康 樂

(山西漳電大唐塔山發(fā)電有限公司，大同 037000)

0 引 言

在技術(shù)創(chuàng)新升級背景下，火力發(fā)電廠引進的先進技術(shù)越來越多樣，擴大了熱工自動化與熱工保護范圍，加大了熱控系統(tǒng)對火力發(fā)電機組調(diào)峰運行的性能影響。就此，火力發(fā)電廠需明確熱控系統(tǒng)的具體影響原理，采取針對性措施規(guī)避其不利影響，保障火力發(fā)電機組運行效益。

1 調(diào)峰容量對熱經(jīng)濟性的影響

在技術(shù)支持下，火力發(fā)電廠的調(diào)峰機組容量有較大提升，加大了峰谷差的幅度。就當(dāng)前的火力發(fā)電廠生產(chǎn)參數(shù)而言，大于200 MW的機組為火力發(fā)電機組中的主力調(diào)峰機組，其運行方式以定壓為主，帶基本負(fù)荷，配套的輔機遵循MCR原則。為明確調(diào)峰容量對熱經(jīng)濟性的影響，本文以某火力發(fā)電廠為例，結(jié)合其生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析。該火力發(fā)電廠的主力調(diào)峰機組為300 MW，設(shè)定正平衡煤耗96 h的試驗運行條件，進行影響試驗分析。分析結(jié)果顯示，在300 MW機組的運行負(fù)荷為120 MW(屬于低負(fù)荷)時，機組的供電煤耗比要高于額定負(fù)荷，多出50 gce/(kW·h)。就此，對該火力發(fā)電廠的300 MW機組開展全面煤耗試驗，分析低負(fù)荷運行狀態(tài)時，機組的煤耗狀況。試驗結(jié)果見表1。

表1 300 MW機組全面煤耗試驗結(jié)果表

觀察上表可知，在300 MW機組以低負(fù)荷運行時，負(fù)荷越低，機組的煤耗越多。就此，在火力發(fā)電廠運行期間，需做好機組發(fā)電負(fù)荷的控制工作，避免負(fù)荷降低過多，加大煤耗。

2 系統(tǒng)特性對負(fù)荷的影響

在火力發(fā)電廠機組運行期間，熱控系統(tǒng)特性對負(fù)荷的影響體現(xiàn)在以下兩方面。

2.1 鍋爐延遲響應(yīng)的影響

在火力發(fā)電機組運行期間，鍋爐在接收到熱控系統(tǒng)發(fā)送的負(fù)荷指令后，存在一定響應(yīng)時間，用于調(diào)節(jié)煤量及蒸汽流量，即蒸汽的產(chǎn)生需花費的時間。為明確其影響機理，本文選擇雙入雙出的磨直吹式制粉系統(tǒng)為研究對象，將風(fēng)量和煤粉細(xì)度為鍋爐延遲響應(yīng)實驗的控制變量，將煤量變化設(shè)定為±10%，測定不同機組運行工況下蒸汽的延遲時間。試驗結(jié)果顯示，在燃料量投入為80 t/h時，上升工況的延遲時間為71 s、下降工況的延遲時間為171 s；在燃料量投入為61 t/h時，上升工況的延遲時間為242 s、下降工況的延遲時間為157 s；在煤粉細(xì)度折向擋板開度為30%時，上升工況的延遲時間為57 s、下降工況的延遲時間為86s；在煤粉細(xì)度折向擋板開度為70%時，上升工況的延遲時間為107s、下降工況的延遲時間為128 s，具體的開度與細(xì)度參數(shù)關(guān)系如圖1所示?？梢姡阱仩t響應(yīng)延遲中，延時時間在1～4 min之間，加大一次風(fēng)量、提高煤粉投入量、擴大煤粉細(xì)度等措施，可縮短延遲時間。

