基于新型电力系统规划的超临界汽轮发电机组深度调峰技术

长安益阳发电有限公司 黄 超

部分发电机组在对新能源进行深度调峰时，需将参数调整至额定负荷的30%至40%，以此高效使用更多新能源。进行调峰的某电厂发电机组采取超临界参数设计方法，机组运行功率的顶峰临界值为630MW，在566℃条件下主蒸汽压力为24.2MPa，再热蒸汽时温度不变、压力调整为3.59MPa。机组参数如下：额定功率630MW、再热蒸汽温度566℃、额定主蒸汽压力24.2MPa、排汽压力5.4kPa、额定主蒸汽温度566℃、回热级数级8、再热蒸汽压力3.59MPa、给水温度273.7℃。

1 机组运行分析

1.1 机组出现的问题

设备运行风险。该厂发电机组处于长时间低负荷工况，燃烧稳定性不足，出现管壁受热失衡、锅炉受热区域温度较高等现象。在锅炉尾部位置烟道积灰较多，设备出现严重腐蚀问题。空气预热设备出口位置的烟气温度变动量较大，冷端处于快速降温状态，由此增加了硫酸氢铵出现堵塞、腐蚀的概率；污染物较多。机组运行负荷不高时，脱硝传送口烟气温度会发生快速下滑，改变催化剂活跃性，致使机组难以正常运转，致使氮氧化物排放浓度超出正常范围，间接增加了污染物。燃烧稳定性不足。采取深度调峰技术调控机组性能时，燃烧温度下降速度较快，风量明显变少，会间接降低火焰刚度、有碍煤粉充分燃烧，使锅炉未能传出火检信号，引起气泡水位发生较大幅度变动、炉膛负压稳定性变差等各类不利问题，连带导致主燃料程序发生跳闸，致使机组不再进行深调[1]。DCS 协调及控制不到位。初期运行的DCS 调控程序时设定的控制策略不全面，无法有效调节机组主体。系统调节状态欠佳，尤其在锅炉燃烧设备技术优化后，系统调节效果更为不理想。DCS 调控的技术分析具体如下：在电厂负荷变动量不大时主汽压力变动幅度较大。负荷改变时主汽压力形成的误差不小于1MPa，误差最大值为1.7MPa。此种超压工况无法获得有效调控，对于机组运行构成了威胁，需要利用INFIT 技术完善控制方案，以此维持系统运行状态。

2 基于新型电力系统规划的深度调峰技术方案

2.1 某厂新型电力系统规划

2.1.1 设计电力系统安全级别

在电网运行时需要合理设计电网安全等级：规划层设计3个并列的模块→规划层公共层→EMS层、参数设计层→公共层。在设计电力平台的安全级别时需充分考量电网运行状态，在明确电压级别前需全面采集一个区域的关联数据，准确把握区域电网规划的各项特点，开展有效的技术分析，保证电网运行质量。参照采集的数据资料，全面分析四周的变电站、供电信息等内容，用作甄选电压级别的参考资料。在进行电网选择时需密切关注电网动态，动态更新电网数据，确保各项数据的真实性。动态获取电网区域的负荷参数，全面管理电网的变电站、线路等各类设施。在掌握各类基础信息后，准确设计电网电压级别，保证电网安全运行，以此减少电网故障。

2.1.2 容量比计算

电网运行时需要准确计算电网负荷率。在电网运行分析中，主要从容量、负载比等参数方面给出客观评价结果。在获取容量负载速率时应选择最小值，确保参数选用的代表性。在容量比计算时，变电信息会准确传入计算机平台，准确获取容量比率。系统支持自主测定容量大小的功能，对于线路能力、导线容量分别进行测定。采取从高到低的排序形式列出容量比结果，计算各类线路功率比值。针对导线、线路等多种设备开展需求分析，给出电容率算法，全面分析全网电流情况，测定各个线路、发电设备的性能。容量比率的算式如下：式中：L表示变电能力，Ua表示网络传输信息的综合能力，Qi表示系统检测的负载率，Ai表示容量比率。在容量比例增加时系统变电能力会相应增强，使系统运行更具安全性。

2.1.3 安全运行计划

参照电网运行需求、电网容量比例等多种因素，借助负载控制技术切实保持电网安全。在进行经济性评价时，主要从网损、有功损耗两个方面进行评价；在测定系统运行技术性能时，从短路电流、电压安全、电压越限三个方面给出评价；在系统稳定分析时，从负载率、供电量两个视角进行分析；在负荷分析时，会借助分布式功率控制设备，合理设计负载参数。计算方法如下：式中：Df表示负荷调控参数，yc表示真实测得的负荷值，xg表示前期设计的负荷值，i表示测定负荷的位置，e表示网络能够承受的负荷量，o表示计算的分析方向，此算式中o为“无方向”。

在电网实际运行期间，电力负荷高于前期设计参数时会有警报提示，引导用户在负荷降至标准范围时方可继续用电。采取自主关闭设备、控制负荷等方式，以此测定单位时段内的电力负荷。线路过流量的测定结果如表1所示。

表1 线路过流监测结果

表1是完成控制的线路过流测定情况。借助此种控制方法，电网进行装置运行状态，能够达到自动监控的要求，精确操控超标线路、异常设备。在高峰用电时段，利用此装置自主切断一定量的电气设备，以此维持电力系统运行的安全性。以控制用电负荷为目标引入智能控制设备，设定单片机、数据处理为主要技术，全面获取电网运行参数，对系统进行动态监测。在频率值不高的情况下切断负荷，以此控制电网频率，减少运维问题，达到电力系统安全规划的效果[2]。

