超臨界350 MW機組深度調(diào)峰熱工控制系統(tǒng)改造

馬銘宏，魯曉莽，吳 炬，劉維岐，劉 宇

(國電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110102)

隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的深入，2016年6月國家能源局綜合司發(fā)布了《關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點項目的通知》，確定了首批16個火電靈活性改造試點項目[1]。

為鼓勵火電機組參與深度調(diào)峰，提高電網(wǎng)調(diào)峰和新能源消鈉能力，東北、山東、新疆等地相繼出臺各自的電力輔助調(diào)峰服務(wù)市場運營規(guī)則，對參與深度調(diào)峰的機組實施補貼。國內(nèi)外專家針對火電機組深度調(diào)峰進(jìn)行的試驗與研究，大多集中在機爐設(shè)備改造以及設(shè)備安全穩(wěn)定運行方面，諸如避免受熱面超溫[2]、如何提高脫硝裝置入口煙氣溫度、低負(fù)荷鍋爐穩(wěn)燃等。本文以某350MW超臨界直流鍋爐為例，從控制和保護(hù)等熱工控制系統(tǒng)方面，闡述在機組深度調(diào)峰過程中，控制系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行的優(yōu)化改造情況。

1 機組存在問題

1.1 小機汽源控制

該350 MW機組為供熱機組，冬季供熱期間，隨著供熱抽汽量的增大，給水泵小汽輪機低壓供汽汽源不足[3]，需切換高壓備用汽源，因高低壓調(diào)門采用同一套油動機驅(qū)動，因當(dāng)前控制邏輯設(shè)置不合理，造成調(diào)門開啟過快，轉(zhuǎn)速飛升較高，曾發(fā)生過超速跳小機的現(xiàn)象，并且無法維持穩(wěn)定給水流量。

1.2 低負(fù)荷下的穩(wěn)燃

穩(wěn)燃是低負(fù)荷工況下鍋爐面臨的重要問題之一，既要確保燃燒穩(wěn)定，火檢信號清晰可靠，又要兼顧磨煤機本身運行狀況以及汽溫壁溫等方面的變化，不僅要注意燃料量與給水流量以及一次風(fēng)與送風(fēng)的配比，也要控制好磨入口一次風(fēng)速[4]，因此，針對低負(fù)荷工況，燃燒控制系統(tǒng)需整體重新全面優(yōu)化整定。

1.3 DCS基礎(chǔ)邏輯限制

因機組初始邏輯設(shè)計為50%以上負(fù)荷投入?yún)f(xié)調(diào)控制，故鍋爐主控、給水流量控制等皆設(shè)置較高的自動控制下限，故而需要重新梳理邏輯中的閉鎖關(guān)系，以保證機組能夠在自動狀態(tài)下在低負(fù)荷區(qū)間調(diào)整。對于自動控制回路，如給水、減溫水、燃料、一次調(diào)頻等不同負(fù)荷段的調(diào)節(jié)對象特性不同，這些調(diào)節(jié)對象是機組低負(fù)荷自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重點。

2 主要工作

2.1 小機汽源切換試驗

因邏輯設(shè)置不合理，過往汽源切換過程中，高壓冷再汽源投入后，小機轉(zhuǎn)速上升過快，甚至觸發(fā)超速跳閘[5]。試驗前先根據(jù)實際測量的高壓調(diào)門和低壓調(diào)門對應(yīng)油動機的實際行程，對轉(zhuǎn)速PID進(jìn)行合理的變參數(shù)設(shè)置；然后將準(zhǔn)備進(jìn)行試驗的小機退出上水狀態(tài)，并切至手動控制轉(zhuǎn)速，通過手動加減轉(zhuǎn)速，參照圖1試驗曲線，可以明確判斷出汽源切換點及油動機控制高壓調(diào)門和低壓調(diào)門之間的空行程；進(jìn)而對油動機指令進(jìn)行分段函數(shù)處理，解決油動機空行程問題與汽源切換過程中轉(zhuǎn)速飛升問題，使小機可以穩(wěn)定運行在各種工況下。

圖1 小機汽源切換試驗曲線

2.2 低負(fù)荷穩(wěn)燃控制

因深度調(diào)峰負(fù)荷下，低于50%Pe后，RB功能退出，不能動作，為保證低負(fù)荷運行時，任一重要輔機如汽泵、一次風(fēng)機、引風(fēng)機、送風(fēng)機、磨煤機、給煤機等發(fā)生跳閘后燃燒仍然穩(wěn)定，討論后新增邏輯，加入低負(fù)荷運行情況下上述輔機任一跳閘，自動投入等離子裝置邏輯，根據(jù)磨煤機的運行情況自下而上共投入最多2層等離子層。

深度調(diào)峰情況下，僅剩余2～3臺磨煤機運行，若此時某臺磨煤機出現(xiàn)故障跳閘后，易造成燃燒不穩(wěn)，投入等離子裝置邏輯后，也需要盡快啟動備用磨煤機，其余磨煤機按現(xiàn)有啟動允許，很難快速啟動，難以保證燃燒穩(wěn)定，故而通過優(yōu)化磨煤機啟動能量滿足信號，并加入快速啟動允許按鈕，保證深調(diào)期間事故處理時備用磨煤機可以快速啟動，穩(wěn)定鍋爐燃燒。

