百萬(wàn)超超臨界機(jī)組主汽壓力偏差大原因分析及優(yōu)化措施

孟 坦

(國(guó)華徐州發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221166)

百萬(wàn)超超臨界機(jī)組主汽壓力偏差大原因分析及優(yōu)化措施

孟 坦

(國(guó)華徐州發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221166)

以一臺(tái)百萬(wàn)超超臨界機(jī)組為例，詳細(xì)分析了主汽壓力偏差大的原因，并提出了解決方案及優(yōu)化措施。

超超臨界機(jī)組；主汽壓力；偏差；參數(shù)優(yōu)化

0 引言

某發(fā)電公司百萬(wàn)超超臨界燃煤機(jī)組選用上海鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界塔式鍋爐及上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超超臨界汽輪機(jī)，配100%容量的高旁和65%容量的低旁。1號(hào)機(jī)自2013年首次檢查性大修后，AGC控制方式下，主汽壓力控制品質(zhì)出現(xiàn)惡化，實(shí)際主汽壓力和壓力設(shè)定值偏差經(jīng)常達(dá)到±1.5 MPa，造成機(jī)組高旁打開(kāi)進(jìn)入溢流模式、機(jī)組跳出協(xié)調(diào)控制方式轉(zhuǎn)入機(jī)跟爐方式，被迫降低升降負(fù)荷速率至8 MW/min，但仍然解決不了問(wèn)題，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅。

1 問(wèn)題分析及采取的措施

該機(jī)組是全滑壓運(yùn)行，主汽壓力設(shè)定值由負(fù)荷指令經(jīng)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)對(duì)歷史曲線和控制邏輯的分析，主汽壓力產(chǎn)生偏差的主要原因是目前實(shí)際燃煤和機(jī)組調(diào)試期間燃煤發(fā)生了較大變化，再加上機(jī)組經(jīng)過(guò)一次大修，運(yùn)行特性發(fā)生了一定的變化，原來(lái)設(shè)置的控制參數(shù)已不滿足目前工況要求，調(diào)節(jié)品質(zhì)下降，致使機(jī)組運(yùn)行在AGC工況下主汽壓力經(jīng)常偏差過(guò)大，主要表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)加速過(guò)程中水煤加速過(guò)調(diào)問(wèn)題、主汽壓力偏差對(duì)鍋爐主控的修正問(wèn)題、主汽壓力偏差拉回問(wèn)題等。

1.1 鍋爐主控設(shè)計(jì)的輸入加速控制OVERLOAD值不合理

機(jī)組在不同負(fù)荷下鍋爐輸入的靜態(tài)平衡是由相應(yīng)的子控制回路的指令信號(hào)維持的，如給水、燃料和風(fēng)量指令信號(hào)，但是在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，僅有這些是不夠的。直流鍋爐中鍋爐受熱面管內(nèi)的內(nèi)部流體受到外部煙氣的加熱，流體溫度發(fā)生變化，其反應(yīng)時(shí)間常數(shù)隨燃料、給水、負(fù)荷等變化而變化，并且燃料系統(tǒng)中制粉、燃燒也存在大的延遲。即使嚴(yán)密地設(shè)定了給水、燃料、空氣等鍋爐輸入量，負(fù)荷變化時(shí)蒸汽溫度或蒸汽壓力變化也是過(guò)渡性地跟進(jìn)。因此，負(fù)荷變化時(shí)，如事先將各種鍋爐輸入量控制得比平衡量多些或少些，對(duì)改善蒸汽溫度或壓力的控制會(huì)比較有效，這就是鍋爐輸入加速控制(OVERLOAD)。

經(jīng)過(guò)對(duì)鍋爐輸入加速控制歷史曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其是壓力波動(dòng)的根源所在，從輸出波形觀察，其值達(dá)到了±50 MW，同其他1 000 MW機(jī)組比較，最大值偏大了15 MW左右，因此可適當(dāng)設(shè)置系數(shù)(系數(shù)最終由1改為0.75)，使其最大輸出控制在±40 MW之內(nèi)，為配合此調(diào)整，適當(dāng)對(duì)主汽壓力設(shè)定值的三階慣性環(huán)節(jié)(模擬燃料由熱量轉(zhuǎn)換為蒸汽壓力的慣性時(shí)間)的慣性時(shí)間常數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

OVERLOAD加速在給水控制回路中分為2部分，其中的35%是與給煤指令加速部分同步，另外65%是經(jīng)過(guò)二階慣性環(huán)節(jié)與給煤的熱量釋放相配合，因此其中35%的給水加速部分是超前給水量，此部分在AGC模式的三角波及N型波工況下可能會(huì)出現(xiàn)煤水比配合失當(dāng)?shù)膯?wèn)題，可適當(dāng)減弱給水超前量，其修正系數(shù)最終由1改為0.82，達(dá)到了煤水比配合比較適當(dāng)、中間點(diǎn)溫度也比較穩(wěn)定的目的。

