劉千，呂劍虹，張秋生，卓華

(1.國(guó)家能源集團(tuán)新能源技術(shù)研究院有限公司，北京 102206；2.東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210000)

近年來(lái)，隨著我國(guó)風(fēng)電、光伏、地?zé)岬雀魇娇稍偕茉窗l(fā)電形式的興起和快速發(fā)展的持續(xù)態(tài)勢(shì)，可再生能源在電網(wǎng)中所占的比例呈現(xiàn)逐年快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。由于風(fēng)、光等自然資源本身的地域性、時(shí)間性和穩(wěn)定性等客觀問(wèn)題，其發(fā)展已經(jīng)從以往的增量補(bǔ)充進(jìn)入到大范圍增量替代和區(qū)域性存量替代階段。隨著可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量的逐年提升，可再生能源的發(fā)電特點(diǎn)導(dǎo)致可再生能源消納、電力系統(tǒng)調(diào)峰問(wèn)題，平衡調(diào)節(jié)能力提升需求越來(lái)越突出，制約著新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建和發(fā)展[1-2]。為了更多消納清潔能源電力，電網(wǎng)迫切要求火電機(jī)組承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，火電機(jī)組必須要提高運(yùn)行靈活性，以適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度要求[3]。提升火電機(jī)組靈活性運(yùn)行能力，挖掘自身調(diào)峰潛力，不僅是解決當(dāng)前新能源消納困境的有效途徑，也是延續(xù)火電企業(yè)生命周期，實(shí)現(xiàn)電力綠色轉(zhuǎn)型的必然選擇[4-6]。

我國(guó)電源結(jié)構(gòu)決定了未來(lái)電源靈活性的主體仍以火電機(jī)組為主，機(jī)組靈活性改造的深度和廣度有待進(jìn)一步提高，深度調(diào)峰能力有待進(jìn)一步加強(qiáng)。為助力全國(guó)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)，2021年出臺(tái)的《全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)實(shí)施方案》明確要求：新建煤電機(jī)組和現(xiàn)役機(jī)組經(jīng)過(guò)靈活性改造后純凝工況調(diào)峰能力要求達(dá)到35%額定負(fù)荷(Pe)，熱電機(jī)組供熱期運(yùn)行達(dá)到40%Pe調(diào)峰能力[7]。當(dāng)前機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略大多是針對(duì)50%Pe及以上設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行，隨著負(fù)荷向35%Pe及以下繼續(xù)降低，當(dāng)前協(xié)調(diào)控制策略已經(jīng)無(wú)法滿足機(jī)組運(yùn)行需求[8-11]，需要根據(jù)機(jī)組深度調(diào)峰幅度、機(jī)組面臨的困難和短板情況進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，提升機(jī)組快速負(fù)荷響應(yīng)、快速啟停機(jī)、深度調(diào)峰能力[12-14]，滿足電力系統(tǒng)對(duì)燃煤機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行工況下負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬、運(yùn)行響應(yīng)速度快的調(diào)控需求，主動(dòng)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展，確保電網(wǎng)、機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 超臨界機(jī)組深度調(diào)峰需求分析

燃煤機(jī)組的發(fā)展是以材料的發(fā)展、控制技術(shù)的提高、電力行業(yè)的發(fā)展需求為基礎(chǔ)，隨著社會(huì)整體用電量的不斷增長(zhǎng)，總裝機(jī)容量的不斷上升，超臨界機(jī)組以其顯著的經(jīng)濟(jì)性逐步取代了亞臨界機(jī)組成為燃煤發(fā)電的主力機(jī)組。與常規(guī)亞臨界機(jī)組相比，超臨界機(jī)組鍋爐受熱面總吸收量和水冷壁、過(guò)熱器、再熱器、省煤器吸熱量比例都發(fā)生了很大變化，由于沒(méi)有汽包這種大型蓄熱容器，超臨界機(jī)組本身蓄熱能力不足，這直接影響超臨界機(jī)組響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷指令的能力。超臨界機(jī)組的可用蓄熱主要來(lái)源于鍋爐汽水流程中的金屬吸熱部件與汽水工質(zhì)在熱交換過(guò)程中的熱慣性，金屬部件的比熱比汽水工質(zhì)比熱要小很多，金屬部件蓄熱能力有限，因此超臨界機(jī)組的蓄熱能力主要來(lái)源于鍋爐水冷壁中、聯(lián)箱中汽水混合物的蓄熱。由于缺少了蓄熱體量大的汽包和下降管，超臨界機(jī)組蓄熱能力只有同容量汽包機(jī)組的三分之一左右，再加上超臨界機(jī)組工質(zhì)參數(shù)較高，工質(zhì)在蒸發(fā)段通過(guò)時(shí)間變短，進(jìn)一步減弱了本來(lái)就不足的蓄熱能力。

