超臨界發電機組調控的優化分析

安明剛內蒙古能源發電投資集團有限公司電力工程技術研究院

超臨界發電機組調控的優化分析

安明剛
內蒙古能源發電投資集團有限公司電力工程技術研究院

隨著科學技術的不斷發展，電力系統裝機容量的快速增加。高參數、大容量、單元制超臨界機組已經成為我國火力發電的主流。由于超臨界機組變參數的運行方式、直流運行特性、多變量的控制特點，非常符合國家在“十二五”規劃綱要中將“單位國內生產總值能源消耗降低”和“污染物排放總量減少”的特點。因此研究超臨界機組協調控制系統，如何對鍋爐機組調控系統進行優化,對提高機組的經濟性具有十分重要的意義。

超臨界發電機組協調控制

由于超臨界機組變參數的運行方式、直流運行特性、多變量的控制特點，與亞臨界汽包爐相比較在控制上具有很大的特殊性，因此，研究超臨界機組調控系統的優化，對于機組的節能降耗和安全運行有著非常重要的意義。為實現我國的可持續發展，進一步改進超臨界機組的燃煤發電技術，提高發電機組運轉效率，同時提高煤炭的利用效率，減少用煤量，降低對環境的污染，是改善現階段我國環境狀況最直接、最現實和最有效的途徑。

1 、協調控制系統的基本功能

隨著大容量發電機組在電網中不斷增多，用電結構也在變化并且逐步加大，對大容量機組參與調峰谷、調頻的要求也在提高，因此，超臨界機組的發展不僅僅是簡單地提高蒸汽參數就可以實現，還必須同時注重其他相關技術的開發和研究工作。

1.1 單元機組協調控制系統

單元機組協調控制系統是發電系統的主控系統，是電網綜合自動化的基礎，單元機組輸出的實際電功率與負荷要求是否一致，反映了機組與外部電網之間能量的供求關系，處于調節級的主控系統是協調控制系統的核心，而主蒸汽壓力是否穩定，則反映了機組內部鍋爐和汽輪發電機之間能量的供求關系,它對負荷指令進行運算處理形成控制決策，給出汽機負荷指令和鍋爐負荷指令。主蒸汽壓力的控制由鍋爐燃燒調節系統來完成。處于局部控制級的各子系統在機爐主指令下分工協調動作，使鍋爐汽輪機系統成為一個有機的整體，完成給定的控制任務。在單元制運行方式中，由于鍋爐和汽輪機的動態特性差異很大，而負荷控制又相互關聯，因而必須采用協調控制系統。隨著電力工業自動化水平的提高，發電自動控制的控制品質也提出了越來越高的要求。單元機組主蒸汽壓力是否穩定，反映了機組鍋爐和發電機之間能量的供求平衡關系。而輸出的實際電功率與負荷要求是否一致，則反映了機組與外部電網之間能量的供求平衡關系；因而單元機組內外兩個能量供應平衡關系相互間受到制約。

1.2 單元機組協調控制系統基本功能

單元機組協調控制系統是為解決內部參數穩定與外部負荷相應性能之間固有矛盾的一種控制系統。它將鍋爐和汽輪發電機作為一個整體進行控制，很好地協調發電機和鍋爐兩側控制動作，在確保主汽壓力偏差在允許范圍內的前提下，使機組輸出電功率很快適應電網負荷變化的需要。為了單元機組安全、暢通地運行，必須將機組在過程中的主要工藝參數嚴格控制在規定的范圍內，因為機、爐兩大部分是一個發電整體，但是也有動態特性差異。所以，這就需要在機、爐的多個基本控制系統之上設置一個上位控制系統，以此來實施汽輪機和鍋爐在相應負荷要求時的協調動作與配合，這樣單元機組的自動控制系統從總體上看，構成一個由上層的負荷控制系統和下層各基礎控制級兩部分組成的分級型控制系統，起到了最基本、最直接的控制作用。單元機組的控制質量將直接影響負荷控制質量，只有組織好各子控制系統并保證其具備較高控制質量的前提下，才能組織好協調控制，達到要求的控制質量。

2 、單元協調控制系統的作用

協調控制系統的運用能夠對火力發電中的各個設備和機組進行控制，機爐主控制器的主要作用是根據鍋爐和汽輪機的運行條件和要求，選擇合適的負荷控制方式，實現自動化的發展趨勢，為火電廠機組運行提供安全保障，減少運行期間事故發生幾率，對整個火力發電系統產生巨大的促進作用。機爐協調控制系統科學的設計和實現，能夠確保火電廠機爐機組實現安全、可靠、經濟、環保的運行，有利于火電廠的設備的維護[1]。因此，只有設計好各個子控制系統，才能實協調控制系統的作用，從而達到要求的控制質量。調控系統的投入使用可以為火電廠操作人員提供科學合理的指導，有利于引導操作人員按照操作規程進行合理的設備操作，保障工作人員的人生安全和火電廠財產不受侵害。

3 、超臨界發電技術優化的必要性

隨著科學技術的不斷進步，應用先進技術發展起來的機爐協調控制系統已經廣泛的應用在火力發電廠中，并且運行技術已很成熟，為我國在控制系統的技術開發上發揮了優勢，同時也給實現電力系統的跨越式發展提供了機會。新型發電技術的快速發展，使得超超臨界發電技術在電力行業更具有技術繼承性，由于具備顯著的節能減排效果，根據我國現階段火力發電技術的飛速發展，我國已經具備了發展超超臨界技術的基礎條件，有條件在短時間內實現規模化生產。超臨界技術將成為21世紀燃煤火電機組很具有競爭力的技術。立足于較高的起點!，充分利用當今世界最新的科技成果！優化火電發電結構!，縮小與國外先進水平的差距，自主實現我國1000MW超超臨界機組的設計技術的全面優化，把近期目標定在當前國際水平，跨入發展超超臨界機組的發展階段，為業主提供高端產品，努力實現社會資源的最優化和客戶效益的最大化共同努力。

根據我院近年來對超臨界發電設計創新優化的研究，結合國內外對超臨界燃煤發電技術研究的科研成果，目前已總結歸納出一套較為成熟的設計理念及技術方案，正逐步運用于超臨界機組的工程實踐中。在火電發電未來的發展過程中，我們將會實施更加優質的節能減排措施。在發展低碳經濟過程中，超臨界技術優化設計將成為我國火力發電系統成熟的技術路線。

總之，隨著我國國民經濟的快速發展，能源問題及環境問題是全社會廣泛關注的問題，在未來的火力發電中，采用超超臨界發電機組調控技術，使火力發電的節能降耗技術，在火力發電廠的運營廣泛的應用，是有效緩解我國能源問題以及環境問題的重要舉措。

[1]毛健雄.氣候變化對潔凈煤發電技術的挑戰.中國電力論壇，2009.11.

[2]馮偉忠.1000MWe超超臨界機組的優化設計和技術創新.上海電力，2007.20.

[3]全國電力職工技術成果獎.[一等獎]1000MWe直流鍋爐整