某余熱發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)問(wèn)題分析

岳 良，汪 蓓

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

某城市電站配置了一套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組。其中余熱發(fā)電機(jī)組利用燃?xì)廨啓C(jī)高溫排氣在余熱鍋爐中加熱給水產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)一單獨(dú)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。在對(duì)該余熱發(fā)電機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)過(guò)程中，調(diào)頻幅值難以控制，多次試驗(yàn)仍不符合規(guī)范要求。

余熱發(fā)電機(jī)組的熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與常規(guī)的燃煤發(fā)電機(jī)組有很大的不同，DEH邏輯結(jié)構(gòu)也不及大型機(jī)組的DEH嚴(yán)密，本文分析了這些因素對(duì)該機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)的影響。

1 系統(tǒng)及試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)介

該余熱發(fā)電機(jī)組的鍋爐為雙壓、無(wú)補(bǔ)燃、臥式、自然循環(huán)余熱鍋爐。其主要由低壓鍋筒和高壓鍋筒兩大部分組成。高壓鍋筒產(chǎn)生高壓過(guò)熱蒸汽，額定蒸汽壓力為5.909 MPa，額定蒸汽溫度為521℃，額定蒸汽流量為192.1 t/h，低壓鍋筒產(chǎn)生低壓過(guò)熱蒸汽，額定蒸汽壓力為0.534 MPa，額定蒸汽溫度為253℃，額定蒸汽流量為34.1 t/h，低壓鍋筒同時(shí)兼有除氧功能。

汽輪機(jī)為L(zhǎng)CZ60-5.8/1.0/0.589型雙壓帶補(bǔ)汽、可調(diào)抽汽凝氣式汽輪機(jī)。主蒸汽為高壓鍋筒產(chǎn)生的高壓過(guò)熱蒸汽，經(jīng)高調(diào)門GV1-4進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸，補(bǔ)汽為低壓鍋筒產(chǎn)生的低壓過(guò)熱蒸汽，經(jīng)補(bǔ)氣閥由汽缸前下部11級(jí)進(jìn)入汽輪機(jī)。抽汽從汽輪機(jī)第9級(jí)后抽出，額定抽汽壓力1.0 MPa，額定抽汽溫度296.5℃，額定抽汽流量121 t/h。

由于余熱鍋爐沒(méi)有燃燒系統(tǒng)，因此該機(jī)組沒(méi)有協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，汽輪機(jī)只可以工作在DEH功率模式或閥位模式，正常運(yùn)行時(shí)，該汽輪機(jī)絕大部分時(shí)間工作在閥位模式。當(dāng)汽輪機(jī)工作在DEH功率模式時(shí)，一次調(diào)頻原理圖如圖1（a）所示，根據(jù)并網(wǎng)后汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速（即代表電網(wǎng)頻率）與額定轉(zhuǎn)速偏差計(jì)算出來(lái)的調(diào)頻量疊加到功率PID的設(shè)定值處；當(dāng)汽輪機(jī)工作在閥位模式時(shí)，一次調(diào)頻原理圖如圖1（b）所示，根據(jù)并網(wǎng)后汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速偏差計(jì)算出來(lái)的調(diào)頻量疊加到流量總指令上。

圖1 一次調(diào)頻原理圖Fig.1 Schematic of Primary Frequency Compensation

一次調(diào)頻試驗(yàn)過(guò)程中，人為模擬汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速使其偏離額定轉(zhuǎn)速，控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差和當(dāng)前工作模式計(jì)算出調(diào)頻負(fù)荷值（對(duì)應(yīng)DEH功率模式）或調(diào)頻流量值（對(duì)應(yīng)閥位模式），最終作用在高調(diào)門上，使機(jī)組出力朝著消除轉(zhuǎn)差的方向變化。

無(wú)論該余熱發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)工作在DEH功率模式還是閥位模式，均多次進(jìn)行了一次調(diào)頻試驗(yàn)。雖然機(jī)組調(diào)頻響應(yīng)快速，但調(diào)頻幅值難以控制。例如，在閥位控制模式、單閥運(yùn)行、機(jī)組負(fù)荷54 MW情況下某次試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，負(fù)荷變化實(shí)際值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于負(fù)荷變化目標(biāo)值。

表1 54 MW一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表Tab.1 Record of Primary Frequency Compensation Test during 54 MW