隨著機(jī)組容量的增大，機(jī)組溫度、壓力等參數(shù)的提升，適應(yīng)深度調(diào)峰工況運(yùn)行對(duì)超臨界機(jī)組的燃燒組織、機(jī)組運(yùn)行控制等方面都提出了更高要求[15]。深度調(diào)峰運(yùn)行對(duì)機(jī)組在寬負(fù)荷范圍內(nèi)的主要參數(shù)調(diào)節(jié)品質(zhì)提出了新的挑戰(zhàn)，參與調(diào)峰的機(jī)組，其接收電網(wǎng)的自動(dòng)發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)指令相對(duì)頻繁，隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，鍋爐燃燒滯后特性愈加明顯，低負(fù)荷運(yùn)行工況下鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)能量匹配難度進(jìn)一步加大。另外，超臨界機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，機(jī)組受設(shè)備安全裕度的限制，變負(fù)荷能力急劇下降，尤其當(dāng)運(yùn)行在低負(fù)荷濕態(tài)區(qū)間時(shí)，超臨界機(jī)組以類亞臨界機(jī)組方式運(yùn)行，對(duì)機(jī)組鍋爐、汽輪機(jī)和自動(dòng)控制產(chǎn)生了較大的影響[16-17]，包括：影響鍋爐側(cè)燃燒穩(wěn)定、制粉系統(tǒng)的穩(wěn)定、水動(dòng)力安全、脫硝系統(tǒng)運(yùn)行安全、空預(yù)器低溫腐蝕及泄漏，影響汽機(jī)側(cè)末級(jí)葉片安全性、軸系穩(wěn)定性、汽機(jī)本體壽命，并對(duì)控制層面的干濕態(tài)機(jī)組運(yùn)行控制、一次調(diào)頻響應(yīng)、負(fù)荷響應(yīng)速率、水冷壁安全防護(hù)等提出了挑戰(zhàn)[18]。常規(guī)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的協(xié)調(diào)控制策略已不能滿足機(jī)組濕態(tài)低負(fù)荷運(yùn)行工況的需求，同時(shí)由于機(jī)組自身強(qiáng)耦合、多變量、非線性特點(diǎn)，運(yùn)行中普遍存在煙氣流動(dòng)偏差和介質(zhì)流動(dòng)偏差等現(xiàn)象，進(jìn)一步加大了機(jī)組主蒸汽溫度、主蒸汽壓力控制精準(zhǔn)的難度，制訂能夠滿足機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行工況下干態(tài)、濕態(tài)以及干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中控制要求的協(xié)調(diào)控制策略就顯得尤其重要[19]。

