保證機(jī)組運行的經(jīng)濟(jì)性，同時減少NOx的生成。

表1 優(yōu)化后的AGC響應(yīng)速率排名

3.2 給水和中間點溫度控制調(diào)試

水的變化速率和時延小于煤量的變化時延。為保證水、煤配比同步，在煤量指令變化后，給定多級濾波使水量指令緩變，保證給水和給煤同步。

除基礎(chǔ)水量指令外，另添加一個給水流量補(bǔ)償器，即根據(jù)分離器出口溫度的變化，額外增加一個調(diào)節(jié)器。當(dāng)分離器出口溫度升高/降低時，增加/減小水量，維持分離器出口的過熱狀態(tài)不要變化過大，避免轉(zhuǎn)濕態(tài)或者超溫。

3.3 鍋爐兩級過熱器出口溫度控制調(diào)試

對溫度的變化趨勢進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)鍋爐不同的燃燒配風(fēng)方式和燃燒調(diào)整方式統(tǒng)計其汽溫變化規(guī)律，根據(jù)呈現(xiàn)的相應(yīng)規(guī)律，構(gòu)建減溫水指令前饋，以保證在鍋爐燃燒狀態(tài)發(fā)生變化時，主、再熱汽溫不發(fā)生較大的偏移。

4 優(yōu)化效果

經(jīng)過優(yōu)化調(diào)試后，機(jī)組主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、送風(fēng)控制、一次風(fēng)控制和引風(fēng)控制水平得到了較大提升，單機(jī)AGC控制性能也得到了一定程度的提升，且機(jī)組一次調(diào)頻能力得到了較大的增強(qiáng)，滿足了電網(wǎng)的考核要求，為發(fā)電側(cè)全面迎接電力現(xiàn)貨市場及滿足輔助服務(wù)需要奠定了良好的基礎(chǔ)。優(yōu)化后江西省內(nèi)各電廠機(jī)組的AGC響應(yīng)速率排名情況如表1所示。

5 結(jié)語

國家能源集團(tuán)黃金埠電廠#1機(jī)組在協(xié)調(diào)控制、一次調(diào)頻和機(jī)組運行方面存在不足，故采用DCS邏輯優(yōu)化和智能外掛控制相結(jié)合的方式，對機(jī)組進(jìn)行了全面優(yōu)化，AGC響應(yīng)速率及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到了顯而易見的提升，運行人員勞動強(qiáng)度在一定程度上得到了緩解，但煤質(zhì)不穩(wěn)定以及堵煤等設(shè)備可靠性問題還有待解決。