660MW 超超臨界機組協調控制措施分析

卿紅梅

浙能樂清發電有限責任公司

隨著經濟的飛速發展以及科學技術的日新月異，協調控制系統已被廣泛地應用于工業行業領域。協調控制系統主要是對汽輪發電機和鍋爐各控制系統進行協調和控制，保持機爐間熱量平衡，使機爐處于協調平穩的受控狀態。因此協調控制策略不僅決定了機組協調控制性能，還決定了機組的自動化水平。本文主要以浙江浙能樂清電廠660MW 超超臨界機組為例，闡述了660MW 超超臨界機組設備和具體特征，并對其協調控制措施進行分析。

前言

目前隨著我國國民經濟的持續增長，電力系統的主力機組已經逐漸發展為600MW 超臨界或660MW 超超臨界機組，雖然超超臨界直流鍋爐的控制和亞臨界汽包鍋爐的控制有著相同的控制任務，但就其被控制的對象而言，存在明顯的差異，660MW 超超臨界機組本著直流運行和多變的控制特點在協調控制過程中往往有著更高的要求。近年來，對于如何對660MW 超超臨界機組進行協調控制成為當今電力行業研究的熱點之一。因此本文對660MW 超超臨界機組協調控制措施進行探討分析有一定的經濟價值和現實意義。

660MW 超超臨界機組設備和其協調控制系統分析

浙能樂清電廠660MW 超超臨界機組鍋爐型號為SG-2031/26.15-M623 型，由上海鍋爐廠制造的超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊Π型結構、露天布置燃煤鍋爐，其燃燒系統采用中速磨煤機冷一次風直吹式制粉系統設計。

該機組的汽輪機由上海汽輪機有限公司和德國SIEMENS 公司聯合設計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、反動凝汽式汽輪機。其型號為N660-25／600／600 型，額定功率為660MW，最大連續功率為718MW。

該機組的DCS 控制設備采用ABB 公司生產的Symphony 分散控制系統，同時其機組有103 套自動調節設計，在運行中不僅有著較好的調節品質，同時也有著相對較強的系統抗擾動能力。

660MW 超超臨界機組的具體特征

660MW 超超臨界機組的控制特點

直流鍋爐-汽機是一個多輸入多輸出的被控對象，其結構模型可簡化為一個三輸入三輸出系統.輸入為燃料量、汽輪機調門開度、給水流量，輸出為機前壓力、機組負荷、分離器出口蒸汽溫度或焓值，這些參數相互影響，且汽水一次性循環，這對超超臨界機組協調控制提出更高要求，具體體現如下。

超超臨界直流爐汽水沒有固定的分界點，它隨著燃料、給水量及汽機調門的變化而遷移，直接影響主汽溫度，導致主汽壓力和負荷的變化，所以在實際控制過程中對風燃比、燃水比及氣溫的控制要求較高，尤其是中間點溫度的控制。

直流爐中無汽包，蓄能小，且在外界負荷變化時氣壓反映很敏感，因此主汽壓力控制較困難。

超超臨界直流爐中采用直吹式制粉系統，燃料控制有大的遲延性和滯后性，在很大程度上會影響對氣溫、氣壓和負荷的控制。

660MW 超超臨界機組的啟動

本鍋爐主要采用再循環泵的內置式啟動系統。在鍋爐啟動、低負荷運行和停爐過程中，通過爐水循環泵建立和維持爐膛內的最小流量，以保持水冷壁水動力穩定和傳熱不發生惡化，保護水冷壁。并能有效回收啟動階段的工質和熱量，提高了給水溫度，使水冷壁蒸發量增大，有利于解決啟動過程中氣溫過高的問題，同時可有效縮短機組啟動時間。

圖1 機爐協調控制結構圖

660MW 超超臨界直流爐啟動系統在啟動和停爐需經歷不同的運行狀態（濕態和干態），故需采用不同的控制方式能平穩自動地切換。其運行方式主要有兩種：機組啟動初期分離器水位由控制給水泵轉速和分離器疏水#1、#2 調整門來實現，隨著負荷逐漸增加，轉干態后切換到溫度自動控制方式，即從水位控制切換到溫度控制；在停機過程中，隨機組負荷降低，給水控制從純直流方式切換到啟動運行方式，由溫度控制切換到水位控制。

