1030MW 二次再熱火電機組深度調(diào)峰協(xié)調(diào)控制策略優(yōu)化及應用

趙亮，董鵬，劉崢嶸，石珊珊，楊偉山，孫式洋

（華能萊蕪發(fā)電有限公司，山東 濟南 271100）

根據(jù)國家能源局的數(shù)據(jù)顯示：我國2022 年第一季度新增發(fā)電能力3175 萬千瓦，比上年同期增加824萬千瓦。其中火電581 萬千瓦、太陽能發(fā)電1321 萬千瓦、水電343 萬千瓦、風電790 萬千瓦。2022 年1 ～3 月底，全國發(fā)電裝機容量同比增長7.8%，約24 億千瓦。火電產(chǎn)能近些年嚴重過剩，主要是由于2016 年后大批大容量火電機組的陸續(xù)投產(chǎn)，與此同時，風能、光電、水電等新能源也在迅速發(fā)展。各地電網(wǎng)相繼制定了火電深度調(diào)峰補償輔助服務措施，加強機組調(diào)峰能力以便消納新能源，增加電力市場調(diào)節(jié)能力。目前，我國大部分火電機組的調(diào)峰范圍是40%～100%額定負荷，隨著各地區(qū)并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理實施細則的發(fā)布，深度調(diào)峰對于火力發(fā)電廠越來越重要。因此，華能萊蕪發(fā)電有限公司6#、7#機組對深度調(diào)峰提出了新的要求，將調(diào)峰范圍由40%～100%變負荷調(diào)整為30%～100%額定負荷。為了最終達到協(xié)調(diào)變負荷試驗的參數(shù)要求，我們對機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)做出了相應優(yōu)化，并經(jīng)過多次調(diào)整以及試驗，最終完全達到最新要求。由此可見，本文提出的一系列優(yōu)化措施切實可行。

1 機組簡介

萊蕪發(fā)電廠6#、7#機組為1030MW 等級二次再熱超超臨界參數(shù)變壓運行直流鍋爐，鍋爐型號為HG-2752/32.87/10.61/3.26-YM1 鍋爐；采用角式切園燃燒方式、水平濃淡燃燒器低NOx分級送風燃燒系統(tǒng)、單爐膛、塔式布置；鍋爐采用全懸吊結(jié)構(gòu)、全鋼構(gòu)架、固態(tài)排渣、露天布置、平衡通風，燃用煙煤；再熱蒸汽主要采用煙氣再循環(huán)調(diào)溫和分隔煙道調(diào)溫擋板，在高低溫再熱器連接管道上還設置有事故噴水減溫器，同時，燃燒器的擺動對再熱蒸汽溫度也有一定的調(diào)節(jié)作用。

2 協(xié)調(diào)控制策略優(yōu)化

協(xié)調(diào)控制策略：采用內(nèi)模算法IMC+前饋協(xié)調(diào)控制策略。機組變負荷時，由于鍋爐控制響應負荷的速度比汽機控制響應負荷的速度慢，鍋爐燃燒控制系統(tǒng)存在嚴重的延遲和滯后現(xiàn)象，因此，我們在機組的鍋爐主控中需要增加前饋，來提前防止汽機響應負荷變化快速開關(guān)汽輪機調(diào)門造成機組實際機前壓力與設定偏差過大，造成機組不能安全穩(wěn)定地運行。因此，本文設計鍋爐主控控制策略中的鍋爐前饋分為靜態(tài)前饋（基礎(chǔ)前饋）和動態(tài)前饋。其中，靜態(tài)前饋為負荷給定對應的鍋爐指令折線函數(shù)f（x）1。動態(tài)前饋則引入了變負荷速率、負荷偏差等。其鍋爐主控指令的控制策略如圖1 所示。

圖1 鍋爐主控控制原理圖

（1）內(nèi)模控制器IMC 采用變參數(shù)控制器，F(xiàn)（x1）折線函數(shù)如表1 所示。

表1

（2）負荷給定對應的鍋爐指令折線函數(shù)f（x）6，如表2。

表2

（3）鍋爐主控動態(tài)前饋優(yōu)化。由于在機組變負荷時，鍋爐響應負荷的速度相較汽機響應負荷的速度較慢，因此變負荷瞬間必然會造成汽壓波動。因此，在得到目標負荷變化的方向時，提前增加或減少一部分的煤量來防止汽壓快速下降或上升。待機組負荷指令接近目標負荷逐漸慢慢收回，待到目標負荷和負荷給定相等時，此前饋為0，對應的折線函數(shù)f(x)2 如表3。

