張?zhí)旌? 于國強(qiáng), 殳建軍, 管詩駢, 胡尊民

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司， 南京 211102)

超超臨界二次再熱火電機(jī)組RB功能試驗(yàn)及控制策略

張?zhí)旌? 于國強(qiáng), 殳建軍, 管詩駢, 胡尊民

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司， 南京 211102)

針對(duì)輔機(jī)故障快速降負(fù)荷功能(RB)在二次再熱火電機(jī)組中的特殊要求，介紹了RB的含義和分類，結(jié)合國內(nèi)某臺(tái)1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組RB動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過程，分析了RB控制在二次再熱機(jī)組上的重點(diǎn)和難點(diǎn)，并對(duì)RB控制策略進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)踐結(jié)果表明：RB功能試驗(yàn)動(dòng)作邏輯正確；試驗(yàn)中水冷壁的超溫問題經(jīng)過一些改進(jìn)也得到了解決，機(jī)組在RB發(fā)生后的安全性得到了保證。

火電機(jī)組； 二次再熱； RB功能; 控制策略； 試驗(yàn)

當(dāng)機(jī)組的重要主、輔機(jī)或設(shè)備發(fā)生故障影響到機(jī)組的帶負(fù)荷能力或危及機(jī)組的安全運(yùn)行時(shí)，必須對(duì)機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷指令進(jìn)行處理，從而保證機(jī)組可以安全穩(wěn)定地運(yùn)行，該功能稱為輔機(jī)故障快速降負(fù)荷功能(簡(jiǎn)稱RB)。近些年，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高機(jī)組的發(fā)電效率，采用二次再熱技術(shù)已成為國內(nèi)燃煤發(fā)電行業(yè)的熱門發(fā)展趨勢(shì)。與傳統(tǒng)一次再熱機(jī)組相比，二次再熱機(jī)組設(shè)備更為復(fù)雜，因此由于輔機(jī)故障引起機(jī)組非正常停機(jī)的概率也有所增加。為提高二次再熱機(jī)組自動(dòng)應(yīng)對(duì)輔機(jī)故障的能力，保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，在機(jī)組新建過程中必須進(jìn)行RB功能試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)過程中機(jī)組各主要參數(shù)變化情況，對(duì)RB控制策略進(jìn)行優(yōu)化，確保機(jī)組RB功能動(dòng)作正確，提高二次再熱機(jī)組熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能。

1 RB分類

RB發(fā)生時(shí)由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)進(jìn)行邏輯判斷并協(xié)調(diào)機(jī)組各系統(tǒng)的動(dòng)作，保證機(jī)組在故障狀態(tài)下自動(dòng)快速減負(fù)荷，適應(yīng)故障狀態(tài)下機(jī)組帶負(fù)荷的能力，并控制機(jī)組參數(shù)運(yùn)行在允許范圍內(nèi)。RB功能的實(shí)現(xiàn)為機(jī)組在高度自動(dòng)化運(yùn)行方式下的安全性和穩(wěn)定性提供了保障。

根據(jù)機(jī)組輔機(jī)的情況，常規(guī)火電機(jī)組一般設(shè)置以下幾種RB功能:

(1) 磨煤機(jī)RB。

(2) 送風(fēng)機(jī)RB。

(3) 引風(fēng)機(jī)RB。

(4) 一次風(fēng)機(jī)RB。

(5) 空氣預(yù)熱器RB。

(6) 給水泵RB。

除了以上幾種常見的輔機(jī)RB功能，針對(duì)一些脫硫系統(tǒng)配置帶有增壓風(fēng)機(jī)的百萬千瓦機(jī)組，增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)突然跳閘，使得風(fēng)道阻力增加，導(dǎo)致機(jī)組必須迅速降負(fù)荷，根據(jù)需求，可以設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)RB邏輯；另外當(dāng)機(jī)組配置3臺(tái)爐水循環(huán)泵(兩用一備)，可以設(shè)置爐水循環(huán)泵RB邏輯，以保證機(jī)組在啟動(dòng)過程中爐水循環(huán)泵發(fā)生故障時(shí)機(jī)組快速降負(fù)荷。

