“兩引一送”機組引風機RB控制研究

趙 宇，鄒包產(chǎn)

(中國大唐集團科學技術(shù)研究院有限公司西北電力試驗研究院，陜西 西安 710065)

0 引言

隨著火電機組主要輔機制造廠制造水平的提升，主要輔機單列配置的機組在國內(nèi)已逐漸出現(xiàn)，且機組參數(shù)等級也向著大容量、高參數(shù)發(fā)展[1]。采用兩臺引風機、一臺送風機、一臺空預器配置的機組組成“兩引一送”單輔機[2]。

輔機故障減負荷(runback,RB)功能是指當機組重要輔機突然跳閘，且機組最大理論出力小于當前實際負荷時，自動控制系統(tǒng)快速將負荷降至機組實際所能達到的相應出力，并保證機組主要參數(shù)在安全范圍內(nèi)變化。RB控制策略能夠提高事故時機組的自動調(diào)節(jié)和故障處理能力，避免造成重要設(shè)備損壞或非正常停機，保證機組的長周期、安全穩(wěn)定及經(jīng)濟運行[3]。

采用“兩引一送”配置的超超臨界機組與常規(guī)機組相比，在引風機RB功能的實現(xiàn)上有較大區(qū)別。因此，本文結(jié)合某660 MW超超臨界機組進行引風機RB功能研究，并根據(jù)機組運行特點提出了一些優(yōu)化方案，最后通過現(xiàn)場動態(tài)試驗對控制方案進行了驗證。

1 超超臨界機組引風機RB控制策略

1.1 RB觸發(fā)及復位條件

RB觸發(fā)條件為機組處于協(xié)調(diào)運行方式或機跟隨運行方式時，實際負荷高于RB觸發(fā)負荷，兩臺正常運行的引風機中任一臺跳閘。

RB復位方式包括運行人員手動復位和RB控制系統(tǒng)自動復位兩種。RB控制系統(tǒng)自動復位條件是機組實際負荷低于RB復位負荷或RB動作持續(xù)6 min。

RB觸發(fā)負荷和復位負荷的設(shè)置應根據(jù)單臺引風機最大出力試驗結(jié)果確定。

1.2 RB目標負荷、負荷變化率及目標燃料量

引風機RB觸發(fā)后，機組實際負荷指令按照設(shè)計的負荷變化率降至RB目標負荷。

對于引風機RB動作，負荷變化率一般選擇為100%額定負荷/min。機組的負荷變化率直接影響鍋爐燃料指令變化速率，對于機組快速降負荷起著重要作用[4]。

RB目標負荷應低于單臺引風機所能承受的最大負荷。根據(jù)RB動作前鍋爐燃料指令和實際負荷相比較得出單位負荷對應的燃料指令，最終折算出RB目標負荷對應的RB目標燃料量。

1.3 RB動作回路

引風機RB動作后，機組自動切至“機跟隨”控制方式和“滑壓”運行方式，鍋爐主控強制跟蹤計算后的RB目標燃料量。運行磨組按照預先設(shè)計好的順序和延時時間依次跳閘，最終保留3臺磨組運行。

自動控制系統(tǒng)在正常工況下均設(shè)計有被控對象的設(shè)定值與實際值偏差大切手動保護。但在RB動作過程中，控制系統(tǒng)主要參數(shù)可能超出正常波動范圍。因此，重要的自動控制系統(tǒng)，如協(xié)調(diào)、汽溫、爐膛負壓、總風量、一次風壓等應在RB動作期間退出偏差大切手動保護功能，使其可以繼續(xù)保持在自動方式下運行，增加RB成功幾率。

引風機RB動作時，一臺引風機跳閘后，另一臺引風機動葉快速增加至最大，彌補送風、一次風與引風的出力不平衡。為防止引風機過電流，應根據(jù)風機最大出力試驗結(jié)果對其動葉指令輸出進行上限限制。

由于RB動作后，機組處于“滑壓”運行方式，主蒸汽壓力設(shè)定值以一定速率下降，且鍋爐主蒸汽流量下降速度遠低于鍋爐燃料量下降速度，導致主再熱汽溫會有較大幅度下降。因此，應在RB發(fā)生后超馳關(guān)閉過熱器、再熱器減溫水調(diào)門。

2 RB控制難點

超超臨界機組的加熱段、蒸發(fā)段和過熱段三者之間沒有固定分界點，受不同負荷下給水流量、鍋爐燃料量等參數(shù)變化的影響，最終導致中間點溫度和主蒸汽汽溫的相應變化。因此，保持合理的水煤比和風煤比，對于超超臨界機組RB控制至關(guān)重要[5]。

機組引風機RB發(fā)生時，爐膛負壓是機組所有重要參數(shù)中變化劇烈，也是有可能引起鍋爐跳閘的參數(shù)。在引風機RB動作過程中時，保證送、引風機之間的動態(tài)平衡關(guān)系，是機組送、引風機RB試驗成功的關(guān)鍵[3]。

在“兩引一送”配置的超超臨界機組引風機RB動態(tài)過程中，存在以下控制難點。

①常規(guī)機組通常配置有兩臺引風機、兩臺送風機、兩臺空預器。引風機RB動作時，聯(lián)鎖跳閘對應側(cè)送風機。此時，如果爐膛內(nèi)部燃燒沒有其他異常擾動時，自動控制系統(tǒng)可以迅速將爐膛負壓控制在合理范圍內(nèi)。對于采用“兩引一送”配置的機組，當一臺引風機跳閘后不能聯(lián)鎖跳閘送風機，導致引風機與送風機、一次風機出力之間的動態(tài)平衡被打破，爐膛負壓快速上升。因此，需要設(shè)置合理的風量控制策略，保證調(diào)節(jié)的快速性和準確性。否則，可能導致爐膛負壓保護動作引發(fā)鍋爐主燃料跳閘(main fuel trip,MFT)，或者爐膛內(nèi)風煤比嚴重失衡，燃燒情況進一步惡化，RB自動調(diào)節(jié)失敗。

