660MW 超超临界机组协调控制措施分析

2014-01-02卿红梅

中国科技信息 2014年24期

卿红梅

浙能乐清发电有限责任公司

随着经济的飞速发展以及科学技术的日新月异，协调控制系统已被广泛地应用于工业行业领域。协调控制系统主要是对汽轮发电机和锅炉各控制系统进行协调和控制，保持机炉间热量平衡，使机炉处于协调平稳的受控状态。因此协调控制策略不仅决定了机组协调控制性能，还决定了机组的自动化水平。本文主要以浙江浙能乐清电厂660MW 超超临界机组为例，阐述了660MW 超超临界机组设备和具体特征，并对其协调控制措施进行分析。

前言

目前随着我国国民经济的持续增长，电力系统的主力机组已经逐渐发展为600MW 超临界或660MW 超超临界机组，虽然超超临界直流锅炉的控制和亚临界汽包锅炉的控制有着相同的控制任务，但就其被控制的对象而言，存在明显的差异，660MW 超超临界机组本着直流运行和多变的控制特点在协调控制过程中往往有着更高的要求。近年来，对于如何对660MW 超超临界机组进行协调控制成为当今电力行业研究的热点之一。因此本文对660MW 超超临界机组协调控制措施进行探讨分析有一定的经济价值和现实意义。

660MW 超超临界机组设备和其协调控制系统分析

浙能乐清电厂660MW 超超临界机组锅炉型号为SG-2031/26.15-M623 型，由上海锅炉厂制造的超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊Π型结构、露天布置燃煤锅炉，其燃烧系统采用中速磨煤机冷一次风直吹式制粉系统设计。

该机组的汽轮机由上海汽轮机有限公司和德国SIEMENS 公司联合设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、反动凝汽式汽轮机。其型号为N660-25／600／600 型，额定功率为660MW，最大连续功率为718MW。

该机组的DCS 控制设备采用ABB 公司生产的Symphony 分散控制系统，同时其机组有103 套自动调节设计，在运行中不仅有着较好的调节品质，同时也有着相对较强的系统抗扰动能力。

660MW 超超临界机组的具体特征

660MW 超超临界机组的控制特点

直流锅炉-汽机是一个多输入多输出的被控对象，其结构模型可简化为一个三输入三输出系统.输入为燃料量、汽轮机调门开度、给水流量，输出为机前压力、机组负荷、分离器出口蒸汽温度或焓值，这些参数相互影响，且汽水一次性循环，这对超超临界机组协调控制提出更高要求，具体体现如下。

超超临界直流炉汽水没有固定的分界点，它随着燃料、给水量及汽机调门的变化而迁移，直接影响主汽温度，导致主汽压力和负荷的变化，所以在实际控制过程中对风燃比、燃水比及气温的控制要求较高，尤其是中间点温度的控制。

直流炉中无汽包，蓄能小，且在外界负荷变化时气压反映很敏感，因此主汽压力控制较困难。

超超临界直流炉中采用直吹式制粉系统，燃料控制有大的迟延性和滞后性，在很大程度上会影响对气温、气压和负荷的控制。

660MW 超超临界机组的启动

本锅炉主要采用再循环泵的内置式启动系统。在锅炉启动、低负荷运行和停炉过程中，通过炉水循环泵建立和维持炉膛内的最小流量，以保持水冷壁水动力稳定和传热不发生恶化，保护水冷壁。并能有效回收启动阶段的工质和热量，提高了给水温度，使水冷壁蒸发量增大，有利于解决启动过程中气温过高的问题，同时可有效缩短机组启动时间。

图1 机炉协调控制结构图

660MW 超超临界直流炉启动系统在启动和停炉需经历不同的运行状态（湿态和干态），故需采用不同的控制方式能平稳自动地切换。其运行方式主要有两种：机组启动初期分离器水位由控制给水泵转速和分离器疏水#1、#2 调整门来实现，随着负荷逐渐增加，转干态后切换到温度自动控制方式，即从水位控制切换到温度控制；在停机过程中，随机组负荷降低，给水控制从纯直流方式切换到启动运行方式，由温度控制切换到水位控制。