2 RB試驗(yàn)

RB控制策略主要由模擬量控制系統(tǒng)(MCS)和燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)共同實(shí)現(xiàn)[1]。RB試驗(yàn)是CCS乃至整個(gè)機(jī)組控制系統(tǒng)在調(diào)試及投運(yùn)過程中一個(gè)綜合性的重要項(xiàng)目[2]。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，當(dāng)對(duì)機(jī)組MCS、DEH、SCS、FSSS等系統(tǒng)與RB功能相關(guān)的組態(tài)進(jìn)行了修改后宜進(jìn)行RB靜態(tài)試驗(yàn)，在下列情況下，機(jī)組應(yīng)進(jìn)行RB動(dòng)態(tài)試驗(yàn):

(1) MCS、FSSS或者DEH等系統(tǒng)進(jìn)行改造后。

(2) 有與RB功能相關(guān)的主要熱力系統(tǒng)和熱力設(shè)備變更或改造后。

(3) 新建機(jī)組正式移交生產(chǎn)前。

(4) 機(jī)組進(jìn)行大修之后。

RB控制回路主要包括重要輔機(jī)輸出能力計(jì)算、RB速率計(jì)算、機(jī)組允許的最大輸出能力計(jì)算、RB工況判斷、RB狀態(tài)指示燈。試驗(yàn)前按照邏輯進(jìn)行相應(yīng)的靜態(tài)試驗(yàn)，對(duì)各相關(guān)輔機(jī)進(jìn)行輸出能力測(cè)試，確保RB目標(biāo)負(fù)荷的合理性；對(duì)MCS鍋爐煤、水、風(fēng)等自動(dòng)調(diào)節(jié)回路進(jìn)行優(yōu)化，保證這些調(diào)節(jié)系統(tǒng)能協(xié)調(diào)配合，使燃燒和給水系統(tǒng)保持相對(duì)穩(wěn)定。

當(dāng)下列各項(xiàng)滿足時(shí)，可認(rèn)為機(jī)組具備RB的投運(yùn)條件:

(1) 機(jī)組能夠在CCS、TF等方式下運(yùn)行。

(2) DEH能夠獨(dú)立運(yùn)行，或投入CCS遙控運(yùn)行。

(3) 機(jī)組爐膛壓力控制、風(fēng)量控制、給水控制、燃料控制等系統(tǒng)能夠投入自動(dòng)運(yùn)行。

(4) FSSS燃燒器投運(yùn)、停運(yùn)正常。

國內(nèi)某1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組，鍋爐為2 710 t/h 超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，汽輪機(jī)為N1000-31/600/610(620)/610(620)型超超臨界參數(shù)、二次中間再熱、單軸、五缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。單元機(jī)組控制系統(tǒng)采用的DCS為 EDPF-NT +分散控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)包含 DAS、BMS、MCS、SCS等系統(tǒng)。DEH/ETS 采用了SPPA-T3000 分散控制系統(tǒng)。機(jī)組共設(shè)計(jì)了7種RB工況，即單臺(tái)磨煤機(jī)RB、2臺(tái)磨煤機(jī)RB、送風(fēng)機(jī)RB、引風(fēng)機(jī)RB、空氣預(yù)熱器RB、一次風(fēng)機(jī)RB、給水泵RB。在試驗(yàn)前，根據(jù)機(jī)組設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況，確定了RB動(dòng)作后重要輔機(jī)超馳開度等參數(shù)：

(1) 送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度超馳設(shè)為83%，引風(fēng)機(jī)葉片開度超馳設(shè)為83%，一次風(fēng)機(jī)開度超馳設(shè)為83%，汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速上限設(shè)為5 400 r/min。

(2) RB試驗(yàn)降負(fù)荷目標(biāo)及速率設(shè)定見表1。

表1 RB試驗(yàn)降負(fù)荷目標(biāo)及速率設(shè)定

3 RB動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

3.1單臺(tái)磨煤機(jī)RB

3.1.1 試驗(yàn)過程

單臺(tái)磨煤機(jī)RB試驗(yàn)步驟見表2。

表2 單臺(tái)磨煤機(jī)RB試驗(yàn)卡

機(jī)組在923 MW負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，A、B、D、E、F 5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，機(jī)前壓力穩(wěn)定在29.5 MPa，手動(dòng)停F磨煤機(jī)，RB發(fā)生。機(jī)組以TF方式運(yùn)行由汽輪機(jī)調(diào)節(jié)壓力，鍋爐主控指令降至800 MW，壓力調(diào)節(jié)器定值從RB發(fā)生時(shí)跟蹤實(shí)際機(jī)前壓力，并以1.5 MPa/min的速率降至壓力目標(biāo)值。

