600MW超臨界機組MCS優化分析

呂興城

摘 要：為提高機組性能，使AGC、一次調頻達到南方電網“兩個細則”要求，汕尾電廠對600MW超臨界機組協調控制系統進行了優化分析，解決了機組運行時存在的負荷響應速率慢、汽壓和汽溫波動大等問題，具有明顯的效果。

關鍵詞：協調控制；優化；負荷；BIR回路

汕尾電廠2號機組為國產600MW超臨界壓力燃煤發電機組，主要是帶基本負荷運行，同時具有一定的調峰能力，其中汽輪機型號為N600-24.2/566/566，型式：超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、雙背壓、三缸四排汽、凝汽沖動式汽輪機；鍋爐型號為DG1900/25.4-Ⅱ2，型式為Π型布置、單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道結構、前后墻對沖燃燒方式、旋流燃燒器、平衡通風、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構露天布置、采用內置式啟動分離系統、三分倉回轉式空氣預熱器、采用正壓冷一次風機直吹式制粉系統、超臨界參數變壓直流本生型鍋爐；DCS選用上海西屋控制系統有限公司的OVATION控制系統。

機組實際運行過程中，存在著：1）加、減負荷時速率及調節的精度不能較好的滿足中調AGC和一次調頻要求；2）機前壓力容易出現較大擾動；3）加、減負荷過程中主、再熱汽溫波動較大，一、二級減溫水及再熱器煙氣擋板跟蹤不好；4）給水系統指令響應速度慢等問題。

為了使AGC、一次調頻達到南方電網“兩個細則”要求，其余模擬量調節系統能夠滿足機組大范圍變負荷要求，有必要對協調控制系統進行優化，使其既能加快機組響應速度，又能保證安全穩定運行。

1 協調控制系統優化分析

1.1 新增BIR動態回路

為了滿足機組大范圍快速變負荷要求，此次邏輯優化設計了負荷變化率BIR動態回路，即升降負荷時，立即增加或減少合適的煤量、水量以及風量，從而來滿足AGC快速響應的要求。在CCS投入與無RB信號情況下，BIR輸出值為當前實際負荷與延遲1min前負荷的差值，相當于實時負荷變化率。圖1中，BIR回路作用于各熱一次風調門控制，設置有±2MW死區；BIRFW作用于給水控制，無死區；BIRAF作用于總風量控制，無死區；IBRFM作用于總燃料控制，設置有±2MW死區；BIRRHDMP作用于再熱器煙氣擋板控制，設置有±2MW死區。

1.2 鍋爐主控

鍋爐主控優化了負荷鍋爐輸出曲線使鍋爐輸出與負荷更匹配，增強了鍋爐主控對汽壓偏差的控制，降低鍋爐主控對負荷偏差的控制，所以優化后的邏輯鍋爐汽壓主要靠鍋爐輸出即燃料和給水量來調節。

1.3 汽機主控

此次優化投入汽壓偏差修正回路，當汽壓偏差低于0.4MPa汽機主控不干預，負荷不會出現偏差。汽壓偏差大于0.4MPa汽機主控快速干預，從而消除主汽壓力變化對機組負荷的影響，同時對負荷控制回路增加前饋，負荷指令發生變化時，根據實測負荷指令變化量采集的變負荷速率增強汽機主控的變化量，提高汽機主控與LDC負荷指令的對應精度。

1.4 給水控制系統

優化后的給水指令由鍋爐主控輸出、BIR前饋、中間點溫度修正三部分來控制，同時增加變負荷時BIR前饋回路，重新調整了負荷與中間點溫度的對應函數及鍋爐輸出對應給水主控函數，并引入屏過溫度偏差來修正中間點溫度設定值，調整了減溫水流量對中間點溫度設定值的修正函數，優化中間點PID參數。為了兼顧調節靈敏性和防止過調，在BIR回路上設置了負荷對應的修正系數，在不同的負荷段，BIR前饋所加減的水量不同（偏置水量=BIR值×負荷對應給水修正系數×20）。

1.5 燃料主控

燃料指令由鍋爐主控輸出和BIR前饋控制。通過新增BIR前饋回路，增減相應的燃料量，加快鍋爐的動態響應速度。為減少煤質不穩定對煤量控制的影響，投入了BTU校正回路。當負荷變化時，由于BIR回路作用，提前增減相應的給煤量有5.85～35.1t/h（偏置煤量=BIR值×負荷對應燃料修正系數×3）。

1.6 總風量控制

風量指令由鍋爐主控輸出、BIR前饋回路、氧量校正三部分控制。新增BIR前饋回路，負荷變化時風量響應更快，以克服升負荷階段爐膛風量不足導致煙氣CO超標的情況，此回路不做負荷對應系數修正。

1.7 磨煤機一次風調門控制

通過調整熱一次風調門響應速度以及增加BIR前饋回路來增減一次風量，磨煤機冷一次風調門跟隨熱一次風調門開度及出口溫度，未對磨煤機風煤比曲線進行調整。當負荷變化時，適當提高增減風量幅度，及時將煤粉吹進爐膛。此外，還取消了磨碗上下壓差>3.25KPa自動減煤，改為只報警。

