給煤機跳閘引發中間點溫度波動原因分析

李友志，于明雙

（1.華電萊州發電有限公司，山東萊州261400；2.山東中實易通集團有限公司，濟南250003）

·經驗交流·

給煤機跳閘引發中間點溫度波動原因分析

李友志1，于明雙2

（1.華電萊州發電有限公司，山東萊州261400；2.山東中實易通集團有限公司，濟南250003）

針對直流鍋爐中間點溫度在給煤機跳閘后產生較大波動的問題進行分析，認為燃料輸出限制造成煤水比失調、負荷變化率提升后導致壓力波動及機組協調控制方式切換是影響中間點溫度波動的主要原因。說明了中間點溫度與主汽壓力之間的快速反應關系，同時給出了此類工況下機組參數大幅度變動情況下的運行控制策略。

中間點溫度；給煤機；煤水比；負荷變化率

0 引言

直流鍋爐中間點溫度定義為汽水分離器出口溫度，此溫度點決定了爐內汽水分界面的位置，也反映了鍋爐熱量的供給平衡，因此將其作為監視鍋爐煤水比指標、防止發生膜態或類膜態沸騰的超前信號具有重要意義。文獻［1］指出由于超臨界鍋爐水冷壁工質和金屬的蓄熱量較小，熱敏感性強，燃燒工況變化對水冷壁傳熱的影響比自然循環鍋爐大得多，平穩調整鍋爐中間點溫度對于鍋爐的運行安全至關重要。文獻［2］根據能量守恒等定律構建了中間點焓值機理模型，說明了中間點溫度控制的多輸入多輸出特點。文獻［3］分析了鍋爐中間點溫度的控制與水冷壁傳熱特性以及汽溫調節的關系，同時指出了水冷壁熱負荷的變動是發生水冷壁傳熱惡化的重要原因。

針對某廠鍋爐燃料大幅波動、控制策略轉變等工況造成中間點溫度大幅波動的問題進行了分析，同時給出了處理此類工況的合理措施。

1 煤水比與中間點溫度的動態模型

超臨界機組是一個具有強耦合的三輸入三輸出多變量控制對象，輸入變量為主汽閥門開度變化量ΔμT、燃料調門開度變化量ΔμB和給水閥門開度變化量ΔμD，輸出變量為功率變化ΔN、主汽壓力變化ΔPT和中間點溫度變化ΔT［4］。

中間點溫度的數學模型大多采用如下的三輸入三輸出模型來描述

根據文獻［5］提到的部分分散控制方法對文獻［6］中600 MW超臨界直流鍋爐簡化模型進行分析，并利用Gramian方法進行能控性分析,將超臨界直流鍋爐的三輸入三輸出系統變成如下形式：

進而得到

即中間點溫度可以通過燃料量和給水量的變化來控制。

2 系統運行情況

某電廠350 MW超臨界直流機組采用東鍋生產的超臨界參數、變壓運行、垂直管圈水冷壁直流燃煤鍋爐，鍋爐燃燒器采用前后墻對沖方式。設計額定主汽壓力24.2 MPa，設計主汽溫度、再熱蒸汽溫度600℃。

2.1 機組控制方式

直流鍋爐汽溫對象特性具有延遲、調節特性及對象模型復雜等特點，因此在直流鍋爐的控制中多采用水煤比控制／焓值控制、過熱器噴水及給水流量微量修正等調節手段來滿足中間點溫度過熱度的控制需要。

機組中間點溫度控制方法采用了水調溫的煤水比控制方式，即通過對給水量的修正來維持給水量和燃料量的平衡，但是具體控制方式具有自己的特點，通過引入主汽溫度偏差來實現對給水量的超前調節，避免由于噴水減溫特性變差導致的過熱器超溫。控制邏輯見圖1。

圖1 煤水比控制邏輯

2.2 過程描述

機組負荷345 MW且處于協調控制狀態，給煤機全部投入自動運行狀態。上午十點左右由于堵煤信號狀態報出造成A給煤機跳閘，在A給煤機跳閘后其余三臺給煤機仍然處于自動狀態且通過燃料調節回路提高了各自的指令輸出，燃料變化曲線見圖2。

圖2 燃料變化曲線

機組負荷由345 MW下降至273.15 MW，在機組負荷指令不斷下降的過程中鍋爐主控指令同時下降，但燃料量作為鍋爐主控的主要調節對象卻持續處于較高輸出狀態，并沒有跟蹤鍋爐主控的變動，同時中間點過熱度升至42.41℃，相關曲線見圖3。

圖3 中間點過熱度及主要參數變化曲線

在變動過程中主汽壓力由23 MPa升高至25 MPa，且與過熱度的變動趨勢相同，相關曲線見圖4。

圖4 主汽壓力及其它主要參數變化曲線

3 問題原因分析

3.1 燃料量控制失調

CCS方式下燃料量的波動需要通過燃料主控完成燃料量的調節，燃料調節的控制邏輯見圖5。

給煤機A跳閘后燃料主控通過提高C／D／E給煤機的給煤量來實現燃料量的補償，如圖2所示，但同時發現兩個問題。

圖5 燃料主控邏輯

1）煤量指令在升高到45 t／h后指令處于靜止狀態，低于給煤機的最大給煤量為55 t／h，同時由于各臺給煤機的給煤量偏置不同造成各臺給煤機的指令各不相同，C給煤機的指令45 t／h，D、E給煤機的指令為42 t／h。

