超臨界機組深谷調峰控制系統策略優化

郭佳玉

摘要：針對電網峰谷差日益加大，為適應電網負荷需求，火電機組參與深谷調峰勢在必行，國電電力大連莊河發電有限責任公司為超臨界機組，機組在低負荷時導致鍋爐蓄熱小，燃燒不穩定，影響機組安全運行，對機組AGC下協調控制、保護、穩燃策略進行了優化。重新整定鍋爐主控、燃料控制、給水控制以及一次風壓力控制等回路系統控制參數，增加投油穩燃、省煤器給水旁路邏輯。優化后的控制策略在莊河電廠兩臺機組中得到了應用，實踐證明控制策略優化效果較好，機組可以在180MW-600MW任意工況下投入自動發電控制（AGC）方式和一次調頻，滿足電網調頻調功的要求。

關鍵詞：深谷調峰;自動發電控制;一次調頻;協調控制;RB

超臨界發電技術是一種高效、環保、可靠的發電技術，煤耗低，污染物排污量少;超臨界機組控制技術是超臨界發電技術中的重要一環，與機組的安全、穩定、經濟的運行密切相關。研究和掌握大型超臨界機組的動態特性，改進和優化超臨界機組的控制策略，促進超臨界機組的一些關鍵控制技術的提高，對提升我國超臨界機組的自動化水平、促進節能降耗具有重要意義。

國電電力大連莊河發電有限責任公司2×600MW超臨界機組，采用正壓一次風、直吹式制粉系統，前后墻對沖燃燒方式。設計煤種為發熱量5070大卡的煙煤。當前我公司達到電網調峰要求，針對鍋爐蓄熱小，燃燒不穩定，對控制系統策略進行了優化。

1.莊河電廠超臨界600MW機組概況

1）機組控制系統

國電電力大連莊河發電有限責任公司2×600MW國產超臨界機組采用北京國電智深控制技術有限公司（國電智深）自主知識產權的EDPF-NT分散控制系統實現主輔控系統的控制，這是國內第一個采用國產自主化DCS系統的600MW超臨界機組項目，也是國內第一個采用一體化系統平臺實現600MW超臨界機組主控和輔助車間控制的項目。2007年8月6日莊河電廠#1機組順利通過168小時滿負荷試運行，配套輔控系統也已投運，實現了在集控室對主輔控系統進行集中監控。在168小時滿負荷試運行期間，自動投入率95%，保護投入率100%，機組協調控制一直投入并成功實現AGC控制，負荷、主汽壓和主汽溫等主要參數的控制精度均達到電力行業標準。機組投運以來，RB動作成功率為100%。

2）機組控制對象特點

直流鍋爐的蒸汽生產過程不同于汽包鍋爐，水-汽轉換是一次完成的，因此直流鍋爐的控制也有別于汽包爐。汽包爐通過汽包將蒸發區和過熱區截然分開，給水、燃料、汽溫控制系統之間聯系不密切，汽包爐的燃料控制，給水控制和過熱汽溫控制是相對獨立的，控制系統的設計也是相對獨立的;但是直流鍋爐的燃料控制系統、給水控制系統和過熱汽溫控制系統是相互聯系、相互作用、相互影響、相互耦合的，當鍋爐負荷、燃料量或給水量發生變化時鍋爐的各段受熱面都將發生變化，隨之過熱汽溫就會發生變化，因此直流鍋爐的燃料控制系統和給水控制系統必須密切配合、相互協調、嚴格保證燃料量與給水量的平衡，不僅要保持燃/水比穩態下的平衡，而且要保持燃/水比動態下的平衡，如果這種平衡被打破，產生的危險性會很嚴重，甚至危及機組的安全運行。所以直流鍋爐只有嚴格保證燃/水比，才能在快速滿足外界負荷要求的同時，保證主汽壓力和溫度的穩定，控制燃/水比是維持鍋爐出口汽溫的主要調節手段，減溫噴水只能作為控制鍋爐主汽溫度的輔助調節手段、對主汽溫度起細調作用。

噴水減溫對超臨界直流鍋爐機組來說僅僅能夠快速改變汽溫，并不能始終起到維持汽溫穩定的作用，因為超臨界直流鍋爐的過熱受熱面的長度和熱焓會隨著工況的變化而變化。為了能夠通過改變噴水量來校正汽溫，控制系統應該使噴水流量和總給水流量之比維持在設計的百分數左右。

由于直流鍋爐沒有汽包環節，機組總的汽-水循環工質質量下降，循環速度上升，工藝特性加快，這就要求控制系統要嚴格保持工作負荷與燃燒速率之間的關系、控制系統的實時性要強、控制的快速性要好、協調控制要及時和準確。

在直流爐工藝結構中，采用直吹式燃燒方式的機組是控制策略設計的又一個難點，由于在機組燃燒系統的數學模型中納入了給煤、制粉等工藝環節，大大增加了燃燒系統的純遲延和滯后特性，動力學響應速度進一步下降。這就要求在控制系統設計中采取有效措施提高控制作用的快速性，克服燃燒系統的純遲延性、大滯后性，加速鍋爐側的動態響應。

2.機組控制系統優化原理及方法

1）機組協調控制優化原理及方法

機爐全協調控制方式的控制策略采用鍋爐既調功又調壓，汽機既調功又調壓的運行方式，并同時參與電網一、二次調頻，原理如圖1所示。

圖1機爐全協調控制原理圖

針對本超臨界機組特點和電網對機組既能帶基本負荷，又能調峰運行的要求，在進行控制系統配置和構造協調控制策略時，考慮了控制作用的快速性、穩定性、準確性，在汽機主控增加壓力拉回回路，在鍋爐主控增加功率影響回路，采用全協調控制策略。同時降低負荷指令、鍋爐主控、給水控制等各主要控制回路前饋控制的下限值。

2）投油穩燃邏輯原理

在負荷低于240MW時，任意一臺磨煤機非人為停運，因電氣故障或保護跳閘時，連鎖投入B、C層油槍，保證燃燒穩定，滿足鍋爐能量需求，防止事故擴大。

3）增加省煤器給水旁路設備及相關邏輯

經測算和實際運行經驗，鍋爐在低于200MW時煙氣溫度低，脫銷SCR入口溫度低于300℃，不滿足運行條件，需投入省煤器給水旁路。在控制系統設計上，增加憋壓閥、給水旁路調節閥邏輯。為了防止誤操作等原因，在240MW時，省煤器旁路憋壓閥允許送電，省煤器給水旁路設備才可以操作。在保證脫銷系統要求的同時，保障低負荷時機組安全。

3.優化效果與結論

莊河電廠超臨界機組經過此次優化后，在180MW低負荷運行時，主要設備和主要輔助設備可以安全穩定運行，AGC及一次調頻負荷的響應能力較快，在整個遼寧地區處于領先位置，負荷升、降速率達到甚至可以說完全超過了遼寧電網的要求，說明此次協調系統的優化達到了預期的效果。

參考文獻：

[1]劉吉臻.協調控制與給水全程控制.中國電力出版社，1995

[2]姚遠，劉巖.600MW超超臨界機組協調控制系統設計.東北電力技術，2009（1）：42-45.