基于凝結(jié)水變負(fù)荷的深度滑壓優(yōu)化控制技術(shù)

李滿天，李大安，靳繼威，周長(zhǎng)偉

(1.中國(guó)石油集團(tuán)電能有限公司 熱電一公司，黑龍江 大慶 163314； 2.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

0 引 言

中油電能熱電一公司4號(hào)發(fā)電機(jī)組于2013年10月正式并入東北電網(wǎng)運(yùn)行。為滿足2017年?yáng)|北能源監(jiān)管局頒布《東北電力輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則(試行)》基本調(diào)峰時(shí)的最小出力改為額定容量的48%的調(diào)峰要求，采用高中壓缸旁路供熱，滑壓運(yùn)行方式。該工作模式存在電網(wǎng)一次調(diào)頻和AGC考核與機(jī)組節(jié)能運(yùn)行的矛盾，為了解決這一問題，將基于凝結(jié)水變負(fù)荷的深度滑壓優(yōu)化控制技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電機(jī)組，并進(jìn)行可行性和有效性驗(yàn)證。

1 技術(shù)方法

1.1 凝結(jié)水變負(fù)荷控制分析

凝結(jié)水變負(fù)荷控制是利用凝結(jié)水泵的變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)凝結(jié)水流量控制，協(xié)助機(jī)組改變負(fù)荷，使一次調(diào)頻和AGC響應(yīng)能力得到改善，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷大幅變化情況下的低負(fù)荷節(jié)能運(yùn)行。另外，參與深度調(diào)峰的機(jī)組，在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，要求較高的負(fù)荷變速率。針對(duì)以上問題，該控制技術(shù)通過對(duì)機(jī)組低加系統(tǒng)蓄能的瞬時(shí)利用，實(shí)現(xiàn)快速變化負(fù)荷，進(jìn)而滿足一次調(diào)頻及AGC的考核要求[1]，具體控制流程如圖1所示。

圖1 凝結(jié)水變負(fù)荷控制過程Fig.1 Variable load control process of condensate

圖2是凝結(jié)水流量變化與負(fù)荷波動(dòng)曲線。從圖中可以看出，機(jī)組負(fù)荷的變化與凝結(jié)水流量的變化方向相反，并隨之波動(dòng)，其響應(yīng)幅度、速度對(duì)于提高機(jī)組升降負(fù)荷能力起到重要作用。

圖2 凝結(jié)水流量變化與負(fù)荷波動(dòng)Fig.2 Variation of condensate flow and load fluctuation

將除氧器和凝汽器水位控制在安全運(yùn)行范圍內(nèi)，可避免凝結(jié)水變負(fù)荷過程中，給除氧器、凝汽器水位控制帶來額外的擾動(dòng)，保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 機(jī)組智能實(shí)時(shí)滑壓控制技術(shù)

智能實(shí)時(shí)滑壓控制技術(shù)是以滑壓節(jié)能優(yōu)化控制技術(shù)為基礎(chǔ)，滑壓控制實(shí)現(xiàn)低節(jié)流經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與參考鍋爐蓄熱水平調(diào)整滑壓控制目標(biāo)同步進(jìn)行，使鍋爐蓄熱水平在深度調(diào)峰時(shí)得到保障，有助于汽輪機(jī)的快速負(fù)荷調(diào)節(jié)。此外，輻射受熱面和對(duì)流受熱面的吸熱分配受滑壓參數(shù)的影響較大，因此，智能實(shí)時(shí)滑壓有利于提高超低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的主、再熱汽溫，解決了機(jī)組超低負(fù)荷時(shí)主、再熱蒸汽溫度偏低的問題，從而提高了機(jī)組在深度調(diào)峰運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。

1.3 基于凝結(jié)水變負(fù)荷的深度滑壓優(yōu)化控制技術(shù)

在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行條件下，滑壓節(jié)能與電網(wǎng)AGC考核要求存在矛盾，而基于凝結(jié)水變負(fù)荷的深度滑壓優(yōu)化控制技術(shù)是解決上述矛盾的有效手段之一。通過開展基于凝結(jié)水變負(fù)荷的深度滑壓優(yōu)化控制技術(shù)研究，進(jìn)行高壓調(diào)節(jié)閥流量特性的重新整定，分析計(jì)算高壓調(diào)節(jié)閥重疊度和配汽曲線，通過試驗(yàn)最終確定高壓調(diào)節(jié)閥經(jīng)濟(jì)運(yùn)行閥位。研究機(jī)組滑壓參數(shù)給定的在線實(shí)時(shí)修正方法，在保障機(jī)組變工況安全穩(wěn)定性的前提下，依據(jù)機(jī)組環(huán)境參數(shù)、背壓、抽汽工況變化，基于機(jī)組調(diào)門節(jié)流狀態(tài)的跟蹤，智能修正機(jī)組主蒸汽壓力運(yùn)行參數(shù)給定。對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與升降負(fù)荷能力的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)給定值進(jìn)行自動(dòng)修正，平衡AGC指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)滿足電網(wǎng)考核條件下盡可能降低調(diào)門節(jié)流損失，深入發(fā)掘機(jī)組節(jié)能運(yùn)行潛力。

綜上所述，基于凝結(jié)水變負(fù)荷的深度滑壓優(yōu)化控制技術(shù)針對(duì)不同的運(yùn)行工況，以凝結(jié)水變負(fù)荷技術(shù)為基礎(chǔ)，在機(jī)組升降負(fù)荷瓶頸期發(fā)揮作用，對(duì)機(jī)組主蒸汽壓力運(yùn)行目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰機(jī)組變負(fù)荷能力、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化[2-3]。

