馬銘宏，魯曉莽，吳 炬，劉維岐，劉 宇

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司沈陽(yáng)分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110102)

隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的深入，2016年6月國(guó)家能源局綜合司發(fā)布了《關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目的通知》，確定了首批16個(gè)火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目[1]。

為鼓勵(lì)火電機(jī)組參與深度調(diào)峰，提高電網(wǎng)調(diào)峰和新能源消鈉能力，東北、山東、新疆等地相繼出臺(tái)各自的電力輔助調(diào)峰服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則，對(duì)參與深度調(diào)峰的機(jī)組實(shí)施補(bǔ)貼。國(guó)內(nèi)外專家針對(duì)火電機(jī)組深度調(diào)峰進(jìn)行的試驗(yàn)與研究，大多集中在機(jī)爐設(shè)備改造以及設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行方面，諸如避免受熱面超溫[2]、如何提高脫硝裝置入口煙氣溫度、低負(fù)荷鍋爐穩(wěn)燃等。本文以某350MW超臨界直流鍋爐為例，從控制和保護(hù)等熱工控制系統(tǒng)方面，闡述在機(jī)組深度調(diào)峰過(guò)程中，控制系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行的優(yōu)化改造情況。

1 機(jī)組存在問(wèn)題

1.1 小機(jī)汽源控制

該350 MW機(jī)組為供熱機(jī)組，冬季供熱期間，隨著供熱抽汽量的增大，給水泵小汽輪機(jī)低壓供汽汽源不足[3]，需切換高壓備用汽源，因高低壓調(diào)門采用同一套油動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因當(dāng)前控制邏輯設(shè)置不合理，造成調(diào)門開(kāi)啟過(guò)快，轉(zhuǎn)速飛升較高，曾發(fā)生過(guò)超速跳小機(jī)的現(xiàn)象，并且無(wú)法維持穩(wěn)定給水流量。

1.2 低負(fù)荷下的穩(wěn)燃

穩(wěn)燃是低負(fù)荷工況下鍋爐面臨的重要問(wèn)題之一，既要確保燃燒穩(wěn)定，火檢信號(hào)清晰可靠，又要兼顧磨煤機(jī)本身運(yùn)行狀況以及汽溫壁溫等方面的變化，不僅要注意燃料量與給水流量以及一次風(fēng)與送風(fēng)的配比，也要控制好磨入口一次風(fēng)速[4]，因此，針對(duì)低負(fù)荷工況，燃燒控制系統(tǒng)需整體重新全面優(yōu)化整定。

1.3 DCS基礎(chǔ)邏輯限制

因機(jī)組初始邏輯設(shè)計(jì)為50%以上負(fù)荷投入?yún)f(xié)調(diào)控制，故鍋爐主控、給水流量控制等皆設(shè)置較高的自動(dòng)控制下限，故而需要重新梳理邏輯中的閉鎖關(guān)系，以保證機(jī)組能夠在自動(dòng)狀態(tài)下在低負(fù)荷區(qū)間調(diào)整。對(duì)于自動(dòng)控制回路，如給水、減溫水、燃料、一次調(diào)頻等不同負(fù)荷段的調(diào)節(jié)對(duì)象特性不同，這些調(diào)節(jié)對(duì)象是機(jī)組低負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重點(diǎn)。

2 主要工作

2.1 小機(jī)汽源切換試驗(yàn)

因邏輯設(shè)置不合理，過(guò)往汽源切換過(guò)程中，高壓冷再汽源投入后，小機(jī)轉(zhuǎn)速上升過(guò)快，甚至觸發(fā)超速跳閘[5]。試驗(yàn)前先根據(jù)實(shí)際測(cè)量的高壓調(diào)門和低壓調(diào)門對(duì)應(yīng)油動(dòng)機(jī)的實(shí)際行程，對(duì)轉(zhuǎn)速PID進(jìn)行合理的變參數(shù)設(shè)置；然后將準(zhǔn)備進(jìn)行試驗(yàn)的小機(jī)退出上水狀態(tài)，并切至手動(dòng)控制轉(zhuǎn)速，通過(guò)手動(dòng)加減轉(zhuǎn)速，參照?qǐng)D1試驗(yàn)曲線，可以明確判斷出汽源切換點(diǎn)及油動(dòng)機(jī)控制高壓調(diào)門和低壓調(diào)門之間的空行程；進(jìn)而對(duì)油動(dòng)機(jī)指令進(jìn)行分段函數(shù)處理，解決油動(dòng)機(jī)空行程問(wèn)題與汽源切換過(guò)程中轉(zhuǎn)速飛升問(wèn)題，使小機(jī)可以穩(wěn)定運(yùn)行在各種工況下。

