李友志，于明雙

（1.華電萊州發(fā)電有限公司，山東萊州261400；2.山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，濟(jì)南250003）

·經(jīng)驗(yàn)交流·

給煤機(jī)跳閘引發(fā)中間點(diǎn)溫度波動(dòng)原因分析

李友志1，于明雙2

（1.華電萊州發(fā)電有限公司，山東萊州261400；2.山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，濟(jì)南250003）

針對(duì)直流鍋爐中間點(diǎn)溫度在給煤機(jī)跳閘后產(chǎn)生較大波動(dòng)的問題進(jìn)行分析，認(rèn)為燃料輸出限制造成煤水比失調(diào)、負(fù)荷變化率提升后導(dǎo)致壓力波動(dòng)及機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式切換是影響中間點(diǎn)溫度波動(dòng)的主要原因。說明了中間點(diǎn)溫度與主汽壓力之間的快速反應(yīng)關(guān)系，同時(shí)給出了此類工況下機(jī)組參數(shù)大幅度變動(dòng)情況下的運(yùn)行控制策略。

中間點(diǎn)溫度；給煤機(jī)；煤水比；負(fù)荷變化率

0 引言

直流鍋爐中間點(diǎn)溫度定義為汽水分離器出口溫度，此溫度點(diǎn)決定了爐內(nèi)汽水分界面的位置，也反映了鍋爐熱量的供給平衡，因此將其作為監(jiān)視鍋爐煤水比指標(biāo)、防止發(fā)生膜態(tài)或類膜態(tài)沸騰的超前信號(hào)具有重要意義。文獻(xiàn)［1］指出由于超臨界鍋爐水冷壁工質(zhì)和金屬的蓄熱量較小，熱敏感性強(qiáng)，燃燒工況變化對(duì)水冷壁傳熱的影響比自然循環(huán)鍋爐大得多，平穩(wěn)調(diào)整鍋爐中間點(diǎn)溫度對(duì)于鍋爐的運(yùn)行安全至關(guān)重要。文獻(xiàn)［2］根據(jù)能量守恒等定律構(gòu)建了中間點(diǎn)焓值機(jī)理模型，說明了中間點(diǎn)溫度控制的多輸入多輸出特點(diǎn)。文獻(xiàn)［3］分析了鍋爐中間點(diǎn)溫度的控制與水冷壁傳熱特性以及汽溫調(diào)節(jié)的關(guān)系，同時(shí)指出了水冷壁熱負(fù)荷的變動(dòng)是發(fā)生水冷壁傳熱惡化的重要原因。

針對(duì)某廠鍋爐燃料大幅波動(dòng)、控制策略轉(zhuǎn)變等工況造成中間點(diǎn)溫度大幅波動(dòng)的問題進(jìn)行了分析，同時(shí)給出了處理此類工況的合理措施。

1 煤水比與中間點(diǎn)溫度的動(dòng)態(tài)模型

超臨界機(jī)組是一個(gè)具有強(qiáng)耦合的三輸入三輸出多變量控制對(duì)象，輸入變量為主汽閥門開度變化量ΔμT、燃料調(diào)門開度變化量ΔμB和給水閥門開度變化量ΔμD，輸出變量為功率變化ΔN、主汽壓力變化ΔPT和中間點(diǎn)溫度變化ΔT［4］。

中間點(diǎn)溫度的數(shù)學(xué)模型大多采用如下的三輸入三輸出模型來描述

根據(jù)文獻(xiàn)［5］提到的部分分散控制方法對(duì)文獻(xiàn)［6］中600 MW超臨界直流鍋爐簡(jiǎn)化模型進(jìn)行分析，并利用Gramian方法進(jìn)行能控性分析,將超臨界直流鍋爐的三輸入三輸出系統(tǒng)變成如下形式：

進(jìn)而得到

即中間點(diǎn)溫度可以通過燃料量和給水量的變化來控制。

2 系統(tǒng)運(yùn)行情況

某電廠350 MW超臨界直流機(jī)組采用東鍋生產(chǎn)的超臨界參數(shù)、變壓運(yùn)行、垂直管圈水冷壁直流燃煤鍋爐，鍋爐燃燒器采用前后墻對(duì)沖方式。設(shè)計(jì)額定主汽壓力24.2 MPa，設(shè)計(jì)主汽溫度、再熱蒸汽溫度600℃。

2.1 機(jī)組控制方式

直流鍋爐汽溫對(duì)象特性具有延遲、調(diào)節(jié)特性及對(duì)象模型復(fù)雜等特點(diǎn)，因此在直流鍋爐的控制中多采用水煤比控制／焓值控制、過熱器噴水及給水流量微量修正等調(diào)節(jié)手段來滿足中間點(diǎn)溫度過熱度的控制需要。

