代增麗 徐文武 劉偉

摘 要：文章以國外某電廠項目超臨界燃煤機組負荷變動試驗為研究對象，總結(jié)和提煉25%Pe負荷變化范圍以上，實現(xiàn)CCS負荷指令3%升降變化速率成功經(jīng)驗和方法，彌補我國較大負荷變動區(qū)間協(xié)調(diào)控制經(jīng)驗和策略，提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)和響應(yīng)速度，突破超臨界機組大負荷變動技術(shù)瓶頸，充分證明我國在協(xié)調(diào)控制方面超高技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：協(xié)調(diào);負荷率;負荷變動;模擬量

中圖分類號：TM714 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0197-02

隨著國際電站高速發(fā)展，電網(wǎng)對供電質(zhì)量要求越來越高，較大負荷變動范圍和較高負荷升降速率已經(jīng)成為國際電站對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一個硬性要求，但是，目前國內(nèi)對超臨界機組協(xié)調(diào)控制仍處于火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收品質(zhì)指標，超大變動區(qū)間和較高升降速率的工程實踐經(jīng)驗缺少。

本文旨在以國外某電廠項目超臨界燃煤機組負荷變動試驗為研究對象，總結(jié)和提煉25%Pe負荷變化范圍以上，實現(xiàn)CCS負荷指令達到3%升降變化速率成功經(jīng)驗和思路，彌補我國在較大負荷變動區(qū)間控制經(jīng)驗和策略，提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)負荷調(diào)節(jié)品質(zhì)和響應(yīng)速度，突破機組協(xié)調(diào)大負荷變動技術(shù)瓶頸，充分證明我國在協(xié)調(diào)控制方面超高技術(shù)水平。

1 國際電站與國家驗收標準的差異

M國某項目設(shè)計為超臨界燃煤電站，裝機容量1x350MW，2017年9月并網(wǎng)發(fā)電，屬于目前M國已發(fā)電的裝機容量最大機組;根據(jù)EPC合同規(guī)定，機組要在40%～100%負荷區(qū)間，以25%Pe最小變動范圍，實現(xiàn)3%Pe/min升降負荷率，然而我國《DLT657-2015火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》驗收標準為在15%Pe變動范圍，實現(xiàn)負荷指令變化速率1.5%Pe/min，實際負荷變化速率大于1.2%Pe/min，這兩者要求和驗收標準存在較大的差異，尤其對蓄熱能力差的直流爐超臨界機組，沒有成功的案例和經(jīng)驗，實施的難度是相當大的。

2 直流鍋爐與汽包爐的特性差異

直流鍋爐的蒸汽生產(chǎn)過程不同于汽包鍋爐，汽包鍋爐通過汽包將蒸發(fā)區(qū)和過熱區(qū)分開，其燃料控制、給水控制和汽溫控制系統(tǒng)相對獨立;而直流鍋爐燃料控制系統(tǒng)、給水控制系統(tǒng)和蒸汽溫度控制系是相互聯(lián)系、相互作用、相互影響，當任一控制發(fā)生變化，鍋爐的各段吸熱量都會發(fā)生變化，隨之蒸汽溫度發(fā)生變化，超臨界機組在控制系統(tǒng)相互配合、相互協(xié)調(diào)和煤水比平衡等方面提出更高的要求，尤其對于有超大負荷區(qū)間和超大速率變化的機組;因此，鑒于控制系統(tǒng)相互影響特性，防止控制失調(diào)情況下導致事故尤為重要;M國該項目采用負荷高低限幅、負荷變化率限制、壓力高低限制和指令增減閉鎖等手段，還根據(jù)直流爐的相互作用關(guān)系，優(yōu)化各指令變化速率和合理選擇跟蹤參數(shù)，確保即使控制系統(tǒng)自動跳出，仍穩(wěn)定在一個安全的平衡點，通過試驗也充分證明控制策略正確性。

3 試驗過程難點及優(yōu)化措施

在國內(nèi)外早前的機組，負荷變動試驗常采用調(diào)節(jié)汽輪機調(diào)門的開度，利用機組的蓄熱能力快速相應(yīng)實現(xiàn)相關(guān)的要求，然而對于有較大負荷變動和較高變化速率要求的機組，是遠遠不夠的，需要調(diào)動各專業(yè)技術(shù)人員密切配合，不斷研究、分析和探討，提出解決思路，攻克試驗過程中一個個難點。

難點1：滯后性問題。

本項目采用直吹式制粉系統(tǒng)，從改變煤量到蒸汽流量發(fā)生變化存在較大的延遲，單從給煤指令至實際煤量動作滯后約20～30s，從給煤到鍋爐發(fā)生變化大約滯后1.5min～2min，嚴重影響負荷響應(yīng)速度，因此，必須找到有效措施提高控制系統(tǒng)的快速性，降低燃燒系統(tǒng)的延遲，加速鍋爐側(cè)的動態(tài)響應(yīng)速度。

