趙 宇，鄒包產(chǎn)

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司西北電力試驗研究院，陜西 西安 710065)

0 引言

隨著火電機(jī)組主要輔機(jī)制造廠制造水平的提升，主要輔機(jī)單列配置的機(jī)組在國內(nèi)已逐漸出現(xiàn)，且機(jī)組參數(shù)等級也向著大容量、高參數(shù)發(fā)展[1]。采用兩臺引風(fēng)機(jī)、一臺送風(fēng)機(jī)、一臺空預(yù)器配置的機(jī)組組成“兩引一送”單輔機(jī)[2]。

輔機(jī)故障減負(fù)荷(runback,RB)功能是指當(dāng)機(jī)組重要輔機(jī)突然跳閘，且機(jī)組最大理論出力小于當(dāng)前實際負(fù)荷時，自動控制系統(tǒng)快速將負(fù)荷降至機(jī)組實際所能達(dá)到的相應(yīng)出力，并保證機(jī)組主要參數(shù)在安全范圍內(nèi)變化。RB控制策略能夠提高事故時機(jī)組的自動調(diào)節(jié)和故障處理能力，避免造成重要設(shè)備損壞或非正常停機(jī)，保證機(jī)組的長周期、安全穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運行[3]。

采用“兩引一送”配置的超超臨界機(jī)組與常規(guī)機(jī)組相比，在引風(fēng)機(jī)RB功能的實現(xiàn)上有較大區(qū)別。因此，本文結(jié)合某660 MW超超臨界機(jī)組進(jìn)行引風(fēng)機(jī)RB功能研究，并根據(jù)機(jī)組運行特點提出了一些優(yōu)化方案，最后通過現(xiàn)場動態(tài)試驗對控制方案進(jìn)行了驗證。

1 超超臨界機(jī)組引風(fēng)機(jī)RB控制策略

1.1 RB觸發(fā)及復(fù)位條件

RB觸發(fā)條件為機(jī)組處于協(xié)調(diào)運行方式或機(jī)跟隨運行方式時，實際負(fù)荷高于RB觸發(fā)負(fù)荷，兩臺正常運行的引風(fēng)機(jī)中任一臺跳閘。

RB復(fù)位方式包括運行人員手動復(fù)位和RB控制系統(tǒng)自動復(fù)位兩種。RB控制系統(tǒng)自動復(fù)位條件是機(jī)組實際負(fù)荷低于RB復(fù)位負(fù)荷或RB動作持續(xù)6 min。

RB觸發(fā)負(fù)荷和復(fù)位負(fù)荷的設(shè)置應(yīng)根據(jù)單臺引風(fēng)機(jī)最大出力試驗結(jié)果確定。

1.2 RB目標(biāo)負(fù)荷、負(fù)荷變化率及目標(biāo)燃料量

引風(fēng)機(jī)RB觸發(fā)后，機(jī)組實際負(fù)荷指令按照設(shè)計的負(fù)荷變化率降至RB目標(biāo)負(fù)荷。

對于引風(fēng)機(jī)RB動作，負(fù)荷變化率一般選擇為100%額定負(fù)荷/min。機(jī)組的負(fù)荷變化率直接影響鍋爐燃料指令變化速率，對于機(jī)組快速降負(fù)荷起著重要作用[4]。

RB目標(biāo)負(fù)荷應(yīng)低于單臺引風(fēng)機(jī)所能承受的最大負(fù)荷。根據(jù)RB動作前鍋爐燃料指令和實際負(fù)荷相比較得出單位負(fù)荷對應(yīng)的燃料指令，最終折算出RB目標(biāo)負(fù)荷對應(yīng)的RB目標(biāo)燃料量。

1.3 RB動作回路

引風(fēng)機(jī)RB動作后，機(jī)組自動切至“機(jī)跟隨”控制方式和“滑壓”運行方式，鍋爐主控強(qiáng)制跟蹤計算后的RB目標(biāo)燃料量。運行磨組按照預(yù)先設(shè)計好的順序和延時時間依次跳閘，最終保留3臺磨組運行。

自動控制系統(tǒng)在正常工況下均設(shè)計有被控對象的設(shè)定值與實際值偏差大切手動保護(hù)。但在RB動作過程中，控制系統(tǒng)主要參數(shù)可能超出正常波動范圍。因此，重要的自動控制系統(tǒng)，如協(xié)調(diào)、汽溫、爐膛負(fù)壓、總風(fēng)量、一次風(fēng)壓等應(yīng)在RB動作期間退出偏差大切手動保護(hù)功能，使其可以繼續(xù)保持在自動方式下運行，增加RB成功幾率。

