范廷舉，杜城縣

(神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

1 000 MW超超臨界機(jī)組燃水比控制策略研究與優(yōu)化

范廷舉，杜城縣

(神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

結(jié)合燃水比控制原理，以綏中發(fā)電有限責(zé)任公司1 000 MW燃煤機(jī)組為例，闡述了超超臨界機(jī)組燃水比控制的策略，通過對(duì)機(jī)組運(yùn)行工況下燃水比控制調(diào)節(jié)問題的探討，提出相應(yīng)的解決方案。

超超臨界機(jī)組;燃水比;中間點(diǎn)溫度;調(diào)節(jié)品質(zhì)

1 機(jī)組概況

綏中發(fā)電有限責(zé)任公司1 000 MW超超臨界直流變壓運(yùn)行機(jī)組采用燃水比控制作為維持主蒸汽溫度的主要手段，兩級(jí)噴水減溫作為維持主蒸汽溫度的輔助細(xì)調(diào)手段。近些年來，由于電煤緊張，摻燒煤種復(fù)雜，主燃煤種嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)煤種，燃水比很難控制，造成主汽壓力、主汽溫度等主要參數(shù)不穩(wěn)定，嚴(yán)重地影響了大機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。因此優(yōu)化大機(jī)組燃水比控制策略，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，是提高大機(jī)組效率重要手段之一。

綏中發(fā)電有限責(zé)任公司1 000 MW超超臨界機(jī)組鍋爐由東方鍋爐股份有限公司、BHK、BHDB制造，汽輪機(jī)由東方汽輪機(jī)廠、日立制造，發(fā)電機(jī)由東方電機(jī)股份有限公司、日立制造。該機(jī)組鍋爐為高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、運(yùn)轉(zhuǎn)層以上露天布置，為固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)П型鍋爐，設(shè)計(jì)煤種為寶日希勒1號(hào)煤和5號(hào)煤。制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式，每臺(tái)鍋爐配有6臺(tái)磨煤機(jī);設(shè)有2臺(tái)50%容量的動(dòng)葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)提供一次熱、冷風(fēng)輸送煤粉;采用2臺(tái)靜葉可調(diào)引風(fēng)機(jī)和2臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)送風(fēng)機(jī)提供二次風(fēng)。主蒸汽溫度調(diào)節(jié)方式采用燃水比和兩級(jí)噴水減溫進(jìn)行控制，再熱蒸汽利用鍋爐尾部煙道出口煙氣擋板調(diào)整汽溫，且在低溫再熱器至高溫再熱器間連接管道上設(shè)有事故噴水以備緊急事故工況、擾動(dòng)工況或其他非穩(wěn)定工況時(shí)投用。主蒸汽額定壓力為26.25 MPa，主蒸汽額定溫度為605℃。

2 超超臨界機(jī)組的控制特點(diǎn)

超超臨界直流爐的給水經(jīng)加熱、蒸發(fā)和變成過熱蒸汽是一次性連續(xù)完成的，鍋爐的蒸汽量不僅取決于燃料量，同時(shí)也決定于給水流量。因此，超超臨界機(jī)組的負(fù)荷控制是與給水控制和燃料量控制密切相關(guān)的。當(dāng)給水量和燃燒率的比例改變時(shí)，直流爐的各個(gè)受熱面的分界就發(fā)生變化，從而導(dǎo)致過熱汽溫發(fā)生劇烈變化。根據(jù)上述超超臨界機(jī)組的靜、動(dòng)態(tài)特性分析，超超臨界機(jī)組具有以下控制特點(diǎn)。

a. 超超臨界機(jī)組是一個(gè)多輸入、多輸出的被控對(duì)象［1］，輸入量為汽溫、汽壓和蒸汽流量，輸出量為給水量、燃料量、送風(fēng)量。

b. 超超臨界機(jī)組的加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和過熱區(qū)之間無固定界限，汽溫、燃燒、給水相互關(guān)聯(lián)，當(dāng)燃水比不適應(yīng)時(shí)，汽溫將會(huì)有顯著的變化，為使汽溫變化較小，要保持燃燒率和給水量的適當(dāng)比例［2］。

c. 從動(dòng)態(tài)特性來看，微過熱汽溫能迅速反映過熱汽溫的變化，因此可以用該信號(hào)來判斷給水和燃燒率是否失調(diào)。

d. 負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，主汽壓力反應(yīng)快，可作為被調(diào)量。

e. 減溫水流量對(duì)主汽壓力和微過熱汽溫沒有直接影響，因此在維持燃水比的前提下，減溫水控制可按單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

f. 機(jī)組的蓄熱系數(shù)小對(duì)壓力控制不利，但有利于迅速改變鍋爐負(fù)荷，適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化能力強(qiáng)。