2 深度調(diào)峰下機(jī)組協(xié)調(diào)控制分析

2.1 超臨界機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷區(qū)間分類

超臨界機(jī)組參與深度調(diào)峰過(guò)程中，當(dāng)負(fù)荷下降到一定程度時(shí)，如果繼續(xù)降低機(jī)組負(fù)荷，此時(shí)給煤量持續(xù)下降，而給水流量出于保護(hù)水冷壁水動(dòng)力安全的考量不再繼續(xù)下降，鍋爐燃煤提供的熱量不足以維持水冷壁出口工質(zhì)應(yīng)有的過(guò)熱度，此時(shí)汽水分離器內(nèi)水位建立，機(jī)組轉(zhuǎn)入濕態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)超臨界機(jī)組以類亞臨界汽包機(jī)組運(yùn)行，鍋爐、汽輪機(jī)、脫硝、控制保護(hù)等子系統(tǒng)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行[20]。機(jī)組從高負(fù)荷深度調(diào)峰到濕態(tài)運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)歷多個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，參數(shù)變化頻繁，幅度較大，干濕態(tài)運(yùn)行過(guò)程中機(jī)組控制策略發(fā)生了根本變化，不同狀態(tài)階段機(jī)組的關(guān)注重點(diǎn)也各不相同[21]。按照深度調(diào)峰過(guò)程中機(jī)組最低穩(wěn)燃負(fù)荷點(diǎn)、干濕態(tài)轉(zhuǎn)換點(diǎn)這2個(gè)重要節(jié)點(diǎn)將超臨界機(jī)組全負(fù)荷段分為3個(gè)典型區(qū)間段：

a)最低穩(wěn)燃負(fù)荷至100%Pe區(qū)間。機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷決定了機(jī)組在不進(jìn)行燃燒干預(yù)情況下所能維持負(fù)荷的低限，超臨界機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷一般在35%Pe左右，在這個(gè)運(yùn)行區(qū)間，機(jī)組運(yùn)行安全裕度較大，為了應(yīng)對(duì)電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”的考核，一般不需要進(jìn)行額外的設(shè)備改造，通過(guò)對(duì)機(jī)組已有控制邏輯的精細(xì)化調(diào)試即可滿足控制需求。

b)干濕態(tài)轉(zhuǎn)換負(fù)荷點(diǎn)至最低穩(wěn)燃負(fù)荷區(qū)間。如前所述，當(dāng)超臨界機(jī)組深度調(diào)峰到一定低負(fù)荷時(shí)，汽水分離器出現(xiàn)飽和水，機(jī)組轉(zhuǎn)入濕態(tài)運(yùn)行方式，機(jī)組經(jīng)歷干態(tài)到濕態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程，干濕態(tài)轉(zhuǎn)換負(fù)荷點(diǎn)一般在(25%～30%)Pe之間，此時(shí)機(jī)組負(fù)荷已經(jīng)低于最低穩(wěn)燃負(fù)荷，需要采取一定的穩(wěn)燃措施，比如投油或者投等離子等助燃手段；針對(duì)燃燒系統(tǒng)，采用優(yōu)化運(yùn)行或者是通過(guò)旁路改造等設(shè)備改造手段來(lái)提高選擇性催化還原(selective catalytic reduction，SCR)脫硝系統(tǒng)入口煙溫，以保證脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行；需采取大量的超馳控制邏輯，保證給水流量、凝結(jié)水流量等參數(shù)在合理控制范圍之內(nèi)，高、低壓旁路邏輯需進(jìn)一步優(yōu)化以滿足機(jī)組干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程控制要求，反向轉(zhuǎn)換亦是如此。

c)濕態(tài)運(yùn)行區(qū)間。當(dāng)超臨界機(jī)組深度調(diào)峰至濕態(tài)低負(fù)荷運(yùn)行工況時(shí)，原有的針對(duì)干態(tài)運(yùn)行工況設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)控制策略已經(jīng)無(wú)法適用，需重點(diǎn)關(guān)注汽水分離器水位的波動(dòng)，完善濕態(tài)工況下給水控制功能，改變機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略。一般采用的方式是將給水控制與協(xié)調(diào)控制部分分離：給水控制主要維持分離器水位，保證最低給水流量；協(xié)調(diào)控制則由燃料量、汽輪機(jī)調(diào)門(mén)共同調(diào)節(jié)主蒸汽壓力和機(jī)組負(fù)荷。