圖1 小機(jī)汽源切換試驗(yàn)曲線

2.2 低負(fù)荷穩(wěn)燃控制

因深度調(diào)峰負(fù)荷下，低于50%Pe后，RB功能退出，不能動(dòng)作，為保證低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，任一重要輔機(jī)如汽泵、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)、給煤機(jī)等發(fā)生跳閘后燃燒仍然穩(wěn)定，討論后新增邏輯，加入低負(fù)荷運(yùn)行情況下上述輔機(jī)任一跳閘，自動(dòng)投入等離子裝置邏輯，根據(jù)磨煤機(jī)的運(yùn)行情況自下而上共投入最多2層等離子層。

深度調(diào)峰情況下，僅剩余2～3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，若此時(shí)某臺(tái)磨煤機(jī)出現(xiàn)故障跳閘后，易造成燃燒不穩(wěn)，投入等離子裝置邏輯后，也需要盡快啟動(dòng)備用磨煤機(jī)，其余磨煤機(jī)按現(xiàn)有啟動(dòng)允許，很難快速啟動(dòng)，難以保證燃燒穩(wěn)定，故而通過(guò)優(yōu)化磨煤機(jī)啟動(dòng)能量滿足信號(hào)，并加入快速啟動(dòng)允許按鈕，保證深調(diào)期間事故處理時(shí)備用磨煤機(jī)可以快速啟動(dòng)，穩(wěn)定鍋爐燃燒。

2.3 順序控制邏輯優(yōu)化

MFT邏輯優(yōu)化，原給水流量低低MFT動(dòng)作邏輯為流量低于285 t/h，三取二動(dòng)作[6]，延時(shí)3 s觸發(fā)MFT。因進(jìn)行深度調(diào)峰后，當(dāng)負(fù)荷降至33%Pe時(shí)，給水流量為330 t/h左右，為避免因流量波動(dòng)造成MFT誤動(dòng)，經(jīng)與廠家協(xié)商，將小于285 t/h動(dòng)作的延時(shí)改為30 s，并新增條件，即負(fù)荷小于33%Pe時(shí)，如流量小于165 t/h，延時(shí)15 s即觸發(fā)MFT；如流量小于140 t/h，則延時(shí)3 s即觸發(fā)MFT，流量主保護(hù)的更新，為機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰提供了進(jìn)一步的安全保障。

低負(fù)荷工況下，對(duì)汽動(dòng)給水泵再循環(huán)門超馳開(kāi)關(guān)邏輯增加了速率限制，避免因再循環(huán)調(diào)整門開(kāi)關(guān)過(guò)快造成2臺(tái)汽泵搶水的危險(xiǎn)。

2.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化

a.給水流量指令下限由360 t/h改為330 t/h，以保證給水流量有足夠的調(diào)整空間。

b.進(jìn)一步給出了50%Pe以下的滑壓函數(shù)，使得機(jī)組在深度調(diào)峰期間仍然處于滑壓運(yùn)行工況，并考慮供熱抽氣量對(duì)電負(fù)荷的修正，引入實(shí)時(shí)滑壓控制，使得機(jī)組變負(fù)荷以及穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中壓力更加平穩(wěn)。

c.一、二次風(fēng)配比優(yōu)化，一次風(fēng)壓既要保證一次風(fēng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，又要確保磨入口熱風(fēng)調(diào)門有足夠的調(diào)整裕度，使之始終可以快速響應(yīng)煤量的變化，保障機(jī)組的變負(fù)荷速率。二次風(fēng)的控制既要考慮低負(fù)荷的氧量配比，也要重視不同磨組運(yùn)行的爐膛內(nèi)配風(fēng)情況，既保證了燃燒的穩(wěn)定，也為脫硝控制的穩(wěn)定提供保障[7]。

d.通過(guò)分段函數(shù)的方式，重新整定50%Pe以下機(jī)組各自動(dòng)回路的參數(shù)，以適應(yīng)被控對(duì)象不同的區(qū)間特性。

