有关1000MW 火电机组协调控制策略分析

2015-03-19习大伟

产业与科技论坛 2015年24期

□习大伟

一、火电机组协调控制简述

所谓火电机组协调控制是大型单元火电机组较为普遍使用的一种控制方式，是指对锅炉和汽轮机组进行整体协调控制的系统，它采用递阶控制系统结构，将自动调节、逻辑控制、连锁保护等多种功能进行有机结合，构成火电机组运行的综合控制系统，保证机组能量转换过程的顺利进行。火电机组协调控制系统在整个火电机组运行中起到至关重要的作用，可以保证机组输出功率快速与电网匹配、协调锅炉与汽轮机之间的能量转换及火电机组的运行安全。

二、1000MW 火电机组协调控制系统发展现状

(一)我国1000MW 火电机组协调控制系统发展现状。近年，我国单机容量百万千瓦大型火电机组发展迅速，装机数量和总容量均居世界首位。据有关资料统计，现在我国火电厂投运500MW ～1000MW 机组共有300 余台，其中超临界机组占1/3。火电机组的控制协调系统在火电锅炉运行中的重要性日益显现，已得到了广泛的应用。

1000MW 大型火电机组协调控制的对象包括直流锅炉、汽轮机和发电机组成的整个机组。协调控制系统的主要特点表现在:多输入和多输出;随负荷变化机组的动态特性变化幅度大;强非线性、强耦合、大惯性、存滞后。

火电机组的协调控制系统包括给水子系统、燃烧子系统、气温子系统、送风子系统等多个子系统。这些子系统之间交叉合作，共同完成对1000MW 火电机组协调控制的目的。协调控制系统的研究现状分为两方面，基于模型的研究和基于智能化方法的研究。

(二)机组协调控制方面存在的问题。通常来说，一般的机炉协调控制与电网要求相距甚远，1000MW 大型火电机组也不例外。目前，1000MW 大型火电机组协调控制方面常见的问题以及优化目标为:

1．机组稳定运行后蒸汽压力不稳定，出现频繁波动，有时最大值达到0．5MPa。主要是锅炉主控压力调节器调节参数偏弱等原因造成。在负荷改变、制粉系统开启和停止等情况下，控制系统的稳定性难以保证，严重的情况下会影响机组的安全性能。要解决以上的问题，需要从两个方面来提升:稳态工况和控制负荷变化，参数稳定在预定值内，机组的性能就能得到保证。

2．负荷改变时出现蒸汽压力过载或欠压等告警现象，最大偏差值0．5MPu。主要原因是负荷动态前馈量在变化范围大时不合适等。负荷变大使水冷壁温度和过热器温度出现超温告警情况，主要是气压不稳定对过热器出口温度和水冷壁温度产生较大的影响。

3．燃料的变化对系统性能的影响较大。煤的品质不同直接影响了煤的热值和制粉，控制系统的自适应能力低，控制性能难以保证。解决这一问题的常用手段是减少负荷运行机组，但这种方式存在一定的缺陷，要想从根本上解决此问题，需要精细化管理，实时计算煤种的热值等参数，并根据实际情况对参数进行调整，以达到最佳的工作状态。

4．正常ACG 调节中，燃料、给水控制效果不理想。机组正常ACG 运行中，由于指令的输入(约1 ～2min 改变一次)，导致机组的燃料、给水、送风等相关参数指标不稳定，锅炉水冷壁和过热器管材热应力反复变化，导致表皮脱落，严重时可能会出现爆管的情况。

5．再热烟气挡板的自动化程度低，机组运行效率低下。1000MW 大型火电机组通常采用喷水降温和烟气挡板共同协调的调节手段，然而对于再热气温的滞后很大，采用DCS 常规控制的方式无法实现再热烟气挡板的自动控制，只能使用人力来操作，这种生产方式效率低下，影响了机组的经济效益。对应的解决措施为引进先进的控制算法，有效投入再热烟气挡板的自动控制。

三、1000MW 火电机组协调控制策略

(一)锅炉主控制系统。锅炉主控制系统的控制内容包括:一是调整负荷动态微分前馈参数;二是优化负荷动态微分前馈量;三是优化锅炉主控压力调节器参数。1000MW 大型火电机组是一种超临界机组直流炉，蓄热能力较低，使用调门调节机组负载的能力不高，因此锅炉承担调节负载的任务。若想提高机组负荷响应速度，就必须调节锅炉主控回路。直流式制粉系统的锅炉，由给煤机控制给煤数量。

(二)给水系统。对给水回路控制主要为:一是对给水回路进行全面检查和优化;二是对给水焓值进行调整;三是对升降负荷初期煤水比分离处理;四是升降负荷初期给水反向调节。锅炉给水过程是一次性过程，影响因素包括煤量和水量等。给水系统和燃料系统两者存在不同步，可能会导致燃料和水的比例失调，进而产生主蒸汽超温的情况。煤和水的比例直接影响了1000MW 火电机组的协调控制，保持煤水比的恒定是直流炉气温的主要调节手段。另外，要注意做好升降负荷初期的给水反向调节，以保证水温变化平稳，使机组正常运行。

(三)燃料控制系统。燃料控制系统控制内容主要包括燃料控制和磨煤机风量进行控制两个方面，在火电机组运行中能量转化过程中起到重要的作用。一是燃料主回路进行优化。采用修改燃料主控回路的PID 参数，调整比例增益、积分时间、给煤速度增大和小幅修正供煤曲线等措施;二是调整磨煤机风量曲线。对磨煤机一次风道进行吹扫检查、制定定期吹扫计划，减轻磨煤机一次风量影响主蒸汽机压力。

(四)压力控制系统。机组在运行过程中，当负荷上升接近900MW 时燃料消耗很大，气压也很不稳定，可能还有下降情况。提升1000MW 火电机组压力控制系统要从两方面着手:主控控制逻辑和锅炉主控控制逻辑，在提高汽机主控压力拉回回路控制作用力的同时，要优化变参数回路，实现精细化管理。