機(jī)組中間點(diǎn)溫度控制方法采用了水調(diào)溫的煤水比控制方式，即通過對(duì)給水量的修正來維持給水量和燃料量的平衡，但是具體控制方式具有自己的特點(diǎn)，通過引入主汽溫度偏差來實(shí)現(xiàn)對(duì)給水量的超前調(diào)節(jié)，避免由于噴水減溫特性變差導(dǎo)致的過熱器超溫?？刂七壿嬕妶D1。

圖1 煤水比控制邏輯

2.2 過程描述

機(jī)組負(fù)荷345 MW且處于協(xié)調(diào)控制狀態(tài)，給煤機(jī)全部投入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。上午十點(diǎn)左右由于堵煤信號(hào)狀態(tài)報(bào)出造成A給煤機(jī)跳閘，在A給煤機(jī)跳閘后其余三臺(tái)給煤機(jī)仍然處于自動(dòng)狀態(tài)且通過燃料調(diào)節(jié)回路提高了各自的指令輸出，燃料變化曲線見圖2。

圖2 燃料變化曲線

機(jī)組負(fù)荷由345 MW下降至273.15 MW，在機(jī)組負(fù)荷指令不斷下降的過程中鍋爐主控指令同時(shí)下降，但燃料量作為鍋爐主控的主要調(diào)節(jié)對(duì)象卻持續(xù)處于較高輸出狀態(tài)，并沒有跟蹤鍋爐主控的變動(dòng)，同時(shí)中間點(diǎn)過熱度升至42.41℃，相關(guān)曲線見圖3。

圖3 中間點(diǎn)過熱度及主要參數(shù)變化曲線

在變動(dòng)過程中主汽壓力由23 MPa升高至25 MPa，且與過熱度的變動(dòng)趨勢(shì)相同，相關(guān)曲線見圖4。

圖4 主汽壓力及其它主要參數(shù)變化曲線

3 問題原因分析

3.1 燃料量控制失調(diào)

CCS方式下燃料量的波動(dòng)需要通過燃料主控完成燃料量的調(diào)節(jié)，燃料調(diào)節(jié)的控制邏輯見圖5。

給煤機(jī)A跳閘后燃料主控通過提高C／D／E給煤機(jī)的給煤量來實(shí)現(xiàn)燃料量的補(bǔ)償，如圖2所示，但同時(shí)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題。

圖5 燃料主控邏輯

1）煤量指令在升高到45 t／h后指令處于靜止?fàn)顟B(tài)，低于給煤機(jī)的最大給煤量為55 t／h，同時(shí)由于各臺(tái)給煤機(jī)的給煤量偏置不同造成各臺(tái)給煤機(jī)的指令各不相同，C給煤機(jī)的指令45 t／h，D、E給煤機(jī)的指令為42 t／h。

2）鍋爐主控輸出減少（由338 MW下降至284 MW）在跟隨機(jī)組負(fù)荷指令下降（由346.69 MW下降至284.67 MW）的過程中，給煤機(jī)指令維持在45 t／h并未發(fā)生變化。

在經(jīng)過檢查控制邏輯后發(fā)現(xiàn)給煤機(jī)調(diào)節(jié)回路PID算法塊內(nèi)部存在45 t／h的輸出高限，導(dǎo)致給煤機(jī)指令輸出最高只能達(dá)到45 t／h。雖然機(jī)組負(fù)荷指令連續(xù)下降5次（346.81 MW下降至280.71 MW），但是由于燃料主控輸出限制原因?qū)е缕渌o煤機(jī)未能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，造成實(shí)際的燃料量低于機(jī)組負(fù)荷對(duì)應(yīng)的燃料量，即燃料指令偏差（燃料設(shè)定-實(shí)際燃料量）為正值，由此造成鍋爐主控的輸出不斷下降，但燃料主控輸出不變的現(xiàn)象，中間出現(xiàn)了6 min的調(diào)節(jié)死區(qū)。直至負(fù)荷指令對(duì)應(yīng)的燃料量小于當(dāng)前給煤量的反饋值之后，鍋爐主控指令恢復(fù)調(diào)節(jié)過程。

3.2 負(fù)荷變化率快速提升

給煤機(jī)跳閘后運(yùn)行人員降低機(jī)組負(fù)荷指令，但連續(xù)提升機(jī)組負(fù)荷變化率，通過3次調(diào)整將機(jī)組的負(fù)荷變化率由1 MW／min提高至8 MW／min，負(fù)荷變化速率過快導(dǎo)致了汽機(jī)調(diào)門的快速調(diào)節(jié)，調(diào)門開度由94.2%下降為83.1%，從而導(dǎo)致了主汽壓力由24.08 MPa快速上升至25 MPa。由于調(diào)門關(guān)閉導(dǎo)致主汽壓力上升和給水壓力下降的共同作用，導(dǎo)致機(jī)組在動(dòng)態(tài)過程中的過熱段增強(qiáng)，從而引起了中間點(diǎn)過熱度由23℃快速提高至42.41℃。

