超臨界火電機(jī)組深度調(diào)峰時給水系統(tǒng)控制方法改進(jìn)

孫曉東，姜東嬌，任 益，邵 毅

(1.內(nèi)蒙古國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021025；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

隨著國家“雙碳目標(biāo)”的實(shí)施，以及新能源機(jī)組并網(wǎng)容量的逐年增加，火電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行日趨頻繁，火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行能力尤為重要。由于超臨界機(jī)組給水系統(tǒng)的復(fù)雜性，低負(fù)荷時往往在轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)附近或者在轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)以下運(yùn)行[1-5]。這就需要超臨界機(jī)組給水系統(tǒng)完成2種給水控制方式，即濕態(tài)控制方式和干態(tài)控制方式。超臨界機(jī)組在啟動并網(wǎng)后會快速增加負(fù)荷至轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)，完成干濕態(tài)轉(zhuǎn)換。常規(guī)運(yùn)行工況均為干態(tài)，即分離器內(nèi)沒有飽和水只有過熱蒸汽，但在當(dāng)前提倡火電機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰的環(huán)境下，超臨界火電機(jī)組轉(zhuǎn)濕態(tài)運(yùn)行也成為部分發(fā)電企業(yè)進(jìn)行深度調(diào)峰的選項。因此給水系統(tǒng)低負(fù)荷控制策略優(yōu)化調(diào)整，有其應(yīng)用的背景和現(xiàn)實(shí)意義[6-8]。

1 機(jī)組簡介

某600 MW超臨界火電機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造，型號為HG-1913/25.4-HM15的超臨界褐煤鍋爐。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠有限公司生產(chǎn)的超臨界蒸汽參數(shù)，型號為CZK600-24.2/566/566的直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。

2 給水系統(tǒng)控制

2.1 概述

直流鍋爐給水控制系統(tǒng)以汽水分離器出口溫度或焓值作為被調(diào)量，控制給水量以保持燃料量與給水量的適當(dāng)比例，滿足機(jī)組不同負(fù)荷下給水量的要求。同時給水控制作為主蒸汽溫度的預(yù)先調(diào)整，參與主蒸汽溫度控制。

直流鍋爐不同于汽包鍋爐有完全的汽水循環(huán)系統(tǒng)，在鍋爐啟動初期，直流鍋爐需保證水冷壁有足夠的換熱量，因此直流鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計最小給水流量，一般為額定給水流量的30%左右。啟動初期的給水流量與主蒸汽流量不可能完全相同，分離器的作用即是將未蒸發(fā)的水分離出來，經(jīng)過減溫減壓后通過儲水罐返回省煤器出口進(jìn)行回收，此工況為鍋爐濕態(tài)運(yùn)行。隨著燃燒率不斷增加，給水在水冷壁中完全受熱蒸發(fā)，分離器中全為干蒸汽，此工況為鍋爐干態(tài)運(yùn)行[9-10]。

該機(jī)組給水系統(tǒng)設(shè)計3臺電動給水泵，均為勺管控制。鍋爐給水管路分為主路與30%旁路，給水主路為電動門，給水旁路為調(diào)節(jié)門。給水系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 給水系統(tǒng)原理

2.2 存在問題

與汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)全工況僅保證汽包水位穩(wěn)定不同，超臨界直流鍋爐給水控制系統(tǒng)以本生負(fù)荷為分界面分為2部分。

a.在本生負(fù)荷以下濕態(tài)運(yùn)行時的直流鍋爐，常規(guī)的控制策略為給水旁路調(diào)整水冷壁的最小安全流量，此時給水旁路調(diào)節(jié)門以給水流量為被調(diào)量，給水泵轉(zhuǎn)速控制調(diào)整給水控制門前后差壓。但此控制方式存在給水旁路與給水泵轉(zhuǎn)速相互耦合的狀況，當(dāng)控制參數(shù)不合理時容易發(fā)生給水振蕩，對機(jī)組濕態(tài)運(yùn)行的安全性造成危害。

b.在本生負(fù)荷以上干態(tài)運(yùn)行時的直流鍋爐，需滿足機(jī)組負(fù)荷所需的煤水量，給水系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成煤水比控制。給水系統(tǒng)不但滿足機(jī)組負(fù)荷要求，同時作為主蒸汽溫度的粗調(diào)參與溫度調(diào)節(jié)。分離器出口溫度或焓值的變化能夠快速反映鍋爐當(dāng)前的燃燒狀態(tài)。分離器出口溫度過高，主蒸汽溫度會明顯增加；分離器出口溫度過低，主蒸汽溫度會明顯下降。分離器出口溫度或焓值的變化可以做為煤水比失衡的判斷依據(jù)。

直流鍋爐給水系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)特性區(qū)別較大，在鍋爐快速變負(fù)荷時單一的比值控制無法滿足鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。通常在比值控制的基礎(chǔ)上加入分離器出口溫度控制或分離器出口焓值控制，用來修正比值控制的偏差，同時起到對主蒸汽溫度粗調(diào)的目的。在觀察機(jī)組長期運(yùn)行狀態(tài)后，發(fā)現(xiàn)干態(tài)低負(fù)荷運(yùn)行時，主蒸汽溫度波動較大，影響給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)。給水旁路調(diào)節(jié)控制原理如圖2所示。

圖2 給水旁路調(diào)節(jié)控制原理

2.3 改進(jìn)方法

在當(dāng)前深度調(diào)峰運(yùn)行工況頻繁的環(huán)境下，部分火電機(jī)組嘗試在30%額定負(fù)荷以下運(yùn)行。為了解決機(jī)組低負(fù)荷工況下給水旁路調(diào)節(jié)與給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的耦合問題，提出如下改進(jìn)方法。

a.當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在30%額定負(fù)荷以下時，給水旁路調(diào)節(jié)投入自動，調(diào)整鍋爐最小給水流量，電動給水泵采用定轉(zhuǎn)速控制，以給水旁路門前后差壓為被調(diào)量，通過積分作用調(diào)整給水泵轉(zhuǎn)速。控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

b.給水旁路控制由單一控制給水流量改為串級控制，主調(diào)節(jié)器調(diào)整鍋爐水冷壁的最小安全流量，副調(diào)節(jié)器調(diào)整給水旁路門前后差壓，副調(diào)節(jié)器加入儲水箱水位變化前饋?？刂葡到y(tǒng)原理如圖4所示。

c.增加給水控制系統(tǒng)中溫度或焓值控制變參數(shù)，以減小低負(fù)荷運(yùn)行時給水回路的振蕩現(xiàn)象。控制系統(tǒng)原理如圖5所示。

圖3 低負(fù)荷給水控制方法優(yōu)化

圖4 低負(fù)荷給水旁路控制優(yōu)化

圖5 低負(fù)荷給水焓值變參數(shù)控制

3 結(jié)語

隨著新能源發(fā)電容量逐年增加，提高新能源消納能力成為各區(qū)域電網(wǎng)的重要任務(wù)。本文通過對某超臨界火電機(jī)組鍋爐給水系統(tǒng)低負(fù)荷控制策略的優(yōu)化調(diào)整，解決了低負(fù)荷時給水系統(tǒng)控制的振蕩問題，保證了機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時給水系統(tǒng)的安全性。