3.1.2 試驗(yàn)分析

試驗(yàn)過程中，RB發(fā)生后各項(xiàng)邏輯動(dòng)作正確，參數(shù)調(diào)節(jié)較為穩(wěn)定。單臺(tái)磨煤機(jī)RB試驗(yàn)曲線及RB后機(jī)組各主要參數(shù)變化見圖1和表3。

圖1 單臺(tái)磨煤機(jī)RB試驗(yàn)曲線

項(xiàng)目起始值過程最大值過程最小值穩(wěn)定值機(jī)組負(fù)荷/MW923923790803主汽壓力/MPa29.529.525.225.5爐膛壓力/kPa-0.15-0.09-0.32-0.15一級(jí)過熱器入口過熱度/K54544153主汽溫度/℃598598580595一次再熱溫度/℃583583571576二次再熱汽溫/℃584584571571氧量/%3.75.23.74.8

3.22臺(tái)磨煤機(jī)RB

3.2.1 試驗(yàn)過程

機(jī)組在918 MW 負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，A、B、C、D、E 5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，機(jī)前壓力穩(wěn)定在28.7 MPa，手動(dòng)停A磨煤機(jī)，10 s后再手動(dòng)停E磨煤機(jī)，觸發(fā)2臺(tái)磨煤機(jī)RB。機(jī)組以TF方式運(yùn)行由汽輪機(jī)調(diào)節(jié)壓力，鍋爐主控指令降至600 MW，壓力調(diào)節(jié)器定值從RB發(fā)生時(shí)跟蹤實(shí)際機(jī)前壓力，并以1.5 MPa/min的速率降至壓力目標(biāo)值。2臺(tái)磨煤機(jī)RB試驗(yàn)步驟見表4。

表4 2臺(tái)磨煤機(jī)RB試驗(yàn)卡

3.2.2 試驗(yàn)分析

試驗(yàn)過程中，2臺(tái)磨煤機(jī)RB發(fā)生后，機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)迅速減水，導(dǎo)致一級(jí)過熱器入口過熱度上升，水冷壁存在超溫現(xiàn)象。RB發(fā)生后各項(xiàng)邏輯動(dòng)作正確，各自動(dòng)控制系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)較為穩(wěn)定。2臺(tái)磨煤機(jī)RB試驗(yàn)曲線及RB后機(jī)組各主要參數(shù)變化見圖2和表5。

圖2 2臺(tái)磨煤機(jī)RB試驗(yàn)曲線

項(xiàng)目起始值過程最大值過程最小值穩(wěn)定值機(jī)組負(fù)荷/MW918918593593主汽壓力/MPa28.728.718.918.9爐膛壓力/kPa-0.100.24-0.9-0.10一級(jí)過熱器入口過熱度/K641005757主汽溫度/℃597597574574一次再熱溫度/℃579579549549二次再熱汽溫/℃580580541541氧量/%2.94.62.94.6

3.3引風(fēng)機(jī)RB

3.3.1 試驗(yàn)過程

機(jī)組在920 MW負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行， A、B、C、D、E 5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，機(jī)前壓力穩(wěn)定在29.7 MPa，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)平均分配負(fù)荷。手動(dòng)停A引風(fēng)機(jī)，RB發(fā)生，連鎖跳閘A送風(fēng)機(jī)；按F→A→E的順序，間隔10 s跳剩3臺(tái)磨煤機(jī)。機(jī)組以TF方式運(yùn)行，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)壓力，鍋爐主控指令降至500 MW目標(biāo)值，壓力調(diào)節(jié)器定值從RB發(fā)生時(shí)跟蹤實(shí)際機(jī)前壓力，并以1.5 MPa/min的速率降至壓力目標(biāo)值。引風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)步驟見表6。