2 優化效果與存在的問題

2.1 優化效果

如圖2，優化后機組變負荷能力加強，基本能緊隨負荷指令變化，滿足中調對于負荷的精度要求。在升負荷階段，中間點溫度投自動，CCS系統自動進行調整，各項參數基本穩定，基本不用手動干預。

2.2 存在的問題

2.2.1 AGC負荷擺動，CCS超調

AGC指令擺動情況頻繁，有時幅度達到50MW之大，優化后機組緊隨負荷指令變化，但超調現象常有發生，原因是多方面的：汽機側主調門開關速度加快，并弱化壓力偏差的修正作用，加速了汽溫汽壓波動；鍋爐側壓力偏差閉鎖負荷值變大為±1.5MPa，基本上忽略了汽壓波動對加減負荷的影響；設置的BIR回路，加快負荷響應速度，同時也加劇了系統的擾動。當前看，機組在450MW～550MW內波動，各參數基本在規定范圍內。在300MW～450MW或550MW～600MW階段波動則參數波動大，很容易引起煤水比失調。在高低負荷階段，仍需細化BIR修正系數，減少煤量、水量、風量變化幅度，使各主要系統動作更加一致。

2.2.2給水波動幅度大

高負荷階段，AGC指令波動容易出現給水量超量程情況（超過2000 t/h），導致機組退出BM自動，從而退出CCS及AGC，造成中調負荷考核被動。在低負荷階段，給水量波動會達到750 t/h以下。根據運行情況看，在滿負荷階段或低負荷階段，短時間內給水量維持在負荷對應的給水量范圍，可以加快系統的穩定，不會導致煤量超調。所以建議給水量控制中設置上下限，在中間點控制投入自動時，給水量指令輸出設置上限1950t/h，下限800t/h。

2.2.3磨煤機冷、熱一次風調門動作幅度大

在升降負荷過程，由于煤量變化幅度大，磨煤機冷、熱一次風調門動作幅度很大，甚至全開全關，導致沒有調節余度使磨出口溫度無法達到設定值（特別是印尼煤種的磨煤機出口溫度常常超過65℃），同時造成燃燒中心移動，從而主汽及再熱汽容易超溫。

建議對各臺磨進口風量進行校正，并優化風煤比曲線，按風煤比曲線進行風門調整，加快對磨出口溫度的響應。煤量增加時熱一次風調門根據給煤量加上BIR指令開大，冷一次風調門開大比例應減小，這樣才能保證出口溫度不快速下降；煤量減少時，熱一次風調門關小，而冷一次風調門應開大一定開度，保證出口溫度不超溫。

3 運行中注意事項

3.1 給水調整

給水量設定值指令是由負荷對應函數設定，加上中間點偏置，再加上BIR回路前饋三者之和，正常情況下，不加減負荷時其數值可視為（鍋爐主控指令×1.1+中間點輸出值）×20。升降負荷過程中，給水量會存在比較大的過調，在機組高負荷時，要注意總給水量不要超設定量程，同時單臺汽泵出力不要超過1050t/h，否則應立即手動降低；在機組負荷到達350MW時手動開啟任一汽泵再循環調整門，并隨負荷的降低提高再循環門的開度，防止給水量發生大幅波動，加劇鍋爐擾動。

3.2 中間點控制

中間點溫度控制在自動模式時，由于中間點溫度函數修正、屏過出口溫度修正、減溫水量修正及中間點實際變化率修正等各回路作用，在負荷單一方向的加減時能使沿程溫度較為平穩，故正常情況下應使用中間點自動。中間點溫度控制投手動模式時，中間點控制輸出值直接作用于給水量，而BIR回路作用依然存在，所以在負荷指令有變動情況下手動調整給水量時要考慮BIR的前饋作用。在機組低負荷且AGC指令擺動的情況下，很容易造成中間點沒有過熱度，包覆過熱器進水，這時應該適當減低水媒比，加強沿程溫度監視。當出現水煤比失調，應及時手動干預。

3.3 制粉系統調整

變負荷時啟、停磨要及時，至少保持一臺磨在熱備用狀態，根據不同煤種選取合適的啟停磨時機。啟磨后煤量增加要參照煤水比，不要過快增加上層磨煤量，且風量調整過程中，注意避免出現磨煤機冷、熱一次風調門全開全關現象。BTU回路是通過計算實際煤種與設計煤種的發熱量比值從而修正實際燃料量使其滿足當前負荷要求。該回路投入時，燃料主控將發送按負荷對應的設計煤種折算成的實際煤種總燃料量至各制粉系統，減少了用實際煤量調整修正過程，在各負荷階段保證實際燃料量與負荷對應。

為了使鍋爐更快適應負荷變化，在運行中BTU應投入自動。當前主蒸汽畫面的水煤比參數為實際水量與實際煤量的比值，是最直觀的參考數據，在事故處理中應根據燃燒煤種對應水煤比調整水量或煤量。

參考文獻：

[1] 李建，戴錫輝.600MW機組協調控制系統優化[J].華電技術，2013，35（6）：25-29+35+85.

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