2.2 汽機動態(tài)變化的影響

在火力發(fā)電機組中，汽機動態(tài)變化會對主汽壓力產(chǎn)生影響，進而影響機組負(fù)荷。為明確汽機動態(tài)變化的影響機制，開展鍋爐燃燒率擾動試驗。試驗工設(shè)定一下兩種工況：其一，投入主汽壓力自動，主汽壓力固定；其二，汽機調(diào)節(jié)門手動，開度固定。在鍋爐燃燒率擾動試驗過程中，鍋爐的所有系統(tǒng)均投入自動，運行期間觀察主汽壓力及負(fù)荷變化狀況。根據(jù)試驗結(jié)果(如圖2所示)，汽機負(fù)荷變化并未與鍋爐燃燒同步，二者存在延時。在工況二中，擾動涉及機組的蓄熱變化，使負(fù)荷變化出現(xiàn)較大的慣性延時。

3 系統(tǒng)運行方式對負(fù)荷的影響

在熱控系統(tǒng)運行中，運行方式、控制方式、負(fù)荷控制中心均會對負(fù)荷產(chǎn)生影響。

3.1 運行方式的影響

常用的熱控系統(tǒng)運行方式為定壓運行與滑壓運行兩種，通過試驗對比，選出最佳運行方式。

在定壓運行方式下，鍋爐燃燒會受負(fù)荷影響，燃燒參數(shù)與負(fù)荷需求一致。如果加大負(fù)荷需求，則加大鍋爐燃燒參數(shù)，強化鍋爐的蓄熱能力。在負(fù)荷需求變化時，鍋爐燃燒參數(shù)的變化，會影響火力發(fā)電機組的響應(yīng)速度。通常來說，在火力發(fā)電機組運行期間，為保持壓力，在負(fù)荷需求降低時，燃燒參數(shù)的下降，會使燃燒出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，加大響應(yīng)延遲[1]。

在滑壓運行方式下，鍋爐蓄熱能力會受負(fù)荷影響，參數(shù)與負(fù)荷需求一致。如果加大負(fù)荷需求，則鍋爐需吸收部分熱量，提高自身參數(shù)，強化蓄熱能力。在負(fù)荷需求變化時，參數(shù)的變化，會影響火力發(fā)電機組的響應(yīng)速度。以負(fù)荷需求降低狀況為例，在負(fù)荷降低到定壓和滑壓運行切換對應(yīng)的數(shù)值后，鍋爐參數(shù)會降低，釋放一定的蓄熱，用于補充煤量消耗減少的熱量。在該過程中，雖然熱控系統(tǒng)能夠避免煤量繼續(xù)消耗，但因延遲影響，并不會使負(fù)荷立即出現(xiàn)變化，在熱控系統(tǒng)指令發(fā)出后，需延遲2 min左右，才會出現(xiàn)負(fù)荷下降現(xiàn)象。

3.2 控制方式的影響

在火力發(fā)電廠中，通常選擇DCS控制系統(tǒng)，將CCS控制為核心方式。CCS控制方式的控制功能較為齊全，可結(jié)合火力發(fā)電機組的運行現(xiàn)狀及生產(chǎn)需求，調(diào)節(jié)運行方式。本文以某火力發(fā)電廠采用的“爐跟機”、“機跟爐”控制方式為例(如圖3所示)，分析其對調(diào)峰運行的性能影響。

在“爐跟機”控制方式下，熱控系統(tǒng)通過主控指令調(diào)節(jié)主汽壓力，通過汽機主控指令調(diào)節(jié)機組負(fù)荷，使機組負(fù)荷具備較大的調(diào)節(jié)空間，但調(diào)節(jié)質(zhì)量得不到保障，易使主汽壓力出現(xiàn)較大變化，雖然可為機組調(diào)峰運行提供便利，但運行穩(wěn)定性偏低。針對該問題，該火力發(fā)電廠對CCS系統(tǒng)進行改造，在鍋爐主控制回路中引入能量平衡信號，提高控制指令的響應(yīng)速度；在汽機主控制回路中添加控制邏輯，在主汽壓力超過一定范圍后，將汽機調(diào)門引入調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，提高主汽壓力控制水平，但該改造方式會延長負(fù)荷響應(yīng)時間。