表6 引風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)卡

3.3.2 試驗(yàn)分析

RB動(dòng)作后，B引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉超馳開至83%，送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開至83%，爐膛較長(zhǎng)時(shí)間維持正壓，RB超馳時(shí)間過后，送、引風(fēng)系統(tǒng)恢復(fù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，爐膛壓力恢復(fù)正常。根據(jù)該情況，將送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉超馳值略微降低。試驗(yàn)過程中，與2臺(tái)磨煤機(jī)RB相同，一級(jí)過熱器入口過熱度上升，水冷壁存在超溫現(xiàn)象，其他參數(shù)調(diào)節(jié)穩(wěn)定。引風(fēng)機(jī)RB后機(jī)組各主要參數(shù)變化及曲線見表7和圖3。

表7 引風(fēng)機(jī)RB后機(jī)組各主要參數(shù)變化

圖3 引風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)曲線

3.4一次風(fēng)機(jī)RB

3.4.1 試驗(yàn)過程

機(jī)組在922 MW 負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，機(jī)前壓力穩(wěn)定在29 MPa，2臺(tái)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)負(fù)荷平均分配。手動(dòng)停A一次風(fēng)機(jī)，RB發(fā)生磨煤機(jī)按F→A→E的順序，間隔5 s，跳剩3臺(tái)磨煤機(jī)。機(jī)組以TF方式運(yùn)行由汽輪機(jī)調(diào)節(jié)壓力，鍋爐主控指令降至500 MW目標(biāo)值，壓力調(diào)節(jié)器定值從RB發(fā)生時(shí)跟蹤實(shí)際機(jī)前壓力，并以1.8 MPa/min的速率降至壓力目標(biāo)值。引風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)步驟見表8。

表8 一次風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)卡

3.4.2 試驗(yàn)分析

試驗(yàn)過程中，一次風(fēng)機(jī)RB發(fā)生后B一次風(fēng)機(jī)超馳開到83%，超馳動(dòng)作正確，整個(gè)機(jī)組RB發(fā)生后參數(shù)穩(wěn)定。

引風(fēng)機(jī)RB后機(jī)組各主要參數(shù)變化及曲線見圖4和表9。

圖4 一次風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)曲線

項(xiàng)目起始值過程最大值過程最小值穩(wěn)定值機(jī)組負(fù)荷/MW922922555555主汽壓力/MPa29.029.017.417.4爐膛壓力/kPa-0.100.18-1.60-0.10一級(jí)過熱器入口過熱度/K68953275主汽溫度/℃594594559585一次再熱溫度/℃587587554554二次再熱汽溫/℃582582554554氧量/%3.56.13.55.0

一次風(fēng)機(jī)RB動(dòng)作過程中，根據(jù)一級(jí)過熱器入口過熱度，手動(dòng)增加給水流量，有效地抑制了過熱度的上升，防止了水冷壁超溫?？紤]到給水泵RB時(shí)，給水流量會(huì)急劇下降，再手動(dòng)增加給水流量定值可能無法使給水流量增加，所以在RB時(shí)通過減煤來達(dá)到降低一過入口過熱度的目的。

3.5給水泵RB

3.5.1 試驗(yàn)過程

機(jī)組在925 MW負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，B、C、D、E、F 5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，機(jī)前壓力穩(wěn)定在30.3 MPa，2臺(tái)給水泵負(fù)荷平均分配。手動(dòng)停A給水泵，RB發(fā)生，B給水泵轉(zhuǎn)速指令升至5 400 r/min；按F→A→E的順序，間隔5 s，跳剩3臺(tái)磨煤機(jī)。機(jī)組以TF方式運(yùn)行由汽輪機(jī)調(diào)節(jié)壓力，鍋爐主控指令降至500 MW目標(biāo)值，壓力調(diào)節(jié)器定值從RB發(fā)生時(shí)跟蹤實(shí)際機(jī)前壓力，并以2.3 MPa/min的速率降至壓力目標(biāo)值。給水泵RB試驗(yàn)步驟見表10。

表10 給水泵RB試驗(yàn)卡

3.5.2 試驗(yàn)分析

試驗(yàn)過程中，RB發(fā)生后直接聯(lián)跳相應(yīng)磨煤機(jī)，給水泵超馳動(dòng)作正確，因?yàn)镽B過程中，超馳減少了部分煤量，所以整個(gè)過程中，一級(jí)過熱器入口過熱度變化較小，水冷壁溫正常，機(jī)組參數(shù)正?？煽亍＝o水泵RB后機(jī)組各主要參數(shù)變化及曲線見表11和圖5。