660MW 超超临界机组协调控制策略

660MW 超超临界机组协调控制系统主要是将汽轮发电机和锅炉控制系统进行协调和控制，并尽量消除汽轮机和锅炉某种动态特性方面的差异，最终保证660MW 超超临界机组不仅适应电网负荷变化要求，同时保证机组安全稳定经济运行。协调控制方式主要有基本控制方式、机跟炉控制方式、炉跟机控制方式及机炉协调控制方式。

协调控制系统的基本构架

660MW 超超临界机组的协调控制系统主要有负荷指令的处理回路和机炉主控制器两个重要部分，如图1 所示，机组负荷目标经限幅、限速后，与一次调频指令相加后形成实际的机组负荷指令，而机炉主控制器主要是对各子控制系统进行协调。

协调控制系统策略

一般而言，协调控制策略有以汽机跟随为基础和锅炉跟随为基础的协调控制。在机跟炉协调模式下，首先机主对机前压力进行维持，炉主通过对机组负荷进行合理的控制，但是在实际的控制过程中，由于有着相对较快的反应速度，而其汽机高压调阀对机前压力进行控制，以至于机前压力有着相对较小的波动，进而从根本上保证机组有着相对稳定的运行状态。在对惯性和迟延相对较大的锅炉加以采用，进而对机组负荷进行控制，以至于机组不仅仅有着相对较差的负荷相应特性，同时也有着相对较低的负荷控制精度。

直流炉给水流量变化直接推动蒸汽流量变化影响负荷，响应速度远大于燃料量变化对负荷的影响；而高负荷段直流炉可用蓄热少，气压对调门的变化则响应更快，由于机炉控制参数匹配，此时锅炉调节的作用相应显得快一些，使机组负荷的响应速度全面提高。因此浙能乐清电厂660MW 超超临界机组的协调控制策略采用锅炉跟随为基础的协调控制。

子回路的并行控制

水煤比控制方式

直流炉的蒸发量与燃料量和给水量紧密相连，做好燃料量和给水量的控制至关重要，一般采用水跟煤的给水控制策略，选取焓值（即在一定负荷下、分离器一定过热度下的需热量）和过热度进行修正，保证给水调节过程的快速性。

660MW 超超临界机组水煤比控制策略是在共同接收锅炉主控指令后将燃料指令与给水指令的超前前馈回路在某种程度上不仅仅要分开设置，同时也要分别进行整定，依据于分离器出口温度响应情况，做好时序与幅值的合理分配，从根本上保证整个动态过程保持热量平衡。总的来说现场整定进一步表明，燃料初始超给水超前量与其保持一定相位差，且变化较平缓。同时通过控制水煤比可保持分离器出口焓值在合适范围内，而水煤比是根据锅炉设计参数经运行阶段修正后确定，符合机组各负荷段热量平衡关系的变化特性，且焓水控制可覆盖湿态运行区域，无需复杂的切换；但给水的调节会对机组负荷产生扰动。

交叉限制

一般而言，超超临界机组不仅仅有着相对较高的控制参数和较小的机组蓄热，同时也有着相对较小的被控参数惯性时间常数，当能量和物质之间处于一种不平衡的状态时，将会使得机组参数波动较大，严重者将会对机组的安全产生一定的影响。当前锅炉稳定运行的关键则是不仅仅要保证水和燃料比的平衡，同时也要保证风和燃料比也有着一定的平衡性，但是就其实质性而言，染料和水以及风和染料之间的平衡并没有实质性的影响，在锅炉输入量控制的过程中，就要保证其并不超出其预定的比率。其中燃料至给水的限制是双向的，燃料增加或减少。

总之，浙能乐清电厂660MW 超超临界机组采取合理的协调控制措施，有着较好的调节品质，保证了机组的安全稳定运行。