3 燃水比控制原理［3］

3.1 升溫控制 (分離器入口流體溫度控制)

機(jī)組在常溫/冷態(tài)方式啟動(dòng)時(shí)，在主蒸汽壓力＜8.7 MPa和1只油燃燒器閥門打開時(shí)如果水—燃料比主控在自動(dòng)，汽水分離器入口流體溫度升溫控制啟動(dòng)。當(dāng)2對(duì)油燃燒器投運(yùn)和主蒸汽壓力達(dá)到9.6 MPa時(shí)，升溫控制結(jié)束。

3.2 爐膛煙氣溫度控制

在啟動(dòng)時(shí)為了防止燃料過量使再熱蒸汽管超溫，要監(jiān)視爐膛出口煙氣溫度。當(dāng)爐膛出口煙氣溫度超過最大設(shè)定值，燃燒率指令將按比例控制。汽機(jī)進(jìn)汽后對(duì)爐膛出口煙氣溫度的限制取消。

3.3 主汽壓力控制

當(dāng)鍋爐處于濕態(tài)運(yùn)行方式，機(jī)組負(fù)荷高于15%ECR時(shí)，主蒸汽壓力由燃料量控制 (與汽包鍋爐相同)。因此，在這種情況下，是通過調(diào)整給水/燃料比率指令來控制主蒸汽壓力。

3.4 主汽溫度控制

當(dāng)鍋爐處于干態(tài)運(yùn)行方式時(shí)，調(diào)整給水/燃料比率指令，以補(bǔ)償煤的實(shí)際發(fā)熱值的改變和鍋爐上述變化。在這種情況下，給水/燃料比率指令控制屏式過熱器出水溫度 (中間點(diǎn)溫度)。最終結(jié)果是主蒸汽溫度控制可以始終處于最佳位置 (當(dāng)超過一定負(fù)荷時(shí)，噴水處在穩(wěn)定狀態(tài)條件下)，以快速響應(yīng)溫度擾動(dòng)。此外，為了保護(hù)鍋爐，必須把過熱度控制在適當(dāng)?shù)脑O(shè)定點(diǎn)上。為了協(xié)助主蒸汽溫度的控制，還把每一部分的溫度偏差加起來作為比例控制信號(hào)。

3.5 燃料主控指令

燃料主控指令主要由以下幾個(gè)環(huán)節(jié)共同作用形成。

a. 鍋爐指令BD根據(jù)正常運(yùn)行、不同啟動(dòng)方式所對(duì)應(yīng)的函數(shù)曲線計(jì)算出來的燃料量需求指令。

b. 為了減小鍋爐響應(yīng)滯后所帶來的遲延，燃料量需求指令需加上燃料量超前控制 (BIR)，隨后加入燃水比進(jìn)一步修正燃料量需求指令。

c. 通過給水流量和風(fēng)量對(duì)燃料主控指令的交叉限制，保證系統(tǒng)能量的相對(duì)平衡。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)初期，再熱器無蒸汽流過時(shí)，以19.5%MCR作為燃料量的上限值對(duì)燃料量需求指令進(jìn)行限制，最終形成的燃料量需求指令送至燃料主控。

4 燃水比控制策略的優(yōu)化

4.1 中間溫度的選取

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，中間點(diǎn)溫度每變化1℃，低負(fù)荷時(shí)對(duì)過熱蒸汽溫度的影響達(dá)到10℃左右，高負(fù)荷時(shí)對(duì)過熱蒸汽溫度的影響達(dá)到5℃左右，正確的選取中間點(diǎn)溫度至關(guān)重要［4］。

廠家提供的控制策略中，燃水比控制的中間點(diǎn)溫度為分離器出口溫度，由于中間點(diǎn)溫度在系統(tǒng)位置靠前，不能準(zhǔn)確反映燃水比關(guān)系，主汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)較差。為了解決該問題，經(jīng)過調(diào)試試驗(yàn)，最后選取屏式過熱器出口溫度作為中間點(diǎn)溫度，頂棚過熱器出口溫度作為前饋，被調(diào)參數(shù)的準(zhǔn)確選取，保證了主汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

