火電廠提升AGC速率經濟運行優化措施分析

胡 恒

（國家能源集團黃金埠發電有限公司，江西上饒335101）

0 引言

國家能源集團黃金埠發電有限公司建設有2臺650 MW發電機組，#1機組于2007年3月投產，#2機組于2007年7月投產，配置由上海鍋爐廠生產的SG1913/25.40-M966型燃煤鍋爐。該鍋爐為超臨界參數、變壓運行、螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊П型結構、露天布置。鍋爐采用直吹式MPS制粉系統，溫風送粉。汽輪機為上海汽輪機廠生產的N650-24.2/566/566型三缸四排汽中間再熱凝汽式汽輪機。機組的控制系統由分散控制系統（DCS）和公用系統構成，均采用西屋OVATION控制公司分散控制系統。

在江西電網兩個細則考核要求以及推進電力現貨輔助服務形勢下，機組AGC響應率需要大于1%（即單機響應速度超6.5 MW/min）。黃金埠公司負荷精度控制性能較差，無法滿足AGC方式下的長期穩定運行。通過對機組主汽壓力、主再汽溫和機組AGC性能相關控制回路及其他主要模擬量控制系統進行優化、反復動態試驗，目前機組負荷響應已能滿足電網AGC速度需求。

1 影響AGC控制精度的客觀原因

1.1 主汽壓力波動大

穩定負荷時，主汽壓力存在明顯的振蕩，波動幅度達0.2～0.5 MPa；變負荷時，主汽壓力偏差可達1.0～1.5 MPa，明顯超過了正常的波動范圍，控制系統穩定性差。快速響應加減負荷時，甚至出現機組退協調，AGC被迫退出的狀況。

1.2 水煤比設計不合理，主再汽溫波動大，機組經濟性、安全性挑戰

機組水煤比控制選擇的屏過出口溫度控制點，易造成協調控制與過熱器減溫水控制的耦合，使水煤比控制嚴重失真，造成主、再熱汽溫動輒20～30 ℃的波動。機組運行參數的變化嚴重地影響到機組的經濟指標，使機組運行成本增加。同時參數波動也使機組的安全性能降低。若汽輪機主汽溫度變化過大，將導致鍋爐和汽輪機金屬管材及部件疲勞，還將引起汽輪機汽缸和轉子的脹差變化，甚至產生劇烈振動，危及機組的安全運行。過熱汽溫度過高，會使鍋爐受熱面及蒸汽管道金屬材料的蠕變速度加快，縮短使用壽命。

1.3 控制系統無法適應煤種變化

入爐煤種及熱值由于種種原因，偏離設計煤種，并且不能維持穩定。低價低灰熔點煤摻燒以來，鍋爐受熱面容易結焦，產生煙溫偏差的基礎性問題。

1.4 一次風控制系統存在設計缺陷

磨煤機一次風控制主要依靠進口熱風門調節，風門節流損失大，明顯增加一次風機電耗，且由于磨煤機部分一次風量測量測點失真，熱風門存在明顯的調節振蕩，影響整體鍋爐燃燒的穩定性。自動投入率低，響應磨組出力跟進的時效。

1.5 磨煤機等設備可靠性因素

給煤機卡跳以及落煤管堵煤，造成磨組隔層，頻次過高，磨煤機頻繁啟停，導致參數不穩。加載油系統控制邏輯缺陷，不能很好地執行變加載。

1.6 一次調頻回路設計不合理

調頻期間頻繁閉鎖汽機主控指令，給機組響應AGC控制帶來不利影響。

2 分析構建優化方向

2.1 制粉系統冷/熱風門控制性能、液壓加載系統以及一次風壓控制回路優化

冷風控溫度，熱風控風量。而風量往往測不準，通過加入粉管風速對熱風門的修正作用，磨煤機的加載力控制曲線優化，使對應煤量下的加載力變化更加敏感。試驗單臺磨組隨給煤量變化，自動調節其出口動態分離器頻率，使煤粉細度變化符合要求的同時，提升磨組制粉響應速度。提升一次風壓跟隨總煤量斜率，重新描定總煤量—風量曲線，使最佳過量空氣有效緊跟負荷變化。