引風(fēng)機(jī)RB動作時，一臺引風(fēng)機(jī)跳閘后，另一臺引風(fēng)機(jī)動葉快速增加至最大，彌補送風(fēng)、一次風(fēng)與引風(fēng)的出力不平衡。為防止引風(fēng)機(jī)過電流，應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)最大出力試驗結(jié)果對其動葉指令輸出進(jìn)行上限限制。

由于RB動作后，機(jī)組處于“滑壓”運行方式，主蒸汽壓力設(shè)定值以一定速率下降，且鍋爐主蒸汽流量下降速度遠(yuǎn)低于鍋爐燃料量下降速度，導(dǎo)致主再熱汽溫會有較大幅度下降。因此，應(yīng)在RB發(fā)生后超馳關(guān)閉過熱器、再熱器減溫水調(diào)門。

2 RB控制難點

超超臨界機(jī)組的加熱段、蒸發(fā)段和過熱段三者之間沒有固定分界點，受不同負(fù)荷下給水流量、鍋爐燃料量等參數(shù)變化的影響，最終導(dǎo)致中間點溫度和主蒸汽汽溫的相應(yīng)變化。因此，保持合理的水煤比和風(fēng)煤比，對于超超臨界機(jī)組RB控制至關(guān)重要[5]。

機(jī)組引風(fēng)機(jī)RB發(fā)生時，爐膛負(fù)壓是機(jī)組所有重要參數(shù)中變化劇烈，也是有可能引起鍋爐跳閘的參數(shù)。在引風(fēng)機(jī)RB動作過程中時，保證送、引風(fēng)機(jī)之間的動態(tài)平衡關(guān)系，是機(jī)組送、引風(fēng)機(jī)RB試驗成功的關(guān)鍵[3]。

在“兩引一送”配置的超超臨界機(jī)組引風(fēng)機(jī)RB動態(tài)過程中，存在以下控制難點。

①常規(guī)機(jī)組通常配置有兩臺引風(fēng)機(jī)、兩臺送風(fēng)機(jī)、兩臺空預(yù)器。引風(fēng)機(jī)RB動作時，聯(lián)鎖跳閘對應(yīng)側(cè)送風(fēng)機(jī)。此時，如果爐膛內(nèi)部燃燒沒有其他異常擾動時，自動控制系統(tǒng)可以迅速將爐膛負(fù)壓控制在合理范圍內(nèi)。對于采用“兩引一送”配置的機(jī)組，當(dāng)一臺引風(fēng)機(jī)跳閘后不能聯(lián)鎖跳閘送風(fēng)機(jī)，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)出力之間的動態(tài)平衡被打破，爐膛負(fù)壓快速上升。因此，需要設(shè)置合理的風(fēng)量控制策略，保證調(diào)節(jié)的快速性和準(zhǔn)確性。否則，可能導(dǎo)致爐膛負(fù)壓保護(hù)動作引發(fā)鍋爐主燃料跳閘(main fuel trip,MFT)，或者爐膛內(nèi)風(fēng)煤比嚴(yán)重失衡，燃燒情況進(jìn)一步惡化，RB自動調(diào)節(jié)失敗。

②RB過程中，磨煤機(jī)按照預(yù)先設(shè)定好的順序和間隔時間依次跳閘，鍋爐燃料量迅速減小，但鍋爐蓄熱量相對較大。此時，應(yīng)保證給水流量控制與燃料量相匹配，同時鍋爐煤水比函數(shù)的慣性時間應(yīng)設(shè)置合理[6]。給水流量下降過慢，可能導(dǎo)致水煤比嚴(yán)重失衡，中間點溫度及主蒸汽溫度下降幅度過大。給水流量下降過快，可能導(dǎo)致中間點溫度及過熱度快速上升甚至達(dá)到保護(hù)值，引發(fā)鍋爐MFT，RB自動調(diào)節(jié)失敗。

3 引風(fēng)機(jī)RB控制策略優(yōu)化方案

針對“兩引一送”超超臨界機(jī)組引風(fēng)機(jī)RB的控制難點，本方案在常規(guī)控制策略的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化。

①引風(fēng)機(jī)RB動作時，另一臺運行的引風(fēng)機(jī)動葉切至強(qiáng)制跟蹤方式，并超馳開至指令上限，延時3 s后跟蹤狀態(tài)解除，恢復(fù)至自動控制模式。引風(fēng)機(jī)動葉自動控制系統(tǒng)通常設(shè)計有送風(fēng)動葉開度對引風(fēng)動葉的前饋作用，在RB動作期間應(yīng)通過變化速率限制方式大幅弱化該前饋量，防止在RB初期送風(fēng)機(jī)動葉開度快速減小，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)動葉在爐膛負(fù)壓自動控制過程中出現(xiàn)反調(diào)。

