300 MW燃煤機組供熱工況時協調控制策略研究及應用

胡紹宇，張 強，褚云山，張連旭

(遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 存在問題

我國東北地區橫跨中溫帶與寒溫帶，冬季寒冷漫長，供暖期一般從10月份開始，直到第二年5月份結束。長達半年以上的冬季供暖期，對供熱機組穩定運行提出了較高要求，一方面要滿足供熱任務，確保民生發展[1]；另一方面要根據電網調度要求滿足供電任務。目前大部分燃煤供熱機組在冬季供暖期主要存在的問題如下：①綜合閥位長期位于90%開度以上，導致一次調頻動作效果不明顯；②主蒸汽壓力波動較大，容易造成重要輔機設備跳閘，甚至引發停機事故[2]。

2 原因分析

機組處于非供熱工況時，DCS系統接收電網調度AGC負荷指令，該負荷指令通過負荷上限限幅、負荷下限限幅、負荷速率限制，得到機組負荷指令LDCOUT[3]。LDCOUT負荷指令通過函數轉換，對鍋爐主控、汽輪機主控以及協調控制子系統進行賦值，最終分別形成給煤量指令、閥門開度指令、主蒸汽壓力設定指令。LDCOUT負荷指令是機組要達到的負荷目標，根據該負荷目標，機組判斷需要提供的煤量及配置的風量，根據風煤比決定最終發電量。機組處于非供熱工況時根據“電負荷”指令來提供能量，該能量僅滿足“電負荷”需求[4]。

機組處于供熱工況時，最終輸出的能量分為兩部分，一部分用于供熱，一部分用于常規發電。一般運行人員通過調整供熱蝶閥開度來保證供熱負荷，此時AGC負荷指令仍是非供熱工況的負荷指令。當機組仍以AGC負荷指令作為負荷目標，提供的能量一部分用于供熱后，剩余能量不足以滿足供電需求。由于供熱蝶閥開度變化頻率不大，機組常規供熱能量的波動頻率遠小于AGC負荷波動頻率，所以當提供的能量不夠分配即汽輪機進汽量不夠時，需要通過汽輪機主控增大綜合閥位開度來增加進汽量[5]。因此綜合閥位開度常常處于90%以上，造成閥門流量特性較差，一次調頻動作效果不明顯。同時主蒸汽壓力設定也受到“電負荷”影響，當實際主蒸汽壓力值與設定值存在偏差時，鍋爐主控通過調整給煤量來減小偏差，造成給煤量及主蒸汽壓力的波動。

3 解決方案

機組處于非供熱工況時，鍋爐負荷目標采用LDCOUT負荷指令；機組處于供熱工況時，鍋爐負荷目標采用“電+熱”負荷指令，運行人員手動切換。為保證機組安全，防止運行人員誤操作，設置條件為機組處于基本方式運行[6]，如圖1所示。

圖1 供熱工況切換邏輯

機組處于供熱工況時，采用弗留格爾公式全修正的主蒸汽流量替代機組負荷指令，可以避免供熱蝶閥調整引起的調節級壓力波動問題。主蒸汽流量能夠表征“電+熱”能量需求，可以作為鍋爐負荷目標指令。

主蒸汽流量作用到鍋爐側子系統時，容易出現正反饋的問題。將原有負荷煤量曲線輸入由LDCOUT負荷指令改為主蒸汽流量折算的鍋爐實際負荷指令后，當主蒸汽流量增大時，給煤量增大，給煤量增大又導致主蒸汽流量增大，形成正反饋，最終造成控制參數發散，失去控制效果。主蒸汽流量增大導致主蒸汽壓力設定值增大，最終造成鍋爐超壓，引發安全事故[7]。正反饋流程如圖2所示。

圖2 正反饋流程

解決正反饋問題需要根據不同的子系統提供不同的解決方案。用于調整給煤量的負荷煤量前饋指令采用“電+熱”負荷的方式，電負荷為LDCOUT負荷指令，熱負荷由供熱蝶閥開度和熱網加熱器抽汽調節門開度通過函數擬合生成。該方法保留了LDCOUT負荷指令，不僅對AGC指令直接作出響應，同時使供熱蝶閥調整頻率遠低于AGC指令波動。該方法不要求供熱能量需求擬合非常精確，能達到一定的煤量補償即可，使AGC指令調節具備較寬的調節裕量[8]。一次風指令由鍋爐主控輸出控制，與負荷煤量前饋指令一致[9-10]。

主蒸汽壓力設定輸出經一階慣性環節，慣性時間設置40 s以上，可緩解正反饋問題。由于負荷指令變化要求煤量快速作出響應，但主蒸汽壓力要求精確控制(并不十分強調滑壓速率要求)，因此可用調節級壓力進行優化。采用保持按鈕對主蒸汽壓力設定值進行保持[11]，該邏輯需要注意如下：①對各種工況均能保持住；②采用鍋爐側負荷“保持信號”，而不能用“負荷信號取非”。

4 結語

本文基于燃煤供熱機組運行特點，通過分析供熱工況時的負荷指令生成以及能量實際分配原則，設計了適應供熱工況的鍋爐實際負荷指令[12]。該指令作用到鍋爐側各子系統，提高了鍋爐響應速度，消除了影響機組安全運行的隱患。新的控制策略理念成熟，功能可靠，運行穩定，節能減排效果明顯。