1.2 鍋爐主控部分壓力快速返回邏輯參數(shù)設(shè)定值不合理

圖1為鍋爐主控壓力快速返回邏輯，在壓力偏差超過(guò)一定值時(shí)，快速增減鍋爐指令后，慢速恢復(fù)，以達(dá)到壓力快速返回的目的，現(xiàn)限值設(shè)置為±0.8 MPa，即只有主汽壓力偏差達(dá)到±0.8 MPa時(shí)才對(duì)鍋爐主控進(jìn)行修正。經(jīng)過(guò)分析，設(shè)置在±0.8 MPa有些過(guò)大，并且修正量也過(guò)大(+15 MW、-12 MW)。因此，可調(diào)整主汽壓力偏差在±0.5 MPa附近開(kāi)始對(duì)鍋爐指令進(jìn)行修正，并適當(dāng)縮小修正量，最終確定修正量為±12 MW，以減小主汽壓力的偏差。

圖1 鍋爐側(cè)主汽壓力快速返回邏輯

1.3 非線性PD控制邏輯作用弱

非線性PD控制邏輯如圖2所示，作用是只要有主汽壓力偏差，即通過(guò)此非線性PD控制邏輯對(duì)鍋爐主控指令進(jìn)行修正，此修正量應(yīng)該和鍋爐側(cè)主汽壓力快速返回對(duì)鍋爐主控指令的修正量配合，不能過(guò)大也不能過(guò)小。此非線性PD控制邏輯對(duì)鍋爐主控指令的修正比較小，只有2.5 MW，修正效果不理想，造成主汽壓力產(chǎn)生偏差后修正不過(guò)來(lái)，主汽壓力偏差進(jìn)一步加大后通過(guò)鍋爐側(cè)主汽壓力快速返回邏輯進(jìn)行修正。因此，可適當(dāng)加大此非線性PD控制邏輯對(duì)鍋爐主控指令的修正量，以達(dá)到主汽壓力產(chǎn)生小的偏差后及時(shí)進(jìn)行鍋爐主控指令修正的目的，從而控制主汽壓力偏差進(jìn)一步加大。此邏輯與1.2部分配合調(diào)整，比例起主要作用，微分可控制適量，最大輸出控制在±5 MW，保證和鍋爐側(cè)主汽壓力快速返回指令配合較好，以達(dá)到良好效果。最終限制其調(diào)整范圍為±5 MW。

圖2 鍋爐側(cè)主汽壓力非線性PD控制邏輯

1.4 主汽壓力調(diào)節(jié)器的閉鎖增減邏輯不合理

主汽壓力控制調(diào)節(jié)器閉鎖邏輯如圖3所示，其設(shè)計(jì)目的在于在目標(biāo)負(fù)荷和實(shí)際功率偏差超過(guò)一定值時(shí)，增負(fù)荷時(shí)閉鎖對(duì)鍋爐指令減方向的修正，減負(fù)荷時(shí)閉鎖鍋爐指令增方向的修正。現(xiàn)場(chǎng)查詢?cè)O(shè)置是超過(guò)±2 MW就會(huì)觸發(fā)，但觀察實(shí)際AGC模式下的曲線，在出現(xiàn)三角波或N型波指令時(shí)，會(huì)出現(xiàn)在增負(fù)荷時(shí)壓力高、減負(fù)荷壓力低的工況，若按以上邏輯觸發(fā)，將會(huì)使壓力控制出現(xiàn)惡化，因此可適當(dāng)放大設(shè)置值，避免增減負(fù)荷動(dòng)作閉鎖主汽壓力調(diào)節(jié)器的輸出。在穩(wěn)態(tài)及負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整鍋爐主控PID參數(shù)，滿足主汽壓力調(diào)節(jié)品質(zhì)需要。經(jīng)過(guò)調(diào)試，最終該限值設(shè)置為±25 MW，避免了增減負(fù)荷動(dòng)作頻繁閉鎖主汽壓力調(diào)節(jié)器的輸出，對(duì)穩(wěn)定主汽壓力起到了一定的作用。

