超超临界直流炉机组协调控制策略

超超临界直流炉机组协调控制策略

杨忠山

甘肃电投常乐发电有限责任公司 邮编： 736100

摘要：最近五年，随着我国经济的快速腾飞，用电量需求急剧增加，电网容量也在不断扩大，用户对电能质量要求日益提高。电网负荷分配通常采用AGC控制方式，由中调统一分配，机组升负荷、降负荷均要达到电网的要求。对配备中间粉仓的中储式制粉系统的机组，达到相应速率指标难度不大，但对直吹式机组，由于其惯性大，要达到规定的升负荷、降负荷速率除与机组本身特性有关外，还与所设计的控制系统有关。当负荷指令发生变化时，由于直吹式制粉系统锅炉燃烧存在极大的惯性，主汽压力不能及时随汽机调汽门变化而变化，容易造成主汽压力调节过调，偏差超过规定值，影响锅炉系统运行的安全性。要使机组在确保稳定性的前提下，具有更快、更灵活的负荷响应，就需要协调机组负荷适应能力和主汽压力稳定的矛盾，对协调控制系统的设计提出来更高的要求。论文所设计的协调控制策略已在某电厂660MW超超临界机组中得到应用，长时间的良好应用效果证明所设计的控制系统具有一定的适用性、代表性。

关键词：直流炉；协调控制；超超临界；AGC

引言

节约一次能源，加强环境保护，减少有害气体的排放，降低地球的温室效应，已经受到国内外的高度重视。我国电力总装机容量已逾3亿kW，但火电机组平均单机容量不足10万kW，平均供电煤耗高达394g／kWh，较发达国家高60～80g／kWh，高出25％左右，资源浪费大，废气排放严重。火电机组随着初蒸汽参数的提高，效率相应提高，超临界机组平均煤耗在310～320g，比亚临界机组平均减少20～40g煤耗，因此我国从20世纪80年代后期开始重视发展超临界机组。随着国家建设节约型社会的规划，600MW超临界机组及1000MW超超临界机组在国内日趋成为主流，尽快掌握并消化吸收超临界机组的控制技术，显得尤为重要。

1协调控制策略总体设计特点

对参与电网调峰、调频的机组来说单元机组协调控制系统是必不可少的。无论单元机组协调控制系统怎样设计都是将汽轮机、锅炉两者作为一个整体控制从处理“快速的负荷响应和主要运行参数稳定”这一对矛盾为出发点主要协调锅炉响应的慢特性与汽轮机响应快特性的关系解决锅炉———汽轮机多输入多输出相互之间的耦合关系。对于超临界机组在超临界压力下水到蒸汽的变化主要经历加热阶段和过热阶段而无明显的饱和蒸汽阶段这是与汽包锅炉的本质区别。分析直流锅炉有3个主要特点：（1）直流锅炉是汽水一次性循环不具有类似于汽包的储能元件因此锅炉的储能比较小很难找到类似于热量信号的仅反映燃料的变化而不反映汽机调门变化及给水流量变化的信号。（2）直流锅炉—汽机是复杂的多输入多输出的被控对象燃料、给水、汽轮机调门3项控制量中任一项变化都会对机组负荷、主汽压力、中间点温度的变化产生影响使得超临界机组的锅炉—汽轮机的关系变得十分复杂大大增加了控制的难度。（3）直流锅炉是汽水一次性循环汽水设有固定的分界点它随着燃料、给水流量以及汽机调门的变化而前移或者后移而汽水分界点的移动直接影响汽水流程中加热段、蒸发段和过热段的长度影响主蒸汽的温度并导致主汽压力、负荷的变化因此控制中间点温度一直被认为是直流锅炉控制的主要环节。

2超超临界直流炉机组协调控制策略

2.1负荷指令的最大最小值限制

无沦是自动调度系统的指令还是运行人员的手动指令经过机组负荷控制指令设定值给定站输出并与频率修正指令叠加后还需经过最大值和最小值的限制才能得到幅值合适的负荷指令。负荷指令的最大值限制由小值选择器完成其限制信号是机组最大允许负荷和由运行操作人员通过设定值给定站设定的上限值负荷指令的最小值限制由大值选择器完成其限制信号是机组最小允许负荷和由运行操作人员通过设定值给定站设定的下限值。