3.3 控制方式誤切換

在中間點(diǎn)溫度及主汽壓力快速升高之后，運(yùn)行人員將CCS控制方式切換為TF控制方式，希望穩(wěn)定主汽壓力。但由于主汽壓力設(shè)定值在負(fù)荷為285 MW時(shí)所對(duì)應(yīng)的壓力設(shè)定值為20 MPa，低于實(shí)際主汽壓力23 MPa。造成了汽機(jī)調(diào)門快速開啟，一方面造成了機(jī)組負(fù)荷的擾動(dòng)上升，同時(shí)造成了中間點(diǎn)過熱度的快速下降，由44℃下降至12.56℃。

4 運(yùn)行控制策略

在燃料量與機(jī)組負(fù)荷對(duì)應(yīng)的燃料量出現(xiàn)較大偏差的情況下需要及時(shí)切換燃料主控為手動(dòng)方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止出現(xiàn)煤水比不匹配造成主汽溫度、壓力的飛升。

機(jī)組負(fù)荷變化速率要保持平穩(wěn)。機(jī)組負(fù)荷變化率的變動(dòng)不僅影響到燃料量的變動(dòng)，汽機(jī)主控環(huán)節(jié)也會(huì)快速調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的快速跟蹤。

當(dāng)主汽壓力比主汽壓力不一致時(shí)切換汽機(jī)跟隨方式會(huì)造成汽機(jī)調(diào)門的快速動(dòng)作，因此在此類工況下的控制模式切換需要在主汽壓力偏差較小甚至無偏差時(shí)完成。

及時(shí)投入RB功能。RB控制功能未投入無法自動(dòng)完成降負(fù)荷同樣是導(dǎo)致給煤機(jī)跳閘后主要參數(shù)波動(dòng)大的原因。

5 結(jié)語

中間點(diǎn)溫度調(diào)節(jié)是機(jī)組協(xié)調(diào)控制的主要功能，也是主要運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。中間點(diǎn)溫度的大范圍波動(dòng)需要核實(shí)燃料、給水等控制回路的正確性及調(diào)節(jié)輸出是否正常。在發(fā)生中間點(diǎn)溫度存在大幅度上升或下降的情況下，手動(dòng)穩(wěn)定燃料等控制回路可迅速穩(wěn)定中間點(diǎn)溫度。

汽機(jī)調(diào)門的大幅度動(dòng)作會(huì)造成主汽壓力的波動(dòng)，進(jìn)而快速傳導(dǎo)至中間點(diǎn)溫度，容易造成中間點(diǎn)溫度的異常波動(dòng)。

RB功能的及時(shí)投入在重要輔機(jī)設(shè)備發(fā)生跳閘后能夠快速完成調(diào)節(jié)過程，可以避免此類問題的發(fā)生。

［1］樊泉桂.超臨界鍋爐水冷壁工質(zhì)溫度的控制［J］.動(dòng)力工程，2006，26（1）：38-41.

［2］方彥軍，王振宇，李鑫，等.超超臨界1 000 MW機(jī)組直流鍋爐中間點(diǎn)溫度建模［J］.熱力發(fā)電，2014，43（3）：21－26.

［3］樊泉桂.超臨界鍋爐中間點(diǎn)溫度控制問題分析［J］.鍋爐技術(shù)，2005，36（6）：1-4.

［4］谷俊杰，曹曉威，王丕洲，等.超臨界直流鍋爐煤水比控制系統(tǒng)機(jī)理建模及定量反饋控制［J］.動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2013，33（12）：947-954.

［5］樓冠男，譚文.部分分散控制及其在單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制中的應(yīng)用［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31（21）：91－95.

［6］王恭良，沈炯，李益國(guó)，等.適用于控制的600MW超臨界機(jī)組的簡(jiǎn)化模型［J］.江蘇電機(jī)工程，2008，27（4）：1-7.

Reason Analysis for Intermediate Point Temperature Fluctuation after Coal-feeder Tripping

LI Youzhi1，YU Mingshuang2
（1.Huadian Laizhou Power Generation Co.，Ltd.Laizhou 261400，China；2.Shandong Zhongshi Yitong Group Co.，Ltd.Jinan 250000，China）

The problem of intermediate point temperature fluctuation due to the coal feeder tripping is analyzed.The coal-water ratio imbalance because of fuel control output limiting，steam pressure changing after raising load change rate and changing for coordinate control mode are the main causes for intermediate point’s temperature fluctuation.The fast response relationship between intermediate point’s temperature and main steam pressure is also revealed.Meanwhile，control strategies are proposed for smooth operation under similar condition of unit parameters alteration.

intermediate point temperature；coal feeder；coal-water ratio；load change rate

TK223.7

B

1007－9904（2015）06－0044－03

2015-03-25

李友志（1975），男，工程師，從事火力發(fā)電廠技術(shù)管理工作。