圖3 主汽壓力控制調(diào)節(jié)器閉鎖邏輯

1.5 給水焓值偏差調(diào)節(jié)在變負(fù)荷中單向閉鎖不合理

在調(diào)整過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)增減負(fù)荷時(shí)會(huì)閉鎖給水焓值偏差PID模塊后的軟手操器的輸出，在增負(fù)荷時(shí)閉鎖焓值校正地減，在減負(fù)荷時(shí)閉鎖焓值校正地增。增減負(fù)荷結(jié)束后，焓值手操器輸出會(huì)立即跳變到焓值偏差調(diào)節(jié)PID控制模塊輸出值，從而造成給水波動(dòng)，導(dǎo)致主汽壓力波動(dòng)和中間點(diǎn)溫度波動(dòng)。

通過(guò)觀察，焓值偏差調(diào)節(jié)應(yīng)該一直起作用，在焓值出現(xiàn)偏差時(shí)即進(jìn)行調(diào)整，不但可以穩(wěn)定主汽壓力，對(duì)中間點(diǎn)溫度的控制也有很好的作用，進(jìn)而可以穩(wěn)定主汽壓力。因此，最終把給水回路的焓值閉鎖增減功能封鎖住，避免了焓值調(diào)節(jié)手操器輸出的跳變，穩(wěn)定了主汽壓力和中間點(diǎn)溫度。

1.6 汽機(jī)主控部分主汽壓力拉回參數(shù)設(shè)置不合理

汽機(jī)側(cè)負(fù)荷指令控制邏輯中設(shè)置有壓力偏差大拉回，在AGC負(fù)荷控制精度允許的情況下，適當(dāng)根據(jù)壓力偏差修正負(fù)荷，現(xiàn)場(chǎng)查詢其函數(shù)f(x)設(shè)置死區(qū)為±0.5 MPa，超過(guò)1 MPa修正量只有7 MW，邏輯如圖4所示，主汽壓力偏差后汽機(jī)主控修正量太小，起不到應(yīng)有的修正拉回作用。可適當(dāng)調(diào)整修正死區(qū)為±0.25 MPa，并通過(guò)參數(shù)修改，使超過(guò)±0.5 MPa時(shí)有8 MW功率的補(bǔ)償，超過(guò)1 MPa應(yīng)達(dá)到17 MW以上。即通過(guò)調(diào)整汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度，降低主汽壓力偏差。

圖4 汽機(jī)側(cè)主汽壓力拉回邏輯

經(jīng)過(guò)調(diào)整測(cè)試，函數(shù)f(x)最終設(shè)置如表1所示，在主汽壓力偏差為1 MPa時(shí)修正汽機(jī)負(fù)荷18 MW，滿足AGC工況下負(fù)荷精度3%的要求。修改后在主汽壓力產(chǎn)生偏差的時(shí)候能及時(shí)通過(guò)修正汽機(jī)負(fù)荷來(lái)減小主汽壓力偏差。

表1 汽機(jī)側(cè)主汽壓力拉回設(shè)置

2 采取措施后的效果

通過(guò)采取以上措施，該機(jī)組主汽壓力偏差恢復(fù)到了正常范圍，機(jī)組在AGC工況下負(fù)荷升降速率設(shè)置為15 MW/min，主汽壓力最大偏差不超過(guò)±0.6 MPa，達(dá)到了預(yù)期效果。

3 結(jié)語(yǔ)

超超臨界機(jī)組一般均采用全滑壓運(yùn)行，主汽壓力受多種因素的影響，在AGC工況下由于經(jīng)常大幅度進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，主汽壓力的偏差控制也成為超超臨界機(jī)組主要參數(shù)控制的難點(diǎn)之一。本文分析了百萬(wàn)超超臨界機(jī)組主汽壓力偏差產(chǎn)生的原因及采取的措施，盡管某些邏輯在實(shí)際應(yīng)用中也存在不足，但相信隨著超超臨界機(jī)組運(yùn)行數(shù)量的增加，主汽壓力控制相關(guān)邏輯將會(huì)越來(lái)越完善。另外，在機(jī)組協(xié)調(diào)控制邏輯設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到鍋爐主控調(diào)壓、旁路調(diào)壓、汽機(jī)側(cè)調(diào)壓的相互配合和影響，在任何工況下只能有一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器進(jìn)行鍋爐壓力調(diào)節(jié)，高旁的壓力調(diào)節(jié)級(jí)別高于鍋爐和汽機(jī)，當(dāng)高旁調(diào)節(jié)主汽壓力時(shí)，汽機(jī)和鍋爐控制器都要退出壓力調(diào)節(jié)。

[1] 劉吉臻，田亮，曾德良，等.660 MW機(jī)組負(fù)荷—壓力非線性特性的分析[J].動(dòng)力工程，2005，25(4):533～536

[2] DL5000—2000 火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S]

2014-07-17

孟坦(1976—)，男，江蘇徐州人，工程師，從事火力發(fā)電熱控技術(shù)管理工作。