在“機跟爐”控制方式下，熱控系統(tǒng)通過主控器實現(xiàn)鍋爐與汽機的控制。在火力發(fā)電機組運行期間，可根據(jù)主汽壓力數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)負(fù)荷，使主汽壓力的調(diào)節(jié)質(zhì)量影響機組的運行穩(wěn)定性。在實際運行中，該控制方式易出現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié)質(zhì)量差的問題，導(dǎo)致負(fù)荷響應(yīng)時間長，影響機組調(diào)峰運行性能。同時，該控制方式不支持自動運行工況，僅適用于部分特殊運行狀況[2]。

3.3 負(fù)荷控制中心

在調(diào)峰控制中，CCS系統(tǒng)通過上位級的負(fù)荷、鍋爐與主汽控制器實現(xiàn)。其中，負(fù)荷控制器在自動與手動條件下，控制方式不同。在自動控制中，由電網(wǎng)調(diào)度指令控制負(fù)荷；在手動控制中，由操作人員下達(dá)控制指令。在電網(wǎng)調(diào)度指令中，按照規(guī)范的負(fù)荷控制中心運行流程，控制器能夠落實指令中的幅度與速度，并將指令落實效果反饋給調(diào)度中心，在保障火力發(fā)電機組正常運行的基礎(chǔ)上，強化火力發(fā)電機組調(diào)峰運行的性能。需要注意的是，該控制方式僅在CCS系統(tǒng)運行，且無RUNBACK工況時發(fā)揮作用。

4 系統(tǒng)工況對熱工保護的影響

在火力發(fā)電機組運行期間，調(diào)峰運行較為頻繁，且調(diào)峰幅度較大，在運行工況出現(xiàn)變化后，風(fēng)量和水位隨之出現(xiàn)變化，對機組運行產(chǎn)生較大擾動。尤其是鍋爐一次風(fēng)和爐膛位置的差壓保護裝置，易出現(xiàn)誤動現(xiàn)象。就此，火力發(fā)電廠需進行相應(yīng)改造，提高熱工保護的有效性。

以某火力發(fā)電廠為例，其機組除氧器的水位保護在運行期間，會將水位低的信號發(fā)送給三個水泵設(shè)備，但跳閘信號僅配置一只液位開關(guān)，保護裝置可靠性偏低，極易出現(xiàn)誤動現(xiàn)象，導(dǎo)致水泵設(shè)備跳閘，電動水泵閉鎖，影響正常生產(chǎn)。針對該問題，技術(shù)人員將除氧器的水位定值的低Ⅰ和低Ⅱ進行串聯(lián)處理，在同時出現(xiàn)水位低和低低信號的狀況下，才會向水泵發(fā)送跳閘信號，避免保護出現(xiàn)誤動作。

借鑒上述熱工保護改造經(jīng)驗，在火力發(fā)電機組調(diào)峰運行期間，需對熱工保護進行如下改造：確保MFT保護與汽機保護同時運行；為機組的輔機配置保護；為負(fù)荷響應(yīng)特性優(yōu)異的火力發(fā)電機組配置快速甩負(fù)荷邏輯；在CCS系統(tǒng)中設(shè)置故障自愈功能，通過快速減負(fù)荷、負(fù)荷迫升或迫降等措施，使汽機負(fù)荷轉(zhuǎn)變至空載狀態(tài)，保障機組的安全穩(wěn)定運行[3]。

5 結(jié)束語

綜上所述，在火力發(fā)電機組運行期間，熱控系統(tǒng)對火力發(fā)電機組調(diào)峰運行的性能影響較為復(fù)雜。通過本文的分析，火力發(fā)電廠可通過縮短負(fù)荷響應(yīng)時間、優(yōu)化CCS控制系統(tǒng)、完善熱工保護裝置等措施，強化火力發(fā)電機組的調(diào)峰性能，保障火力發(fā)電機組的高效運行，減少火力發(fā)電生產(chǎn)的煤耗，實現(xiàn)火力發(fā)電廠可持續(xù)發(fā)展。