3 試驗(yàn)結(jié)果

邏輯優(yōu)化后的機(jī)組，負(fù)荷可以降至118 MW并穩(wěn)定運(yùn)行，圖2為負(fù)荷從118 MW穩(wěn)定運(yùn)行后加負(fù)荷至180 MW并穩(wěn)定的曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，采樣點(diǎn)600個(gè)，周期為12 s，共計(jì)2 h，縱坐標(biāo)左上為負(fù)荷設(shè)定(MW)、實(shí)際負(fù)荷(MW)，右上為主汽壓力設(shè)定(MPa)、主機(jī)壓力實(shí)際值(MPa)，左下為給煤量(t/h)，右下為給水流量(t/h)。由圖2中趨勢(shì)可見(jiàn)，機(jī)組負(fù)荷從低負(fù)荷開(kāi)始升負(fù)荷，參數(shù)穩(wěn)定可控，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 120～180 MW變負(fù)荷

圖3為機(jī)組在118 MW負(fù)荷的趨勢(shì)，圖中參數(shù)跟圖2一致。如圖3所示，機(jī)組在118 MW負(fù)荷下，負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，主汽壓力、給水流量、給煤量等參數(shù)均相對(duì)穩(wěn)定，機(jī)組可以很好地穩(wěn)定運(yùn)行在118 MW負(fù)荷下。

圖3 118 MW負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行趨勢(shì)

4 后續(xù)工作

4.1 變負(fù)荷速率的提升

本次試驗(yàn)，變負(fù)荷速率為2～5 MW/min，距離先進(jìn)機(jī)組的2%～4%Pe[8]，即7～14 MW/min尚有一定的差距，主要是受鍋爐及汽機(jī)固有特性的限制，目前該機(jī)組的變負(fù)荷控制主要是依賴于鍋爐蓄熱支持汽輪機(jī)調(diào)門快速動(dòng)作的，而鍋爐燃燒慣性時(shí)間為4～6 min，故而依靠鍋爐蓄熱，煤量燃燒提升機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速率，且要保證運(yùn)行參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，很難進(jìn)一步提升。

后續(xù)應(yīng)著重考慮利用系統(tǒng)內(nèi)其他蓄熱系統(tǒng)，通過(guò)諸如凝結(jié)水流量、供熱流量、給水流量等的調(diào)整，輔助負(fù)荷調(diào)整，提升負(fù)荷響應(yīng)速率。

4.2 實(shí)時(shí)煤質(zhì)校正環(huán)節(jié)的投入

煤質(zhì)摻燒后，導(dǎo)致入爐煤量的熱值發(fā)生變化，造成水煤比函數(shù)、負(fù)荷煤量函數(shù)等偏離設(shè)計(jì)值，瞬時(shí)煤質(zhì)校正并不能有效反映煤質(zhì)的變化，因此，應(yīng)引入實(shí)時(shí)煤質(zhì)校正環(huán)節(jié)，通過(guò)短時(shí)過(guò)往運(yùn)行情況，對(duì)入爐煤量熱值進(jìn)行校正，確保機(jī)組運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)鍋爐穩(wěn)燃控制優(yōu)化，設(shè)備保護(hù)邏輯梳理，各分支自動(dòng)控制回路的寬負(fù)荷區(qū)間優(yōu)化等多個(gè)方面的改造，該350 MW機(jī)組在無(wú)設(shè)備改造、無(wú)助燃手段的前提下，實(shí)現(xiàn)了鍋爐純凝工況下118 MW額定負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，完成了機(jī)組深度調(diào)峰的預(yù)期目標(biāo)。后續(xù)工作應(yīng)以電網(wǎng)深度調(diào)峰補(bǔ)貼政策為依據(jù)，以鍋爐、汽機(jī)主設(shè)備改造為重點(diǎn)，引入先進(jìn)的調(diào)整策略，挖掘機(jī)組深度調(diào)峰能力，并提高機(jī)組負(fù)荷的快速響應(yīng)能力。