表11 給水泵RB后機(jī)組各主要參數(shù)變化

圖5 給水泵RB試驗(yàn)曲線

4 RB動(dòng)態(tài)試驗(yàn)控制邏輯優(yōu)化

試驗(yàn)過程中當(dāng)RB工況發(fā)生后，系統(tǒng)自動(dòng)切換到相應(yīng)的RB工作模式，并發(fā)出信號(hào)至FSSS進(jìn)行跳磨，過程中無切換擾動(dòng)，RB邏輯動(dòng)作正確。

RB試驗(yàn)過程中，爐膛負(fù)壓、一次風(fēng)壓力等控制子系統(tǒng)能根據(jù)情況進(jìn)行必要的超馳控制，以迅速阻止被調(diào)參數(shù)大幅越限。在5個(gè)RB工況的試驗(yàn)中，機(jī)組各主要調(diào)節(jié)回路均維持自動(dòng)狀態(tài)，被調(diào)參數(shù)波動(dòng)均在正常范圍內(nèi)。試驗(yàn)中出現(xiàn)的水冷壁超溫問題，通過增加超馳減煤對(duì)RB控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化后得到了解決。

原控制邏輯中，當(dāng)給水泵RB時(shí)，運(yùn)行給水泵轉(zhuǎn)速超馳到5 400 r/min。給水泵RB試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)給水泵出力較大，為了防止低負(fù)荷發(fā)生給水泵RB時(shí)，運(yùn)行給水泵超馳到5 400 r/min，導(dǎo)致給水流量偏大，因此將運(yùn)行給水泵轉(zhuǎn)速超馳值改為“RB時(shí)轉(zhuǎn)速+300 r/min”。

經(jīng)過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)RB發(fā)生時(shí)，機(jī)組水冷壁容易超溫，但主蒸汽溫度又會(huì)下降，兩者需要根據(jù)實(shí)際情況，尋求一個(gè)平衡點(diǎn)。建議在以后的RB過程中，密切關(guān)注中間點(diǎn)的過熱度變化，便于以后邏輯的進(jìn)一步優(yōu)化。

5 結(jié)語

二次再熱機(jī)組的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式的特殊性使得RB控制策略的設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。試驗(yàn)結(jié)果表明：此二次再熱機(jī)組RB試驗(yàn)邏輯動(dòng)作正確，過程中參數(shù)變化穩(wěn)定控制在允許范圍，達(dá)到了機(jī)組在輔機(jī)意外跳閘時(shí)自動(dòng)安全快速減負(fù)荷的目的，為機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性提供了保障。

[1] 任高, 李梅鳳. 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中RB試驗(yàn)的探討[C]//山西省電機(jī)工程學(xué)會(huì)第五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集. 太原: 中國電機(jī)工程學(xué)會(huì), 2007.

[2] 毛忠國. 300 MW燃煤機(jī)組RB控制技術(shù)試驗(yàn)研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2005.

ResearchonRBTestandControlStrategyofanUltraSupercriticalDoubleReheatUnit

Zhang Tianhai, Yu Guoqiang, Shu Jianjun, Guan Shipian, Hu Zunmin

(Jiangsu Frontier Electric Technology Co., Ltd., Nanjing 211102, China)

To satisfy the special requirement of runback (RB) function in double reheat thermal power units, an introduction was presented to the meaning and classification of RB. Based on the dynamic process of RB test for a domestic 1 000 MW ultra supercritical double reheat unit, an analysis was conducted on key points and difficulties of RB control in the double reheat unit, after which an optimization was carried out on the control strategy. Results show that the actions of RB logic are proved to be correct; the over-temperature problem occurring in the testing of water wall has been settled by appropriate improvements, and the unit safety is then secured after initiation of the RB function.

thermal power unit; double reheat; RB function; control strategy; test

2016-10-31；

2017-01-03

張?zhí)旌?1989—)，男，工程師，從事電廠熱工自動(dòng)化控制工作。E-mail: zhangth2009@163.com

TM621.3

A

1671-086X(2017)06-0442-06