2.3 順序控制邏輯優(yōu)化

MFT邏輯優(yōu)化，原給水流量低低MFT動作邏輯為流量低于285 t/h，三取二動作[6]，延時3 s觸發(fā)MFT。因進(jìn)行深度調(diào)峰后，當(dāng)負(fù)荷降至33%Pe時，給水流量為330 t/h左右，為避免因流量波動造成MFT誤動，經(jīng)與廠家協(xié)商，將小于285 t/h動作的延時改為30 s，并新增條件，即負(fù)荷小于33%Pe時，如流量小于165 t/h，延時15 s即觸發(fā)MFT；如流量小于140 t/h，則延時3 s即觸發(fā)MFT，流量主保護(hù)的更新，為機組進(jìn)行深度調(diào)峰提供了進(jìn)一步的安全保障。

低負(fù)荷工況下，對汽動給水泵再循環(huán)門超馳開關(guān)邏輯增加了速率限制，避免因再循環(huán)調(diào)整門開關(guān)過快造成2臺汽泵搶水的危險。

2.4 自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化

a.給水流量指令下限由360 t/h改為330 t/h，以保證給水流量有足夠的調(diào)整空間。

b.進(jìn)一步給出了50%Pe以下的滑壓函數(shù)，使得機組在深度調(diào)峰期間仍然處于滑壓運行工況，并考慮供熱抽氣量對電負(fù)荷的修正，引入實時滑壓控制，使得機組變負(fù)荷以及穩(wěn)定運行過程中壓力更加平穩(wěn)。

c.一、二次風(fēng)配比優(yōu)化，一次風(fēng)壓既要保證一次風(fēng)機平穩(wěn)運行，又要確保磨入口熱風(fēng)調(diào)門有足夠的調(diào)整裕度，使之始終可以快速響應(yīng)煤量的變化，保障機組的變負(fù)荷速率。二次風(fēng)的控制既要考慮低負(fù)荷的氧量配比，也要重視不同磨組運行的爐膛內(nèi)配風(fēng)情況，既保證了燃燒的穩(wěn)定，也為脫硝控制的穩(wěn)定提供保障[7]。

d.通過分段函數(shù)的方式，重新整定50%Pe以下機組各自動回路的參數(shù)，以適應(yīng)被控對象不同的區(qū)間特性。

3 試驗結(jié)果

邏輯優(yōu)化后的機組，負(fù)荷可以降至118 MW并穩(wěn)定運行，圖2為負(fù)荷從118 MW穩(wěn)定運行后加負(fù)荷至180 MW并穩(wěn)定的曲線，橫坐標(biāo)為時間軸，采樣點600個，周期為12 s，共計2 h，縱坐標(biāo)左上為負(fù)荷設(shè)定(MW)、實際負(fù)荷(MW)，右上為主汽壓力設(shè)定(MPa)、主機壓力實際值(MPa)，左下為給煤量(t/h)，右下為給水流量(t/h)。由圖2中趨勢可見，機組負(fù)荷從低負(fù)荷開始升負(fù)荷，參數(shù)穩(wěn)定可控，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

圖2 120～180 MW變負(fù)荷

圖3為機組在118 MW負(fù)荷的趨勢，圖中參數(shù)跟圖2一致。如圖3所示，機組在118 MW負(fù)荷下，負(fù)荷相對穩(wěn)定，主汽壓力、給水流量、給煤量等參數(shù)均相對穩(wěn)定，機組可以很好地穩(wěn)定運行在118 MW負(fù)荷下。

圖3 118 MW負(fù)荷穩(wěn)定運行趨勢

4 后續(xù)工作

4.1 變負(fù)荷速率的提升

本次試驗，變負(fù)荷速率為2～5 MW/min，距離先進(jìn)機組的2%～4%Pe[8]，即7～14 MW/min尚有一定的差距，主要是受鍋爐及汽機固有特性的限制，目前該機組的變負(fù)荷控制主要是依賴于鍋爐蓄熱支持汽輪機調(diào)門快速動作的，而鍋爐燃燒慣性時間為4～6 min，故而依靠鍋爐蓄熱，煤量燃燒提升機組負(fù)荷響應(yīng)速率，且要保證運行參數(shù)相對穩(wěn)定，很難進(jìn)一步提升。

后續(xù)應(yīng)著重考慮利用系統(tǒng)內(nèi)其他蓄熱系統(tǒng)，通過諸如凝結(jié)水流量、供熱流量、給水流量等的調(diào)整，輔助負(fù)荷調(diào)整，提升負(fù)荷響應(yīng)速率。

4.2 實時煤質(zhì)校正環(huán)節(jié)的投入

煤質(zhì)摻燒后，導(dǎo)致入爐煤量的熱值發(fā)生變化，造成水煤比函數(shù)、負(fù)荷煤量函數(shù)等偏離設(shè)計值，瞬時煤質(zhì)校正并不能有效反映煤質(zhì)的變化，因此，應(yīng)引入實時煤質(zhì)校正環(huán)節(jié)，通過短時過往運行情況，對入爐煤量熱值進(jìn)行校正，確保機組運行參數(shù)穩(wěn)定。

5 結(jié)論

通過對鍋爐穩(wěn)燃控制優(yōu)化，設(shè)備保護(hù)邏輯梳理，各分支自動控制回路的寬負(fù)荷區(qū)間優(yōu)化等多個方面的改造，該350 MW機組在無設(shè)備改造、無助燃手段的前提下，實現(xiàn)了鍋爐純凝工況下118 MW額定負(fù)荷穩(wěn)定運行，完成了機組深度調(diào)峰的預(yù)期目標(biāo)。后續(xù)工作應(yīng)以電網(wǎng)深度調(diào)峰補貼政策為依據(jù)，以鍋爐、汽機主設(shè)備改造為重點，引入先進(jìn)的調(diào)整策略，挖掘機組深度調(diào)峰能力，并提高機組負(fù)荷的快速響應(yīng)能力。