直流鍋爐由于循環(huán)倍率等于1，水冷壁管子直徑小，沒有較大蓄熱容器，蒸發(fā)系統(tǒng)蓄熱能力很小，而汽包爐循環(huán)倍率大于1，汽包容積和質(zhì)量較大，下降管和水冷壁管直徑較大，蒸發(fā)系統(tǒng)熱慣性很大，兩者相比是幾何倍數(shù)關(guān)系，因此，對于超臨界機組單靠挖掘蓄熱能力是遠遠不夠的，必須從設(shè)備配置、機組運行特性出發(fā)，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上充分挖掘、利用設(shè)備能力，首先，根據(jù)鍋爐熱力特性，當煤量達到一個足夠量的階躍時，爐內(nèi)煤量快速改變超出爐體的蓄熱而產(chǎn)生富余熱量，鍋爐的響應(yīng)時間大大縮短，因此，足夠煤量的超調(diào)量是有助于縮短鍋爐響應(yīng)時間，現(xiàn)場通過不斷試驗，確定了不同負荷變化速率與煤量超調(diào)量對應(yīng)線性關(guān)系;其次，根據(jù)一次風攜帶煤粉的作用，通過一次風量快速變化，充分利用磨煤機蓄粉能力快速響應(yīng)負荷，大大降低了制粉系統(tǒng)滯后性，同時，為了防止堵磨事件的發(fā)生，根據(jù)磨煤機運行狀況、煤量、風量與風門特性匹配關(guān)系，對風量速率、閥門開度做了一定限制，確保在安全的前提下，充分發(fā)揮和挖掘制粉系統(tǒng)的能力;再次，根據(jù)直流爐一次流經(jīng)各級受熱面的特性，利用給水快速相應(yīng)帶動汽壓變化，優(yōu)化給水變化速率，進一步提高了鍋爐的響應(yīng)時間;經(jīng)過以上優(yōu)化措施，鍋爐整體滯后性降至50s以內(nèi)，取得了相當不錯的效果。

難點2：變化速率低問題。

開始變化階段，負荷變化速率低，由于給煤量投入不足影響了鍋爐產(chǎn)熱能力，即開始第一分鐘內(nèi)投入煤量較少，鍋爐不能迅速產(chǎn)生足量的蒸汽，致使負荷響應(yīng)速度低，因此，選擇合適的超調(diào)量，是開始變化速率達到的基本條件;從第3分鐘后負荷變化率存在下降趨勢，主要是由于第二分鐘后煤量出現(xiàn)了回調(diào)式波動現(xiàn)象，初步認為由于給煤機存在滯后性和慣性原因，即當給煤指令達后，實際給煤量反饋仍未到，指令與實際給煤量存在偏差，不斷調(diào)整造成了給煤量波動，但通過參數(shù)變化趨勢分析判斷，認為由于大量煤粉投入后，實際壓力升速較快，然而壓力升速率指令偏低，從而限制給煤速率，致使相互影響，出現(xiàn)了回調(diào)現(xiàn)象，現(xiàn)場通過采取放寬壓力波動允許值，優(yōu)化壓力變化指令速率，減弱壓力拉回控制作用，確保給煤量指令與反饋一致性。

變化中間階段，負荷變化速率下降問題，試驗過程中發(fā)現(xiàn)開始5分鐘后，負荷變化速率有一定下降趨勢;初步認為，雖然給煤量有足夠的超調(diào)量，但是后續(xù)給煤量或者給煤速率仍不能滿足負荷變化的要求，因此，充足的給煤速率或給煤量是確保變化速率維持的重點，但鑒于各指令和反饋匹配性較好，優(yōu)先采取修改負荷變化率指令方式，將負荷率3%Pe/min設(shè)定改成3.15%Pe/min，成功解決了該問題。

變化結(jié)束階段，負荷變化率變緩問題，試驗過程中發(fā)現(xiàn)，在最后10MW負荷區(qū)間，負荷變化率平緩，持續(xù)時間約3分鐘左右，有時更長，初步認為，由于給煤量達到要求給定值后，提前將超調(diào)量進行了回調(diào)，造成后勁不足，致使結(jié)束階段的負荷率變化率低，因此，對將回調(diào)進一步優(yōu)化;另外，經(jīng)過觀察在負荷波動過程中，真空隨著機組進汽量變化而變化，升負荷時由11Kpa升至13Kpa左右，降負荷時從12Kpa降至10Kpa左右，由于真空變化對汽輪機發(fā)電有一定的影響，現(xiàn)場通過優(yōu)化空冷島背壓控制回路，將背壓維持在12Kpa左右，有效解決了該問題。

難點3：超溫問題。

在試驗初期，當負荷變化速率達到1.7%Pe/min時，鍋爐垂直水冷壁和過熱器局部出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，其中，針對垂直水冷壁超溫，由于四角切圓鍋爐存在偏燒以及煤水比匹配問題，現(xiàn)場進行了燃燒優(yōu)化和煤水比速率修改，針對屏式過熱器超溫，主要通過汽溫調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)優(yōu)化，成功解決了超溫問題。

4 試驗結(jié)果

M國該項目按照合同規(guī)定，分別驗證了5次升/降負荷率，試驗共持續(xù)6小時左右，從220MW至340MW，升負荷變化率約10.69～11.09MW/min;從340MW至220MW，降負荷變化率約10.60～11.01MW/min，達到了合同規(guī)定要求，如表1所示。

5 結(jié)語

本項目通過深入研究協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)動態(tài)特性及控制策略，優(yōu)化關(guān)鍵系統(tǒng)控制回路和參數(shù)匹配，成功實現(xiàn)超臨界機組超大負荷區(qū)間和超高變化速率試驗要求，提高了機組負荷響應(yīng)速度，滿足當?shù)仉娋W(wǎng)的要求，得到業(yè)主及監(jiān)理的高度認可，同時也充分體現(xiàn)了我們在國際電站協(xié)調(diào)控制方面水平;通過總結(jié)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)經(jīng)驗和思路，從實際試驗過程出發(fā)，分析和研究試驗過程難點和提出解決方案，為同等以及更高負荷變化速率試驗要求的機組，積累了寶貴的經(jīng)驗，而且，對不同類型機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)也具有一定的參考和推廣價值，如表1所示。