2.2 深度調(diào)峰下協(xié)調(diào)控制分析

對(duì)于燃煤機(jī)組，保證機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的能量平衡是組織好機(jī)組協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵。超臨界直流機(jī)組廣泛采用基于“爐跟機(jī)”的協(xié)調(diào)控制策略，以保證快速響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷指令變化的同時(shí)協(xié)調(diào)機(jī)組鍋爐側(cè)與汽輪機(jī)側(cè)間的能量平衡。這種能量平衡針對(duì)超臨界直流機(jī)組而言就是保持合理的水煤配比，維持不同負(fù)荷工況下機(jī)組給煤量和給水量之間的平衡[22]。保持合理水煤配比的協(xié)調(diào)控制策略適用于超臨界機(jī)組深度調(diào)峰過(guò)程中干濕態(tài)轉(zhuǎn)換點(diǎn)至機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行區(qū)間，策略采用中間點(diǎn)溫度或者中間點(diǎn)焓值控制來(lái)修正給煤量或者給水量的增量，補(bǔ)償鍋爐與汽輪機(jī)間的能量失衡，以減小主蒸汽壓力偏差，確保維持最佳的水煤配比，較為迅速地協(xié)調(diào)爐側(cè)和機(jī)側(cè)的能量平衡關(guān)系[23-24]。

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷進(jìn)一步降低到最低穩(wěn)燃負(fù)荷及以下時(shí)，隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，機(jī)組進(jìn)入干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程直至處于濕態(tài)運(yùn)行工況。此時(shí)機(jī)組被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性變化明顯，加上煤質(zhì)、燃燒穩(wěn)定性、電網(wǎng)調(diào)度指令的頻繁變化等各種擾動(dòng)因素的疊加，給熱工控制帶來(lái)了極大的困難和挑戰(zhàn)。采用“常規(guī)PID+前饋”的控制策略已經(jīng)不能滿足需求，從整體控制策略上來(lái)講，需要根據(jù)當(dāng)前的機(jī)組被控對(duì)象特性引入預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)的控制技術(shù)，同時(shí)結(jié)合過(guò)程預(yù)測(cè)模型的建立、智能動(dòng)態(tài)靜態(tài)水煤比綜合調(diào)配技術(shù)等來(lái)完成機(jī)組的有效控制。從具體實(shí)施上來(lái)看，當(dāng)機(jī)組深度調(diào)峰至濕態(tài)運(yùn)行工況，需要解決機(jī)組低負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒、機(jī)組脫硫脫硝相關(guān)系統(tǒng)正常工作、機(jī)組干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程自動(dòng)切換控制、機(jī)組濕態(tài)運(yùn)行工況下的協(xié)調(diào)控制等一系列問(wèn)題。干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中通過(guò)開(kāi)展主蒸汽溫度預(yù)調(diào)整、泵的切換、給水旁路運(yùn)行等控制策略設(shè)計(jì)和控制邏輯組態(tài)調(diào)試，完成切換過(guò)程的全程自動(dòng)運(yùn)行。采用大量的超馳控制和智能控制策略，確保分離器水位的快速準(zhǔn)確建立，啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行方式和給水控制模式與干態(tài)下的無(wú)擾切換，同時(shí)還要開(kāi)展深度調(diào)峰運(yùn)行工況下的控制與保護(hù)邏輯的定值優(yōu)化，低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下AGC及一次調(diào)頻控制優(yōu)化，深度調(diào)峰下的機(jī)組滑壓運(yùn)行優(yōu)化，脫硝自動(dòng)優(yōu)化控制以及供熱機(jī)組所采用的高低壓旁路供熱控制優(yōu)化等技術(shù)研究，減少機(jī)組深度調(diào)峰過(guò)程中的手動(dòng)操作、干濕態(tài)頻繁切換、機(jī)組參數(shù)劇烈波動(dòng)等現(xiàn)象，提高深度調(diào)峰下機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