表3

同時，由于負荷變化速率的不同對機前壓力的影響不同，因此增加了負荷指令微分、壓力微分等前饋，使機組機前壓力緊跟著壓力設定值的趨勢變化，并且機組的機前壓力和壓力設定值的偏差不會太大，有利于穩(wěn)態(tài)時機組能夠快速穩(wěn)定。

在低負荷階段的降負荷，為了防止動態(tài)前饋減燃料量過多，導致給煤量指令過低，在變負荷前饋引入了負荷指令系數(shù)，在低負荷階段（45%～30%）和高負荷階段（90%～100%）減弱前饋的作用，以保證機組的穩(wěn)定運行。如圖1 所示。折線函數(shù)F（x）3 如表4。

表4

折線函數(shù)F（x）4，如表5。

表5

由于鍋爐指令出來對應的是負荷需求，范圍為0 ～1200，因此，需把它轉(zhuǎn)化為對應的需求煤量，此折線函數(shù)為F（x）5，如表6。

表6

（4）其他措施。低負荷階段鍋爐的穩(wěn)燃是深度調(diào)峰最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，為保證鍋爐穩(wěn)定的燃燒、避免機組滅火的風險，我們采取了以下措施：①低于500MW 時保證有3 臺制粉系統(tǒng)運行，并且燃料主控輸出不低于30%，以此保證最下層的燃燒穩(wěn)定；②當機組負荷低于500MW發(fā)生輔機RB 時，不跳磨煤機，每隔3 秒依次拉所有等離子和微油保證爐膛燃燒穩(wěn)定；③負荷變化在50%～100%之間時，變化速率設定為7MW/min。當負荷變化在30%～50%時，負荷變化速率改為3MW/min；④低負荷期間關(guān)注主機高調(diào)門開度，當超高調(diào)門開度低于15%時，調(diào)整主汽壓力負偏置，維持超高調(diào)門開度不低于15%，防止超高調(diào)門開度低造成相關(guān)閥門關(guān)閉或者動作影響機組安全；⑤當機組負荷較低、燃煤煤質(zhì)變化大，要加強爐膛負壓的監(jiān)視。爐膛負壓波動較大時，應及時采取投油等穩(wěn)燃措施。⑥低負荷期間，禁止安排對鍋爐燃燒有影響的定期試驗工作。

3 試驗結(jié)果

2022 年8 月21 日與2022 年8 月27 日，本文進行了機組負荷變動試驗。具體數(shù)據(jù)曲線如圖2、圖3 所示。

圖2 2022 年8 月21 日機組由570mw 降至300MW 壓力負荷變化曲線

圖3 2022 年8 月27 日機組由630mw 降至300MW 壓力負荷變化曲線

機組負荷在350MW 左右會進行冷一再供汽與冷二再供汽進行切換，造成負荷出現(xiàn)短暫的波動。在協(xié)調(diào)變負荷試驗中，負荷最大超調(diào)4MW，主汽壓力、爐膛負壓、主汽溫度、再熱器溫度等重要參數(shù)在正常波動范圍內(nèi)。各項指標均滿足《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》（DL/T 657-2015）、《山東電力輔助服務市場運營規(guī)則-(試行)(2020 年修訂版)》的相關(guān)要求，調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)良。

4 結(jié)語

隨著新能源占比的增大、用電結(jié)構(gòu)性變化以及電力現(xiàn)貨交易的開展，1030MW 火電機組參與調(diào)峰的深度、廣度必然加大。試驗結(jié)果表明，本文結(jié)合實際運行經(jīng)驗，對1030MW 機組低負荷運行下控制方式、鍋爐系統(tǒng)、汽機系統(tǒng)及其他系統(tǒng)等安全穩(wěn)定運行遇到的困難進行了深入的分析，并給出了簡要的解決方案，為1000MW 火力發(fā)電機組參與深度調(diào)峰提供了一定的借鑒。