4.2 燃水比與一級(jí)減溫水控制回路的解耦

廠家提供的一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)控制框圖是一級(jí)減溫水流量調(diào)節(jié)再加上二級(jí)出口溫差和頂棚溫度的修正，事實(shí)上在正常運(yùn)行中由于煤種的變化和工況的不同一級(jí)減溫水流量與負(fù)荷很難真正匹配上，再加上一級(jí)減溫水流量也不準(zhǔn)確，所以一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)回路的實(shí)用性不強(qiáng)。為了解決上述問題，對(duì)其控制策略進(jìn)行了改進(jìn)，即一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)與水燃比一起控制屏式過熱器出水溫度，減溫水流量作為水燃比控制的前饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)回路的解耦控制。

4.3 燃水比偏置補(bǔ)償

為了適應(yīng)煤種頻繁變化，保證燃水比更接近真實(shí)情況，通過減少/增加燃料偏置來控制分離器入口過熱度，根據(jù)分離器儲(chǔ)水箱壓力和分離器入口流體溫度設(shè)定的分離器入口溫度上限/下限偏差加到燃水比偏置，使分離器出口過熱度小于規(guī)定值。在循環(huán)操作時(shí) (濕態(tài)方式)，因?yàn)椴恍枰刂七^熱度，燃料偏置取消。在負(fù)荷不變化時(shí)，此偏置僅由BID調(diào)整。

4.4 減弱BIR在燃水比控制的作用

為了滿足電網(wǎng)負(fù)荷的要求，要求機(jī)組負(fù)荷變化率較大，在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，如果升降負(fù)荷過快，將引起汽水分離器出口壓力波動(dòng)，造成燃水比控制回路中BIR(負(fù)荷微分)信號(hào)頻繁動(dòng)作，致使燃水比信號(hào)波動(dòng)，造成主汽溫度波動(dòng)較大。為了解決上述問題，保證BIR信號(hào)快速響應(yīng)的同時(shí)減弱了BIR在燃水比控制回路中的作用，避免升降負(fù)荷過程BIR信號(hào)頻繁動(dòng)作引起汽溫波動(dòng)。

4.5 增加頂棚出口過熱度控制

頂棚出口過熱度設(shè)定值根據(jù)汽水分離器儲(chǔ)水箱壓力設(shè)置，并與實(shí)際頂棚出口溫度比較，當(dāng)測量值比設(shè)定值高時(shí)，燃水比加一減少偏置，控制金屬溫度上升。負(fù)荷大于600 MW時(shí)這一偏置取消。

過熱度控制僅加到燃水比壓力控制偏置和溫度控制偏置，限制分離器入口過熱度控制和頂棚出口過熱度控制的總量小于±6 t/h。

5 結(jié)束語

綏中發(fā)電有限責(zé)任公司1 000 MW超超臨界機(jī)組通過對(duì)燃水比控制策略的優(yōu)化和改進(jìn)，提高了機(jī)組對(duì)不同煤種的適應(yīng)能力，保證了機(jī)組主要參數(shù)的穩(wěn)定，為超超臨界機(jī)組的調(diào)試和維護(hù)積累經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 楊景祺，戈黎紅，凌榮生.超臨界參數(shù)機(jī)組控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其控制策略 ［J］.動(dòng)力工程，2005，25(2):221-225.

［2］ 張嘯海，曾光寧，顏求智.淺談超超臨界火力發(fā)電機(jī)組控制特點(diǎn)及難點(diǎn) ［J］.儀器儀表用戶，2010，17(1):79-80.

［3］ 東方鍋爐控制有限公司.超超臨界鍋爐控制系統(tǒng)說明［Z］.

［4］ 王遠(yuǎn)平，傅望安，時(shí) 標(biāo)，等.華能玉環(huán)電廠4×1 000 MW超超臨界機(jī)組燃水比控制策略［J］.電力設(shè)備，2008，9(1):8-12.

(收稿日稿 2011-10-15)

1 000 MW Ultra-supercritical Unit Fuel-water Ratio Control Strategy and Optimization

FAN Ting-ju，DU Cheng-xian
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

Combined with Fuel-water ratio control theory，taking example of 1 000 MW ultra-supercritical units control in Suizhong power plant，it describes ultra-supercritical unit fired water ratio control strategy，discussing the control adjustment problems of the water-fuel unit under operating conditions，and solution to it.

Ultra-supercritical units;Fuel-water ratio;Mid-point temperature;Adjustment quality

TK32;TK229.2

A

1004-7913(2012)01-0005-03

范廷舉 (1974—)，男，學(xué)士，工程師，從事熱工專業(yè)管理工作。