350MW超临界循环流化床机组协调控制策略设计与应用的思考

350MW超临界循环流化床机组协调控制策略设计与应用的思考

杨祥志

广西华磊新材料有限公司发电厂集控运行主值 （ 531400）

摘要：350MW超临界循环流化床的锅炉特性复杂，协调控制具有较高难度。本文首先对超临界循环流化床机组控制特点及协调控制策略进行分析，进而探讨其控制策略的设计与实现，以某发电厂的350MW超临界循环流化床机组为例，介绍其基本情况，研究锅炉主控、汽机主控等，并分析应用效果。

关键字：350MW机组；超临界循环流化床；协调控制策略

前言：超临界循环流化床是超临界技术、循环流化床技术相结合的产物，同时具备超临界蒸汽循环和CFB燃烧技术的优点，有利于提高发电效率，降低污染物排放。虽然目前超临界技术、循环流化床技术都已较为成熟，但超临界循环流化床投入运行时间尚短，在协调控制方面缺乏可借鉴经验。超临界循环流化床机组投入运行后必须满足电网稳定性要求，因此应从协调系统入手，确保其主要参数的稳定性，同时提高机组自动控制水平。

1. 超临界循环流化床机组协调控制策略

1. 超临界循环流化床机组控制特点

超临界循环流化床机组控制主要具备以下几方面特点：（1）热惯性和迟滞性较高，具有多变量强耦合效应，与普通直流煤粉锅炉、常规亚临街循环流化床锅炉相比，超临界循环流化床机组控制复杂性更高；（2）由于机组中不含有汽包，使其蒸汽蓄热能力出现下降，进而会影响到负荷响应能力，如果负荷变化速度快，容易使主控参数出现大幅度波动；（3）循环流化床锅炉燃料的适应性强，其燃煤热值也会出现大幅度波动，进而导致燃烧系统具有时变性特征，这增加了协调控制系统的稳定控制难度，使机组变负荷能力面临严峻挑战^[1]。

2. 超临界循环流化床机组控制方法

基于上述机组运行特点，超临界循环流化床机组协调控制应从机组负荷指令生成、主控前馈信号生成、主控PID控制参数自适应等方面进行优化设计，从而克服机组锅炉热惯性大、迟滞性高、煤质波动大等问题，充分利用锅炉的蓄热能力，提高机组变负荷性能。目前这种控制策略已经在国内几家发电厂机组运行中得到了应用，实践证明，采用跟这种协调控制策略的机组能够通过自动发电控制（AGC）性能考核，确保机组具有足够快的响应速度，从而保证其运行稳定性^[2]。

2. 350MW超临界循环流化床机组协调控制策略的设计与应用

1. 机组情况

某发电厂一期2×350MW超临界循环流化床机组的锅炉为直流炉，采用全钢构架设计结构，利用汽冷式旋风分离器实现气固分离。锅炉给煤方式为前后墙联合给煤，共设计10个给煤口，前墙6个，后墙4个。循环流化床采用床上、床下油枪联合点火方式，床上设计6个大功率点火油枪，床下设计4个风道点火燃烧器。汽轮机采用超临界、直接空冷、一次中间再热、双缸双排汽式汽轮机，并采用高中压缸联合启动方式。机组励磁方式为静止可控硅方式，采用密闭循环空气冷却系统，转子绕组是空内冷，定子线圈是空外冷，集电环为空气冷却。

2. 基本控制策略

上述机组采用间接平衡能量协调控制策略，将机组负荷指令同步送达锅炉侧、汽轮机侧的控制系统，实现输出能量匹配，保证汽轮机能够快速对指令作出相应，并改变锅炉负荷指令，使主蒸汽压力可控制在设定值以内。主要控制方法包括机炉协调控制（CCS）、汽机跟随控制（TF）、锅炉跟随控制（BF）、机炉手动控制（BASE）等，在锅炉正常运行状态下，主要以CCS控制方式为主。

3. 指令生成回路设计

指令生成回路设计主要包括负荷指令回路和压力指令回路。超临界循环流化机床在CCS控制方式下，主要通过负荷调度命令设置或CRT手动设置达到目标负荷，形成机组负荷指令。在非CCS控制方式下，则与常规机组相同，负荷指令跟踪电机实际功率。当负荷发生变化时，为满足AGC性能考核要求，同时充分利用锅炉蓄热，应在变负荷8s内将变负荷速率设置为30MW/min。在机组运行过程中，采用滑压运行方式可以使机组调峰运行更加安全、灵活，应根据机组负荷工况，选择合适的滑压运行方式。在上述机组中，协调控制系统同时采用定压、滑压两种运行方式，而且两种运行方式可进行无干扰切换。压力定值经过速率限制和三阶惯性环节后，形成实际压力指令。

4. 锅炉主控策略

锅炉主控策略包括并行前馈控制和变参数PID控制，前者为主，后者为辅，可实现锅炉主控系统优化目标。其中，并行前馈控制可分为静态前馈、动态前馈两部分，具体包括负荷指令静态前馈、负荷指令微分前馈、主汽压力设定值微分前馈、主汽压力偏差微分前馈、目标负荷偏差前馈、DEB微分前馈等。设计以上前馈可以在负荷指令与实际质量出现偏差时，快速响应汽机对锅炉能量的需求变化，提前控制燃料进入量进行调节，增强燃烧，从而克服锅炉的热惯性和延迟性。变参数PID控制作为辅助控制策略，能够进一步提升系统可调节性，提高锅炉响应速度，使主要参数保持稳定。

5. 汽机主控策略

汽机主控指令自动输入端包含两路信号，一是功率回路的CCS控制信号，二是压力回路的TF控制信号，两路信号可进行切换。汽机主控功率指令主要来自以下三部分：（1）负荷指令与负荷指令微分量，经过两阶惯性环节输出，通过负荷变化率修正，加入此惯性环节可减小主汽压力波动；（2）一次调频分量，频率偏差如果达到调节死区，需要汽机调门快速动作，消除频差，从而确保供电指令，需要将该分量叠加到汽机主控功率指令中；（3）主汽压力回路分量，如果压力频差信号超出死区，输出会限制主控指令变化，利用锅炉蓄热维持机前压力稳定。这种限制作用兼顾压力和功率控制，虽然可能会使机组负荷影响速度变慢，但可有效缓解主汽压力极具变化。

6. 应用效果

采用上述控制策略，该发电厂350MW超临界循环流化床机组顺利投入CCS运行方式，通过对其进行AGC性能考核，可以判断机组运行状态。AGC负荷指令依次从200MW变化到350MW再变化到175MW。经试验数据统计可知，机组负荷调整范围在175~350MW之间，出力升降速率为1.05%Pe，大于1.0%Pe，机组负荷响应时间为45s~60s，机组负荷静态偏差为0.5%Pe，小于1.0%Pe，动态偏差为1.03%Pe，小于2.0%Pe。其控制参数均满足相关考核要求，机组主蒸汽参数稳定，未出现锅炉超压现象，控制效果较好。

结束语：综上所述，350MW超临界循环流化床机组的协调控制方式对其机组响应速度和运行稳定性有重要影响。针对超临界循环流化床机组控制特点合理制定协调控制策略，可以确保协调控制的有效性。通过对其实际应用效果进行验证，可证明本次研究提出的协调控制方法可行，能够为实际生产提供参考。
参考文献：

[1]宋举星.350MW超临界循环流化床机组锅炉启动疏水系统改造探讨[J].节能与环保,2017(08):59-61.

[2]侯振,侯庆伟.某350MW超临界循环流化床机组设计特点[J].锅炉技术,2016,47(06):37-40.