2 應(yīng)用效果分析

為了解決熱電一公司4號(hào)發(fā)電機(jī)組在參與深度調(diào)峰時(shí)，滑壓節(jié)能與電網(wǎng)AGC考核要求的根本矛盾問題，將基于凝結(jié)水變負(fù)荷的深度滑壓優(yōu)化控制技術(shù)應(yīng)用于該機(jī)組，通過凝結(jié)水變負(fù)荷提高機(jī)組響應(yīng)電網(wǎng)一次調(diào)頻和AGC指令的能力，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的最優(yōu)滑壓運(yùn)行。

該機(jī)組深度調(diào)峰采用高中壓缸旁路供熱，滑壓運(yùn)行方式。根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況，利用3臺(tái)凝結(jié)水泵的2臺(tái)變頻器，實(shí)現(xiàn)對(duì)凝結(jié)水流量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，輔助機(jī)組升降負(fù)荷，改善一次調(diào)頻和AGC響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)大幅變負(fù)荷條件下的低負(fù)荷節(jié)能運(yùn)行，各負(fù)荷下凝結(jié)水變負(fù)荷響應(yīng)結(jié)果見表1。

表1可以看出，投入凝結(jié)水變負(fù)荷系統(tǒng)后，在不同負(fù)荷下通過降低機(jī)組的凝結(jié)水流量可以有效升高機(jī)組負(fù)荷，且凝結(jié)水流量每降低100 t/h，機(jī)組負(fù)荷大約升高1.52 MW，凝結(jié)水變負(fù)荷能力較強(qiáng)。

表1 各負(fù)荷下凝結(jié)水變負(fù)荷響應(yīng)結(jié)果Table 1 Condensate variable load response results under each load

在凝結(jié)水變負(fù)荷的運(yùn)行基礎(chǔ)上，深度滑壓優(yōu)化控制技術(shù)根據(jù)4號(hào)機(jī)組調(diào)門節(jié)流狀態(tài)的跟蹤，實(shí)時(shí)分析機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和升降負(fù)荷能力的變化，自動(dòng)修正機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)給定，協(xié)調(diào)AGC指標(biāo)與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性之間的平衡，在滿足電網(wǎng)考核條件下盡可能降低調(diào)門節(jié)流損失，結(jié)果見表2。

表2 各負(fù)荷下智能滑壓響應(yīng)結(jié)果Table 2 Response results of intelligent sliding pressure under each load

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該技術(shù)的實(shí)施，可明顯減少高壓調(diào)門節(jié)流損失，使機(jī)組年平均高壓缸效率提高約1.5%。經(jīng)計(jì)算，智能滑壓應(yīng)用后，機(jī)組對(duì)應(yīng)煤耗降低0.69 g/(kW·h)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4號(hào)機(jī)組超低負(fù)荷時(shí)主、再熱蒸汽溫度偏低，而滑壓參數(shù)對(duì)調(diào)整輻射受熱面和對(duì)流受熱面的吸熱分配具有重要的影響。因此，滑壓優(yōu)化控制技術(shù)還有利于提高超低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的主、再熱汽溫，從而大幅改善機(jī)組在深度調(diào)峰運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性[4-5]。

基于凝結(jié)水變負(fù)荷的深度滑壓優(yōu)化控制技術(shù)在熱電一公司4號(hào)機(jī)組應(yīng)用后，機(jī)組在達(dá)到電網(wǎng)考核指標(biāo)的前提下實(shí)現(xiàn)了深度滑壓節(jié)能自動(dòng)控制，節(jié)流損失大幅降低，同時(shí)，緩解了深度調(diào)峰期間長(zhǎng)期存在的電網(wǎng)一次調(diào)頻和AGC考核與機(jī)組節(jié)能運(yùn)行的矛盾。根據(jù)電網(wǎng)考核要求，測(cè)試機(jī)組不同轉(zhuǎn)速偏差條件下的一次調(diào)頻性能指標(biāo)，測(cè)試不同負(fù)荷指令變化條件下的機(jī)組AGC指標(biāo)，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。AGC滿足電網(wǎng)考核要求，實(shí)現(xiàn)45%以上額定負(fù)荷，AGC升降負(fù)荷速率達(dá)到4.5 MW/min，最高升降負(fù)荷速率達(dá)到5.1 MW/min，較原變負(fù)荷速率提高10%以上(原變負(fù)荷速率2.0 MW/min)，一次調(diào)頻合格率達(dá)80%以上。

3 結(jié) 語

基于凝結(jié)水變負(fù)荷的深度滑壓優(yōu)化控制技術(shù)，緩解了深度調(diào)峰期間存在的電網(wǎng)一次調(diào)頻和AGC考核與機(jī)組節(jié)能運(yùn)行的矛盾，是實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰的重要組成部分。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，機(jī)組在達(dá)到電網(wǎng)考核指標(biāo)的前提下，實(shí)現(xiàn)了深度滑壓節(jié)能自動(dòng)控制，節(jié)流損失大幅降低，但調(diào)節(jié)效果方面還存在不足。因此，將隨著機(jī)組運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)變化，驗(yàn)證邏輯程序的合理性、調(diào)節(jié)參數(shù)的準(zhǔn)確性。將該項(xiàng)技術(shù)推廣到電廠生產(chǎn)運(yùn)行中，發(fā)揮最大功效。