2.2协调控制系统方案

协调控制系统可分为以锅炉跟踪为基础(BF-CCS)和以汽机跟踪为基础(TF-CCS)两种协调控制系统。两种系统的本质区别在于反馈回路，BF-CCS系统采用锅炉调节压力,汽机调节功率的运行方式，TF-CCS系统则相反。BF-CCS协调控制系统,机组的负荷响应速度快、负荷控制精度较高,但机前压力波动幅度较大；TF-CCS协调控制系统则相反，机前压力波动较小，对机组的稳定运行有利，但由于锅炉的惯性和迟延都较大，机组的负荷响应特性较差，负荷控制精度也较低。由于国内电网对机组的调峰能力要求较高，并对机组的AGC/一次调频的功能、指标提出了具体的要求，对负荷的响应时间及调节精度要求比较高。在这种形势下，采用以锅炉跟随为基础的协调控制方案，能更好的满足机组快速响应负荷、参与电网调峰的要求。

2.3汽机主控回路

汽机主控为CCS和DEH之间的接口，在机炉协调控制方式下其被调量为实发功率。机前压力和机前压力设定值的偏差乘以具有死区和限幅的压力修正函数（“压力拉回”回路）加上通过三阶惯性环节后负荷指令，最终产生汽机主控指令来控制机组负荷。在设计压力拉回回路上，主要是用机前压力偏差信号修正负荷指令信号。这样做的目的是当机前压力偏差较小时，由锅炉主控制系统控制机前压力，维持机前压力为定值；当机前压力偏差较大时，仅靠锅炉主控调节效果不是很好，稳定时间也较长，此时让汽机协助锅炉以共同稳定主汽压力，可短时间牺牲负荷而兼顾一下压力，这样在两者共同作用下使机前压力达到定值，加快整个响应的动态过程。机、炉解耦的设计：锅炉侧对负荷指令的响应远慢于汽轮机侧，故用三阶惯性环节即1／（1＋Ts）3来匹配两者之间的动态特性，即压力定值生成回路中在滑压函数的输出增加三阶惯性环节，PT3代表从机组负荷指令变化到新蒸汽产生的动态过程。

2.4燃水比控制

燃水比是直流炉控制的重点和难点，控制效果的好坏直接影响到机组的主汽温度稳定，对机组的安全和经济运行至关重要。国际上流行燃水比控制方式主要有以下两种。1）燃料修正中间点温度。中间点温度调节器输出加入到燃料控制回路，对燃料指令进行修正，调整燃料量，从而有效调整燃水比，保证锅炉出口汽温的稳定。2）给水修正中间点温度。中间点温度调节器输出加入到给水控制回路，对给水指令进行修正，调整给水量，从而有效调整燃水比，保证锅炉出口汽温的稳定。用燃料修正中间点温度调整燃水比其优点是对机组负荷和主汽压的影响平缓，机组主要参数的稳定性大大提高，缺点是对象特性响应慢。用给水修正中间点温度调整燃水比其优点是可以较为快速、有效地调整燃水比，进而保证锅炉出口汽温，缺点是对机组负荷和主汽压的动态影响比较大，机组稳定性变差。方案中，燃水比控制采用“水跟煤”为基础的燃料修正中间点温度调节方式，维持主汽温度稳定。

2.5锅炉主控回路

超临界机组直流炉的蓄热相对汽包炉比较小，利用调门调整机组负荷的能力相当有限，负荷调节主要由锅炉承担，因此提高机组负荷响应速度的重点应放在锅炉主控回路。对于直吹式制粉系统，锅炉的给煤量由给煤机控制。 由于从原煤到煤粉有一个较长的制粉过程，所以从给煤量变化到煤粉量变化有一个纯延迟时间和一定的惯性，且纯延时时间和惯性时间会随磨煤机的运行工况变化，难以测定，特别是连续雨天，燃煤较湿时，这种情况更加明显。 因此在设计锅炉主控回路时，要考虑采用各种措施来克服锅炉侧的延迟，充分利用直流炉的蓄热，以提高机组的负荷适应能力。

结语

通过对荆门热电厂600ＭＷ超临界直流炉机组协调控制策略设计特点的分析可以明晰超临界直流炉机组由于锅炉蓄热能力小、动态过程快、各子系统的相互联系紧密机炉之间、给水、燃烧、汽温之间等各系统的控制是一个交叉联系的有机体只有在设计协调控制策略时统筹考虑采用并行静态／动态前馈、引入锅炉动态加速指令、汽机压力校正等策略才能提高机组的负荷适应性与运行的稳定性。

参考文献

[1］王娜纳，边小君，曹云娟．600MW级超临界与亚临界锅炉技术比较［J］．浙江电力，2003，（6）．

［2］张法文．直流单元机组自动调节系统［M］．北京：水利电力出版社，1984．

［3］沙友平，王利国，管春雨．超临界机组典型系统的控制策略［J］．中国电力，2006，39（3）．

［4］李卫华，王玉山．大型火电机组在AGC运行方式下的控制特性分析［J］．电网技术，2005，（18）．