2.2 整改某厂机组问题

2.2.1 控制设备运行风险

在处理机组运行风险时，在机组内部超温频率较高的位置增设温度监测设备，运行燃烧器调整机组运行的温度。有效调整机组的风量、风温各类参数，必要时优化燃烧器的技术方案。全面核实低负荷冷端的参数设计情况，增大空气预热设备吹灰力度，有效检查吹灰气源，合理调节空气预热设备的入风温度参数，制定差压运行方案。使用磨煤机进行技术改进，优化煤粉炉的组成。运行动态分离设备，有效提高煤粉细度，以此顺应机组低负荷运行需求，使机组燃烧更具稳定性。

2.2.2 有效减少污染物

使用先进性更强的智能控制计算方法精准预判机组工况，利用先进控制技术替代原有的PID 控制方法。从制粉传送点、锅炉燃烧点、选择性催化还原程序等多个环节，分析参数与传入氮氧化物浓度之间的相互关系，创建深度神经分析的预测方式，客观预算氮氧化物传输浓度。如现在采用的由某研究单位开发的数据预测模型，具有周期性数据更新能力，表现出较强的超前控制能力。喷氮阀门的开合角度变化量，相比实际监测设备入口氮氧化物浓度变量值的时间会提前80～100s，以此保证系统控制效果[3]。

2.2.3 维持燃烧稳定性

低负荷工况下单组磨煤机运行出力系数较大，能够传输更小的磨出力，以此提高风煤比，提高机组稳燃能力。针对各类风门挡板开展必要的运维、参数校准等处理，正确标定风量、氧量各类参数。必要时可添加一氧化碳、炉膛温度等多种参数的监测设备，以此全面获取低负荷燃烧情况，便于更好地进行深度调峰[4]。

2.2.4 INFIT 控制分析，解决DCS 控制问题

负荷值控制在50%至100%以内时INFIT 控制的技术效果。在一般负荷条件下，机组协同控制时会依照40%至100%的压力阶段、干湿转换负荷的两种方案向40%负荷段进行改进。在压力阶段进行协调时，主要从主控制、给水调控、水煤比监控三种回路进行精确调整，参照滑压曲线改进方案、煤质校准规则，保持机组运行的平稳性。当压力不足40%Pe 时负荷会出现持续降低的情况，给煤、给水的用量会处于稳燃负荷的最小值，是干态工况的最下限级别。此时项目的机组调整裕量会持续变小，直至为零。

负荷控制。机组参照前期设计的负荷变化速度，整体负荷变动较为稳定，未出现较大振荡问题，过调量不大；主汽压力控制。有效控制主汽压力产生的偏差，将其控制在0.3MPa 以内，不会发生较大振荡问题，系统运行状态较为平稳。在变负荷阶段偏差控制值设计为0.6MPa，切实解决了DCS 控制问题，能够达到负荷偏差的控制要求。

2.3 深度调峰能耗分析

机组进行深度调峰时，需要研究在超临界机组状态下分析深度调峰会产生的能量消耗问题。在深度调峰时，机组产生的热量耗量率q算式为：q=Vhd，式中：q表示机组深度调峰时产生的热量损耗率，（单位，kW/h）；Vh是主气焓与含水焓相减的计算结果，（单位，kj/kg）；d表示机组进行调节时产生的蒸汽损耗比例，（单位，kg/（kWh））。在供电工况调整时，用煤量B 的计算方法如下：

B=q/q0×1/（ηglηgd（1-φ））

式中：q是公式q=Vhd的计算结果，q0表示机组投用标煤产生的热量，此次取值为29305kJ/kg；ηgl表示机组运行时的能量转换比例，（单位，%）；ηgd表示机组管线能力的传输能力，（单位，%），φ表示电厂用电比例，（单位，%）。

2.4 深度调峰参数设计

在深度调峰期间，要准确设计机组管线的参数。使用标准T 型热电偶，精确设计管线风速，算法如下:两式中：v表示管线风速设计值，（单位，m/s）；Q表示；机组的风量，（单位，m3/s）；k表示测定管线风速使用的系数；A表示被测机组送风管线的截面大小，（单位，m2）；pd表示风速引起的气流动压平均值，（单位，Pa）；c表示管线通过气流密度的平均值，（单位，kg/m3）。确定c数值时，会参考标准工况的气体密度参数、管线内传出的气体温度、单位所在区域的大气压等多个因素。

2.5 深度调峰给水流量稳定控制分析

在深度调峰期间，在水冷壁内传入的水主要来自储水箱，以此形成流动循环机制。在调控储水箱水位时，若液位较高应运行循环泵，主动开启调节阀的保护装置[5]，使用水位偏差带的调控方式，此保证控制质量。在偏差带范围内合理控制水位过程中，系统会参照蒸汽流量合理确定储水箱的供水值。在水位大于偏差带时，水流量增大时蒸汽流量会逐渐变小。在实际控制中，蒸汽流量数值参照水位控制量，主要从负荷指令中获取。在系统超临界状态下，进行深度调峰期间有效控制给水流量，在前馈机制下得出水位偏差量。借助偏差带双折线，对于较大幅度波动的水位进行有效控制。当机组蒸发量、给水量均处于合理范围内，再控制水位波动量[6]。

综上所述，针对超临界机组引入深度调峰技术后，能够解决系统控制的诸多问题，从能耗、给水等方面进行有效控制。在实践中，深度调峰改变系统负荷时机组灰渣热损为0，固体未燃烧量逐渐减少，说明系统内燃烧状态较好，能够减少不充分燃烧带来的问题，显著降低机组运行成本。