2 影響因素分析

2.1 DEH邏輯結(jié)構(gòu)不完善

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門作為DEH系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其流量特性偏差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致一次調(diào)頻的響應(yīng)負(fù)荷不足或者過(guò)大[1-4]。檢查該機(jī)組DEH邏輯，發(fā)現(xiàn)該機(jī)組沒(méi)有設(shè)置流量特性曲線以對(duì)閥門的非線性進(jìn)行處理，流量總指令直接作用到高調(diào)門上。高調(diào)門的流量特性是非線性的，以某廠CC350/307-24.2/4.0/0.4/566/566型汽輪機(jī)為例，根據(jù)其高調(diào)門開(kāi)度-流量曲線，閥門在0.0%～31.9%范圍內(nèi)，線性度最好，基本為一條直線，斜率較小，當(dāng)開(kāi)度為31.9%時(shí)，流量達(dá)到90.4%；閥門在31.9%～58.2%范圍內(nèi)，有一定的線性度，且斜率較大，當(dāng)開(kāi)度為58.2%時(shí)，流量已經(jīng)達(dá)到98.4%，接近完全通流，再往上開(kāi)流量也不會(huì)有大的變化。以另一廠N300-16.7/537/537-4型汽輪機(jī)為例，該汽輪機(jī)經(jīng)過(guò)改造增容至330 MW，但DEH里還是沿用改造前的流量特性曲線，導(dǎo)致該機(jī)組在不同的負(fù)荷點(diǎn)一次調(diào)頻響應(yīng)效果大不相同。由此可見(jiàn)，閥門的流量特性曲線必須設(shè)置進(jìn)DEH，而且必須準(zhǔn)確，否則，一次調(diào)頻動(dòng)作所疊加的流量值與負(fù)荷之間缺乏明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，容易出現(xiàn)表一所示的情況，功率變化實(shí)際值與目標(biāo)值相差甚遠(yuǎn)。

2.2 主汽壓力形成特點(diǎn)

由于該余熱鍋爐僅依靠燃機(jī)高溫尾氣加熱給水，并且缺乏對(duì)燃機(jī)尾氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的手段，因此該余熱鍋爐完全為一隨動(dòng)系統(tǒng)，其產(chǎn)生蒸汽的壓力和所能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的功率完全依賴燃機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷，如表2所示。

表2 燃機(jī)不同出力下鍋爐參數(shù)Tab.2 Boiler Parameters under different Gas Turbine Power

由表2可以看出，當(dāng)燃機(jī)負(fù)荷不高的時(shí)候，余熱鍋爐壓力較低。此時(shí)若參與一次調(diào)頻并且應(yīng)對(duì)大轉(zhuǎn)速偏差時(shí)，缺乏類似于常規(guī)燃煤機(jī)組的燃料調(diào)節(jié)手段，對(duì)主汽壓力進(jìn)行調(diào)整，因此效果較差。

2.3 補(bǔ)汽抽汽

一次調(diào)頻只作用在GV1-4上，不會(huì)作用在補(bǔ)氣閥上，因此當(dāng)補(bǔ)氣閥開(kāi)度變化的時(shí)候，可能會(huì)對(duì)一次調(diào)頻效果造成影響。另外，該機(jī)組在冬季時(shí)還承擔(dān)對(duì)外供熱任務(wù)，抽汽也可能對(duì)一次調(diào)頻效果造成影響。選取某冬季汽機(jī)抽汽流量115 t/h工況，分析補(bǔ)汽和抽汽對(duì)一次調(diào)頻的影響，如表3所示。

表3 汽機(jī)某抽汽工況下能量平衡計(jì)算Tab.3 Balance Calculation of an Extraction Condition

由表3可見(jiàn)，補(bǔ)汽對(duì)機(jī)組功率貢獻(xiàn)不大，因此可以推測(cè)補(bǔ)氣閥的開(kāi)度對(duì)一次調(diào)頻的影響也不大。但抽汽會(huì)使機(jī)組損失接近30%的功率，在這種情況下，因一次調(diào)頻動(dòng)作而進(jìn)入汽輪機(jī)的額外蒸汽沒(méi)有完全利用在產(chǎn)生電能上，可能會(huì)對(duì)一次調(diào)頻效果產(chǎn)生大的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)本余熱機(jī)組，由于其DEH邏輯結(jié)構(gòu)的不完善，壓力無(wú)法自持，抽汽供熱等因素的影響，其一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果難以達(dá)到要求。

筆者認(rèn)為，由于余熱機(jī)組固有的特點(diǎn)，應(yīng)在完善其DEH邏輯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將余熱機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組共同考慮，充分發(fā)揮燃機(jī)容量大、變負(fù)荷速度快等特點(diǎn)，當(dāng)余熱機(jī)組調(diào)頻幅值不達(dá)標(biāo)時(shí)，燃?xì)鈾C(jī)組進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)整，這樣或許能更好地實(shí)現(xiàn)余熱機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)都達(dá)標(biāo)的目的。

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