2）鍋爐主控輸出減少（由338 MW下降至284 MW）在跟隨機組負荷指令下降（由346.69 MW下降至284.67 MW）的過程中，給煤機指令維持在45 t／h并未發生變化。

在經過檢查控制邏輯后發現給煤機調節回路PID算法塊內部存在45 t／h的輸出高限，導致給煤機指令輸出最高只能達到45 t／h。雖然機組負荷指令連續下降5次（346.81 MW下降至280.71 MW），但是由于燃料主控輸出限制原因導致其它給煤機未能實現完全補償，造成實際的燃料量低于機組負荷對應的燃料量，即燃料指令偏差（燃料設定-實際燃料量）為正值，由此造成鍋爐主控的輸出不斷下降，但燃料主控輸出不變的現象，中間出現了6 min的調節死區。直至負荷指令對應的燃料量小于當前給煤量的反饋值之后，鍋爐主控指令恢復調節過程。

3.2 負荷變化率快速提升

給煤機跳閘后運行人員降低機組負荷指令，但連續提升機組負荷變化率，通過3次調整將機組的負荷變化率由1 MW／min提高至8 MW／min，負荷變化速率過快導致了汽機調門的快速調節，調門開度由94.2%下降為83.1%，從而導致了主汽壓力由24.08 MPa快速上升至25 MPa。由于調門關閉導致主汽壓力上升和給水壓力下降的共同作用，導致機組在動態過程中的過熱段增強，從而引起了中間點過熱度由23℃快速提高至42.41℃。

3.3 控制方式誤切換

在中間點溫度及主汽壓力快速升高之后，運行人員將CCS控制方式切換為TF控制方式，希望穩定主汽壓力。但由于主汽壓力設定值在負荷為285 MW時所對應的壓力設定值為20 MPa，低于實際主汽壓力23 MPa。造成了汽機調門快速開啟，一方面造成了機組負荷的擾動上升，同時造成了中間點過熱度的快速下降，由44℃下降至12.56℃。

4 運行控制策略

在燃料量與機組負荷對應的燃料量出現較大偏差的情況下需要及時切換燃料主控為手動方式進行調節，防止出現煤水比不匹配造成主汽溫度、壓力的飛升。

機組負荷變化速率要保持平穩。機組負荷變化率的變動不僅影響到燃料量的變動，汽機主控環節也會快速調節來實現負荷的快速跟蹤。

當主汽壓力比主汽壓力不一致時切換汽機跟隨方式會造成汽機調門的快速動作，因此在此類工況下的控制模式切換需要在主汽壓力偏差較小甚至無偏差時完成。

及時投入RB功能。RB控制功能未投入無法自動完成降負荷同樣是導致給煤機跳閘后主要參數波動大的原因。

5 結語

中間點溫度調節是機組協調控制的主要功能，也是主要運行參數穩定的基礎。中間點溫度的大范圍波動需要核實燃料、給水等控制回路的正確性及調節輸出是否正常。在發生中間點溫度存在大幅度上升或下降的情況下，手動穩定燃料等控制回路可迅速穩定中間點溫度。

汽機調門的大幅度動作會造成主汽壓力的波動，進而快速傳導至中間點溫度，容易造成中間點溫度的異常波動。

RB功能的及時投入在重要輔機設備發生跳閘后能夠快速完成調節過程，可以避免此類問題的發生。

［1］樊泉桂.超臨界鍋爐水冷壁工質溫度的控制［J］.動力工程，2006，26（1）：38-41.

［2］方彥軍，王振宇，李鑫，等.超超臨界1 000 MW機組直流鍋爐中間點溫度建模［J］.熱力發電，2014，43（3）：21－26.

［3］樊泉桂.超臨界鍋爐中間點溫度控制問題分析［J］.鍋爐技術，2005，36（6）：1-4.

［4］谷俊杰，曹曉威，王丕洲，等.超臨界直流鍋爐煤水比控制系統機理建模及定量反饋控制［J］.動力工程學報，2013，33（12）：947-954.

［5］樓冠男，譚文.部分分散控制及其在單元機組協調控制中的應用［J］.中國電機工程學報，2011，31（21）：91－95.

［6］王恭良，沈炯，李益國，等.適用于控制的600MW超臨界機組的簡化模型［J］.江蘇電機工程，2008，27（4）：1-7.

Reason Analysis for Intermediate Point Temperature Fluctuation after Coal-feeder Tripping

LI Youzhi1，YU Mingshuang2
（1.Huadian Laizhou Power Generation Co.，Ltd.Laizhou 261400，China；2.Shandong Zhongshi Yitong Group Co.，Ltd.Jinan 250000，China）

The problem of intermediate point temperature fluctuation due to the coal feeder tripping is analyzed.The coal-water ratio imbalance because of fuel control output limiting，steam pressure changing after raising load change rate and changing for coordinate control mode are the main causes for intermediate point’s temperature fluctuation.The fast response relationship between intermediate point’s temperature and main steam pressure is also revealed.Meanwhile，control strategies are proposed for smooth operation under similar condition of unit parameters alteration.

intermediate point temperature；coal feeder；coal-water ratio；load change rate

TK223.7

B

1007－9904（2015）06－0044－03

2015-03-25

李友志（1975），男，工程師，從事火力發電廠技術管理工作。