660MW 超超臨界機組協調控制策略

660MW 超超臨界機組協調控制系統主要是將汽輪發電機和鍋爐控制系統進行協調和控制，并盡量消除汽輪機和鍋爐某種動態特性方面的差異，最終保證660MW 超超臨界機組不僅適應電網負荷變化要求，同時保證機組安全穩定經濟運行。協調控制方式主要有基本控制方式、機跟爐控制方式、爐跟機控制方式及機爐協調控制方式。

協調控制系統的基本構架

660MW 超超臨界機組的協調控制系統主要有負荷指令的處理回路和機爐主控制器兩個重要部分，如圖1 所示，機組負荷目標經限幅、限速后，與一次調頻指令相加后形成實際的機組負荷指令，而機爐主控制器主要是對各子控制系統進行協調。

協調控制系統策略

一般而言，協調控制策略有以汽機跟隨為基礎和鍋爐跟隨為基礎的協調控制。在機跟爐協調模式下，首先機主對機前壓力進行維持，爐主通過對機組負荷進行合理的控制，但是在實際的控制過程中，由于有著相對較快的反應速度，而其汽機高壓調閥對機前壓力進行控制，以至于機前壓力有著相對較小的波動，進而從根本上保證機組有著相對穩定的運行狀態。在對慣性和遲延相對較大的鍋爐加以采用，進而對機組負荷進行控制，以至于機組不僅僅有著相對較差的負荷相應特性，同時也有著相對較低的負荷控制精度。

直流爐給水流量變化直接推動蒸汽流量變化影響負荷，響應速度遠大于燃料量變化對負荷的影響；而高負荷段直流爐可用蓄熱少，氣壓對調門的變化則響應更快，由于機爐控制參數匹配，此時鍋爐調節的作用相應顯得快一些，使機組負荷的響應速度全面提高。因此浙能樂清電廠660MW 超超臨界機組的協調控制策略采用鍋爐跟隨為基礎的協調控制。

子回路的并行控制

水煤比控制方式

直流爐的蒸發量與燃料量和給水量緊密相連，做好燃料量和給水量的控制至關重要，一般采用水跟煤的給水控制策略，選取焓值（即在一定負荷下、分離器一定過熱度下的需熱量）和過熱度進行修正，保證給水調節過程的快速性。

660MW 超超臨界機組水煤比控制策略是在共同接收鍋爐主控指令后將燃料指令與給水指令的超前前饋回路在某種程度上不僅僅要分開設置，同時也要分別進行整定，依據于分離器出口溫度響應情況，做好時序與幅值的合理分配，從根本上保證整個動態過程保持熱量平衡。總的來說現場整定進一步表明，燃料初始超給水超前量與其保持一定相位差，且變化較平緩。同時通過控制水煤比可保持分離器出口焓值在合適范圍內，而水煤比是根據鍋爐設計參數經運行階段修正后確定，符合機組各負荷段熱量平衡關系的變化特性，且焓水控制可覆蓋濕態運行區域，無需復雜的切換；但給水的調節會對機組負荷產生擾動。

交叉限制

一般而言，超超臨界機組不僅僅有著相對較高的控制參數和較小的機組蓄熱，同時也有著相對較小的被控參數慣性時間常數，當能量和物質之間處于一種不平衡的狀態時，將會使得機組參數波動較大，嚴重者將會對機組的安全產生一定的影響。當前鍋爐穩定運行的關鍵則是不僅僅要保證水和燃料比的平衡，同時也要保證風和燃料比也有著一定的平衡性，但是就其實質性而言，染料和水以及風和染料之間的平衡并沒有實質性的影響，在鍋爐輸入量控制的過程中，就要保證其并不超出其預定的比率。其中燃料至給水的限制是雙向的，燃料增加或減少。

總之，浙能樂清電廠660MW 超超臨界機組采取合理的協調控制措施，有著較好的調節品質，保證了機組的安全穩定運行。

結語

本文通過對 660MW 超超臨界機組協調控制策略進行研究分析，得出由于超超臨界機組直流爐機組的控制對象不僅有著一定的強耦合、多變量以及非線性的特點，同時在實際的設計過程中，更應該對調試階段的系統參數進行精心整定，并采取合理有效的控制措施保證 660MW 超超臨界機組的安全穩定運行。