超超臨界直流機組節能型協調控制系統設計方法

梁春杰

中煤新集利辛發電有限公司 安徽亳州 236000

1 超超超臨界機組控制系統主要功能及存在的問題

1.1 機組控制系統的功能

在正常運行條件下，控制系統協調和控制鍋爐和渦輪機的運行。控制系統實現以下功能：

（1）調度負荷變化調整；（2）一次調頻；（3）二次調頻。

機組控制系統的質量最終決定了整個機組的動態特性，包括：

（1）靈活性，即單位負荷變化的能力；（2）大沖擊后的穩定性，即單位負荷變化或大擾動后的系統穩定時間；（3）小沖擊后的穩定性，即機組在穩態工況下的穩定性、調節機構的磨損等。上述要求都是通過機組的控制系統實現的。為了實現這些目標，基于模型的超調控制和復雜控制是不可避免的。

1.2 傳統控制的問題

燃煤機組的控制面臨以下問題：

（1）機組負荷。負荷降低時，汽輪機循環熱耗率會明顯增大，導致機組效率會明顯下降。額定工況下效率較高。

（2）過熱器減溫水、再熱器減溫水。鍋爐投入減溫水以后，使得鍋爐內水溫下降，需要消耗一部分熱能來提高水溫，使其得到額定值，這部分加溫能量的消耗就降低了鍋爐效率特別是使用再熱器噴水減溫，使噴入的減溫水要全部變為蒸汽，使得再熱蒸汽流量增加，在負荷不變時，中、低壓缸的做功比例增大，高壓缸做功比例減小，也就是低參數的再蒸汽（循環效率低）排擠了高參數的過熱蒸汽（循環效率高），故機組效率降低。再熱器減溫水每增加10t/h，鍋爐煤耗升高 0.19g/kWh。所以在日常運行中要嚴格控制再熱器減溫水開度以達到節能的目的。

（3）排煙損失。一般情況下排煙溫度每增加 10℃，排煙熱損失增加 0.6% -1%，相應多耗煤 1.2%- 2.4%。

（4）漏風損失。漏風包含了空預器漏風跟爐膛漏風。漏風率降低，可保證鍋爐燃燒氧量充足，減少鍋爐不完全燃燒熱損失和排煙熱損失，排煙溫度降低，鍋爐效率提高。

（5）凝汽器真空、端差。真空高機組做功能力越強。端差越大說明換熱效果越差，機組效率越低[1]。

（6）廠用電率。合理降低廠用電率能極大地提高經濟效益，牽扯到全廠各個設備系統的啟停管理，應在日常管控中加以體現。

2.7 飛灰含碳量

在鍋爐各項熱損失中，機械不完全燃燒熱損失僅次于排煙熱損失，約占鍋爐熱效率的 0.5% - 5%。

2 基于預測的新型節能協調控制設計方法

2.1 優化運行方式

超超臨界發電機組在運行的過程中，由于運行方式的不合理，導致在運行過程中出現大量的能源損失，對此，應結合實際運行情況，優化其運行方式，進而提高其運行效率。首先，應根據機組運行需求，合理調整運行參數，并通過大量的實踐經驗數據總結，不斷優化其參數。其次，應采用先進的DCS 分散控制系統，實現對機組運行進行有效的控制，尤其是對鍋爐燃燒情況的監測，一旦發現鍋爐運行異常或運行效率不高，應及時分析其原因，并采取針對性的處理措施，保證鍋爐運行的高效性，降低燃料浪費。再次，應結合實際運行情況，選擇合理的工藝系統。機組運行中所采用的制粉系統應采用中速磨煤機正壓冷一次風機直吹系統，這種方式具有系統運行簡單可靠，且設備的運行故障發生率低，而且能夠有效降低制粉的電能損耗，從而達到提升機組運行的經濟性目的[2]。

2.2 重要運行參數的全天候自適應修正

傳統的集散控制系統的控制電路，一旦其控制參數確定，就不能再隨時間變化，所以如果集團未來的運行環境發生變化，影響將是巨大的；自動增益控制優化控制系統所使用的神經網絡算法是一種競爭網絡系統，能夠不斷學習和適應調整組中控制參數的變化，重要控制參數如燃料熱值、蒸汽消耗、組滑動曲線、中間點溫度調整曲線和粉末制造系統的慣性時間可以通過該算法自動校正，然后基于上述參數變化計算與自動增益控制優化控制系統相關聯的閉環控制設置，以確保系統繼續在線工作，從而控制相關性能逐漸接近最優值。

2.3 進一步優化了AGC運行方式

傳統的分散控制系統（DC）控制方案沒有區分機組工作方式和自動增益控制模式，因為自動增益控制優化控制系統包括一個特殊的優化模塊，其作用是整合智能預測，一方面通過分析和比較當前自動增益控制機組參數、實際傳輸功率、電網頻率等，預測“計劃EMS自動增益控制指令”的未來變化。另一方面，記錄參數，如燃料量、空氣量和供應給機組的水量，進行測試和挖掘，預測表示鍋爐運行能力的“鍋爐熱功率信號”的未來變化，并根據兩者之間的對應程度調整鍋爐指令的變化量。相關應用實踐的結果表明，自動增益控制模式的特殊優化模塊的增加可以顯著減小燃料量、氣流量、供水量的波動范圍。和水在降低的單位溫度下流動，不影響AGC負載的響應速度，能有效延長鍋爐管的壽命，減少爆炸的發生[3]。

2.4 獨立硬件平臺的建立，安全性和兼容性顯著提升

自動增益控制優化控制系統主要建立了一個獨立的硬件平臺，該平臺使用通信方式，并將其作為擴展的分布式處理單元集成到集散控制系統中。此外，集散控制系統的邏輯控制單元沒有修改，但增加了一小部分切換邏輯，使工作人員可以在不受干擾的情況下輕松地從集散控制系統切換到自動增益控制優化控制系統。同時，測試和修改擴展部分的控制邏輯對集團的正常運行沒有影響，可以顯著提高優化控制系統的調試效率和安全性，也為未來新技術的應用升級提供了堅實的基礎。

3 結語

本文章涉及一種節能協調控制系統，利用熱力系統的儲能技術，在滿足電網峰值調頻要求的同時，實現機組的經濟安全運行。