②RB過程中，磨煤機按照預先設(shè)定好的順序和間隔時間依次跳閘，鍋爐燃料量迅速減小，但鍋爐蓄熱量相對較大。此時，應保證給水流量控制與燃料量相匹配，同時鍋爐煤水比函數(shù)的慣性時間應設(shè)置合理[6]。給水流量下降過慢，可能導致水煤比嚴重失衡，中間點溫度及主蒸汽溫度下降幅度過大。給水流量下降過快，可能導致中間點溫度及過熱度快速上升甚至達到保護值，引發(fā)鍋爐MFT，RB自動調(diào)節(jié)失敗。

3 引風機RB控制策略優(yōu)化方案

針對“兩引一送”超超臨界機組引風機RB的控制難點，本方案在常規(guī)控制策略的基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化。

①引風機RB動作時，另一臺運行的引風機動葉切至強制跟蹤方式，并超馳開至指令上限，延時3 s后跟蹤狀態(tài)解除，恢復至自動控制模式。引風機動葉自動控制系統(tǒng)通常設(shè)計有送風動葉開度對引風動葉的前饋作用，在RB動作期間應通過變化速率限制方式大幅弱化該前饋量，防止在RB初期送風機動葉開度快速減小，導致引風機動葉在爐膛負壓自動控制過程中出現(xiàn)反調(diào)。

②總風量控制系統(tǒng)的風量設(shè)定值基于鍋爐給煤量，引風機RB動作后鍋爐給煤量指令到位需25～30 s，經(jīng)慣性環(huán)節(jié)處理后的風量設(shè)定值到位需要時間更長。此過程中，單臺引風機出力無法維持爐膛負壓在安全范圍內(nèi)。針對此問題，設(shè)計負荷指令對送風機動葉的前饋作用。當引風機RB動作時，負荷指令切換至RB目標負荷，前饋量相應減少至RB目標負荷對應的送風機動葉開度，最終作用送風機動葉開度快速減小，保證單臺引風機出力與對應的送風機、一次風機出力相匹配。

③RB動作過程中，為防止中間點溫度變化幅度過大，單獨設(shè)計針對RB工況下中間點溫度控制的PID參數(shù)，保證在RB時將中間點溫度控制在合理范圍內(nèi)。其作用效果應強于正常的負荷升降過程。同時，由于RB過程中，鍋爐燃料量快速下降，因此RB工況下鍋爐煤水比函數(shù)的慣性時間應小于正常工況下的時間，根據(jù)機組鍋爐燃料與給水流量特性關(guān)系合理設(shè)置。

④機組RB過程中汽輪機處于滑壓控制方式。當壓力設(shè)定值下降較快時，將導致實際壓力下降較快。此時，汽輪機調(diào)閥開度較大，主蒸汽流量和機組負荷下降緩慢。一旦主蒸汽溫度出現(xiàn)下降拐點，將快速下降，且下降幅度較大，即使增加燃料量也無法立即遏制蒸汽溫度的下降[7-10]。因此,單獨設(shè)計RB工況下的壓力變化率和滑壓曲線。RB壓力變化率應略小于正常工況的變化率且RB滑壓曲線較正常曲線適當放緩，防止主汽壓下降過快導致的主汽溫大幅波動。

4 引風機RB試驗

引風機RB動作過程機組主參數(shù)曲線、爐膛負壓自動控制曲線分別如圖1、圖2所示。

圖1 主參數(shù)曲線Fig.1 Main parameter curves

圖2 爐膛負壓自動控制曲線Fig.2 Automatic control curves of furnace negative pressure

試驗開始前，機組處于協(xié)調(diào)控制方式，“滑壓”運行方式，RB功能投入，5臺磨煤機運行，各主要自動控制系統(tǒng)工作正常，輔機及輔助設(shè)備運行正常。機組負荷662.54 MW，主蒸汽壓力26.84 MPa，主汽溫586.25 ℃，再熱汽溫599.3 ℃，總?cè)剂狭?89.61 t/h，機組其他各主要參數(shù)穩(wěn)定。

運行人員手動打閘引風機B，觸發(fā)引風機RB，機組切至“機跟隨”運行方式，RB目標負荷360 MW，負荷變化率為660 MW/min。E磨煤機跳閘，延時10 s后D磨煤機跳閘，保留3臺磨組運行，目標煤量159 t/h。實際負荷從662.54 MW降至389.50 MW，實際主汽壓力降至22.85 MPa，中間點溫度變化范圍為412.60～450.40 ℃，爐膛負壓變化范圍為-312.92～+873.39 Pa，其他各參數(shù)運行正常。負荷降至RB復位負荷，RB試驗結(jié)束。

5 結(jié)論

大型火電機組的RB控制是一項需要多個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作的、復雜的綜合性控制。針對“兩引一送”配置機組的運行方式，結(jié)合超超臨界機組的特點，設(shè)計符合660 MW超超臨界機組的引風機RB控制策略，最終實現(xiàn)“兩引一送”這種特殊配置機組引風機RB的精確控制。試驗結(jié)果表明，完善的RB控制功能可實現(xiàn)運行工況的平穩(wěn)過度，為機組安全、穩(wěn)定運行提供了保障，同時為在其他同類型機組上的推廣應用起到了示范作用[8]。