2.2 汽機主控回路優化

增加機組負荷和調門線性回路，將汽機調門響應目標負荷對應調門的開度前饋量增大，使汽機響應負荷目標能力增強。

2.3 一次調頻控制回路優化

將對標頻率由50 Hz改為“網頻”信號，實現同源調節。采用“快進緩退”策略，避免汽機高調反向調節。

2.4 主汽壓控制回路、給煤量控制回路、給水量控制回路、中間點溫度控制回路優化

鍋爐的蒸發量不僅決定于燃料量，也決定于給水流量。當給水量和燃燒率的比例改變時，直流鍋爐各個受熱面的分界點也會發生變化，從而導致汽溫發生劇烈波動。機組響應負荷速率增大，迫使汽機調門響應負荷能力增強，考慮鍋爐蓄熱能力，合理給出給煤量需求輸出。給水跟隨總煤量找到合適延時，使水煤比動態波動，中間點及主再汽溫達到相對穩定。

2.5 自動給出AGC指令偏置

讓升負荷通道中的指令略大于AGC目標，實現超發電量，又不被調度考核。在低負荷深調及高負荷頂峰區間，適當降低響應速度，腰荷區間增大爬坡速度。

3 各模塊系統優化實施

通過改善機組的機、爐協調性，同時增強協調控制策略的自適應控制能力實現優化。

3.1 制粉相關系統調試

每臺磨組風管平均風速降低/增大時，自動開大/減小熱風門開度，保證每臺磨組的輸粉能力平穩。升/降負荷時，自動開大/減小熱風門開度，保證磨組通風能力和干燥出力，維持磨出口風溫在合理區間的同時，保證磨組風煤比處于合適的調節區間。

在升/降負荷過程中，提高/降低一次風壓力，提高經濟性。整定一次風機動葉控制回路調節參數，保證一次風壓與一次風壓設定的快速跟隨性。

送風控制按“加煤先加風，減風先減煤”控制思路，保證變負荷燃料量有足夠的燃料風，維持動態風煤比的穩定。氧量校正應根據變負荷狀態和超溫預警狀態實時調整，首先要保證機組具有足夠的燃料風且削弱機組超溫風險。機組的送風量應根據機組氧量實時校正，以保證機組運行的經濟性，同時減少NOx的生成。

表1 優化后的AGC響應速率排名

3.2 給水和中間點溫度控制調試

水的變化速率和時延小于煤量的變化時延。為保證水、煤配比同步，在煤量指令變化后，給定多級濾波使水量指令緩變，保證給水和給煤同步。

除基礎水量指令外，另添加一個給水流量補償器，即根據分離器出口溫度的變化，額外增加一個調節器。當分離器出口溫度升高/降低時，增加/減小水量，維持分離器出口的過熱狀態不要變化過大，避免轉濕態或者超溫。

3.3 鍋爐兩級過熱器出口溫度控制調試

對溫度的變化趨勢進行預測。根據鍋爐不同的燃燒配風方式和燃燒調整方式統計其汽溫變化規律，根據呈現的相應規律，構建減溫水指令前饋，以保證在鍋爐燃燒狀態發生變化時，主、再熱汽溫不發生較大的偏移。

4 優化效果

經過優化調試后，機組主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、送風控制、一次風控制和引風控制水平得到了較大提升，單機AGC控制性能也得到了一定程度的提升，且機組一次調頻能力得到了較大的增強，滿足了電網的考核要求，為發電側全面迎接電力現貨市場及滿足輔助服務需要奠定了良好的基礎。優化后江西省內各電廠機組的AGC響應速率排名情況如表1所示。

5 結語

國家能源集團黃金埠電廠#1機組在協調控制、一次調頻和機組運行方面存在不足，故采用DCS邏輯優化和智能外掛控制相結合的方式，對機組進行了全面優化，AGC響應速率及經濟指標得到了顯而易見的提升，運行人員勞動強度在一定程度上得到了緩解，但煤質不穩定以及堵煤等設備可靠性問題還有待解決。