②總風(fēng)量控制系統(tǒng)的風(fēng)量設(shè)定值基于鍋爐給煤量，引風(fēng)機(jī)RB動作后鍋爐給煤量指令到位需25～30 s，經(jīng)慣性環(huán)節(jié)處理后的風(fēng)量設(shè)定值到位需要時間更長。此過程中，單臺引風(fēng)機(jī)出力無法維持爐膛負(fù)壓在安全范圍內(nèi)。針對此問題，設(shè)計負(fù)荷指令對送風(fēng)機(jī)動葉的前饋作用。當(dāng)引風(fēng)機(jī)RB動作時，負(fù)荷指令切換至RB目標(biāo)負(fù)荷，前饋量相應(yīng)減少至RB目標(biāo)負(fù)荷對應(yīng)的送風(fēng)機(jī)動葉開度，最終作用送風(fēng)機(jī)動葉開度快速減小，保證單臺引風(fēng)機(jī)出力與對應(yīng)的送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)出力相匹配。

③RB動作過程中，為防止中間點溫度變化幅度過大，單獨設(shè)計針對RB工況下中間點溫度控制的PID參數(shù)，保證在RB時將中間點溫度控制在合理范圍內(nèi)。其作用效果應(yīng)強(qiáng)于正常的負(fù)荷升降過程。同時，由于RB過程中，鍋爐燃料量快速下降，因此RB工況下鍋爐煤水比函數(shù)的慣性時間應(yīng)小于正常工況下的時間，根據(jù)機(jī)組鍋爐燃料與給水流量特性關(guān)系合理設(shè)置。

④機(jī)組RB過程中汽輪機(jī)處于滑壓控制方式。當(dāng)壓力設(shè)定值下降較快時，將導(dǎo)致實際壓力下降較快。此時，汽輪機(jī)調(diào)閥開度較大，主蒸汽流量和機(jī)組負(fù)荷下降緩慢。一旦主蒸汽溫度出現(xiàn)下降拐點，將快速下降，且下降幅度較大，即使增加燃料量也無法立即遏制蒸汽溫度的下降[7-10]。因此,單獨設(shè)計RB工況下的壓力變化率和滑壓曲線。RB壓力變化率應(yīng)略小于正常工況的變化率且RB滑壓曲線較正常曲線適當(dāng)放緩，防止主汽壓下降過快導(dǎo)致的主汽溫大幅波動。

4 引風(fēng)機(jī)RB試驗

引風(fēng)機(jī)RB動作過程機(jī)組主參數(shù)曲線、爐膛負(fù)壓自動控制曲線分別如圖1、圖2所示。

圖1 主參數(shù)曲線Fig.1 Main parameter curves

圖2 爐膛負(fù)壓自動控制曲線Fig.2 Automatic control curves of furnace negative pressure

試驗開始前，機(jī)組處于協(xié)調(diào)控制方式，“滑壓”運行方式，RB功能投入，5臺磨煤機(jī)運行，各主要自動控制系統(tǒng)工作正常，輔機(jī)及輔助設(shè)備運行正常。機(jī)組負(fù)荷662.54 MW，主蒸汽壓力26.84 MPa，主汽溫586.25 ℃，再熱汽溫599.3 ℃，總?cè)剂狭?89.61 t/h，機(jī)組其他各主要參數(shù)穩(wěn)定。

運行人員手動打閘引風(fēng)機(jī)B，觸發(fā)引風(fēng)機(jī)RB，機(jī)組切至“機(jī)跟隨”運行方式，RB目標(biāo)負(fù)荷360 MW，負(fù)荷變化率為660 MW/min。E磨煤機(jī)跳閘，延時10 s后D磨煤機(jī)跳閘，保留3臺磨組運行，目標(biāo)煤量159 t/h。實際負(fù)荷從662.54 MW降至389.50 MW，實際主汽壓力降至22.85 MPa，中間點溫度變化范圍為412.60～450.40 ℃，爐膛負(fù)壓變化范圍為-312.92～+873.39 Pa，其他各參數(shù)運行正常。負(fù)荷降至RB復(fù)位負(fù)荷，RB試驗結(jié)束。

5 結(jié)論

大型火電機(jī)組的RB控制是一項需要多個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作的、復(fù)雜的綜合性控制。針對“兩引一送”配置機(jī)組的運行方式，結(jié)合超超臨界機(jī)組的特點，設(shè)計符合660 MW超超臨界機(jī)組的引風(fēng)機(jī)RB控制策略，最終實現(xiàn)“兩引一送”這種特殊配置機(jī)組引風(fēng)機(jī)RB的精確控制。試驗結(jié)果表明，完善的RB控制功能可實現(xiàn)運行工況的平穩(wěn)過度，為機(jī)組安全、穩(wěn)定運行提供了保障，同時為在其他同類型機(jī)組上的推廣應(yīng)用起到了示范作用[8]。