3 工程應(yīng)用效果分析

某機(jī)組鍋爐為HG1950/25.4-HM15型超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，型式為單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉、干排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)П型布置、帶啟動(dòng)循環(huán)泵，采用墻式切圓燃燒方式。投運(yùn)后，受配煤摻燒工況影響，機(jī)組運(yùn)行存在以下不足：機(jī)組基本具備干態(tài)范圍內(nèi)(40%～100%)Pe段的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度存在一定的波動(dòng)，大部分時(shí)候能夠滿足電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”的考核要求；不具備濕態(tài)范圍內(nèi)的自動(dòng)深度調(diào)峰能力，濕態(tài)低負(fù)荷工況下機(jī)組控制切手動(dòng)運(yùn)行，主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度波動(dòng)較大，影響機(jī)組低負(fù)荷下的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在機(jī)組進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整、部分設(shè)備改造的基礎(chǔ)上，從自動(dòng)控制角度出發(fā)，對(duì)機(jī)組輔助調(diào)峰控制品質(zhì)進(jìn)一步優(yōu)化，滿足機(jī)組帶負(fù)荷能力達(dá)20%Pe工況的要求，且低負(fù)荷段AGC、一次調(diào)頻、干濕態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)換、機(jī)組協(xié)調(diào)100%投入要求；并提高機(jī)組輔助調(diào)峰能力，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，提升機(jī)組發(fā)電效益。

3.1 常規(guī)負(fù)荷段協(xié)調(diào)控制優(yōu)化

常規(guī)負(fù)荷階段機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化根據(jù)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)劃分為2個(gè)分段：(40%～100%)Pe段和干濕態(tài)轉(zhuǎn)換負(fù)荷點(diǎn)至40%Pe段，總體還是依托已有的以水煤比控制為核心的協(xié)調(diào)控制邏輯。在(40%～100%)Pe段，系統(tǒng)具有較大的調(diào)節(jié)裕量和調(diào)節(jié)空間，主要是采用對(duì)鍋爐主控、給水控制回路、水煤比控制等回路進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整，同時(shí)結(jié)合滑壓曲線優(yōu)化、煤質(zhì)校正邏輯來(lái)滿足機(jī)組穩(wěn)態(tài)及變負(fù)荷工況下的控制要求。隨著負(fù)荷往40%Pe以下繼續(xù)降低，給煤量和給水量逐步達(dá)到最低穩(wěn)燃負(fù)荷，到了干態(tài)運(yùn)行工況的下限，此時(shí)機(jī)組調(diào)節(jié)裕量逐漸減小直至沒(méi)有，爐內(nèi)熱負(fù)荷、蓄熱量、煙氣流量大幅度減小，系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力弱化，鍋爐響應(yīng)特性也與高負(fù)荷時(shí)有所不同。此時(shí)投入等離子進(jìn)行助燃保證爐膛不滅火，有針對(duì)性地優(yōu)化閉鎖及限制條件，對(duì)鍋爐主控、水煤比控制、給水控制、送引風(fēng)控制、汽泵再循環(huán)、減溫水系統(tǒng)、煙氣擋板等回路采用變參數(shù)、多變量前饋等控制優(yōu)化手段，精細(xì)化整定調(diào)節(jié)參數(shù)，確保控制指標(biāo)滿足機(jī)組控制需求。

3.2 低負(fù)荷段深度調(diào)峰協(xié)調(diào)控制優(yōu)化

超臨界機(jī)組干態(tài)與濕態(tài)運(yùn)行方式差異很大。干態(tài)運(yùn)行時(shí)機(jī)組為直流運(yùn)行方式，機(jī)組協(xié)調(diào)控制邏輯以獲得最佳水煤配比為核心要素。濕態(tài)時(shí)機(jī)組以類亞臨界汽包機(jī)組方式運(yùn)行，機(jī)組控制目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)楸３纸o水流量不變，依托燃料量的改變實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的增減，尋優(yōu)溢流閥開(kāi)度控制分離器水位。由于分離器的蓄熱能力非常有限，蒸汽流量、機(jī)組負(fù)荷等參數(shù)的變化對(duì)分離器水位影響巨大，自動(dòng)控制難度很大。機(jī)組在降低負(fù)荷至濕態(tài)運(yùn)行工況時(shí)，經(jīng)歷干態(tài)、干濕態(tài)轉(zhuǎn)換、濕態(tài)等過(guò)程，常規(guī)控制方法和手段已不能滿足控制需求；因此，借助先進(jìn)的控制技術(shù)、智能算法、專家經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成機(jī)組低負(fù)荷階段控制需求。具體為：采用預(yù)測(cè)控制作為核心控制環(huán)節(jié)，提前預(yù)測(cè)被調(diào)量變化趨勢(shì)，有效提前調(diào)節(jié)過(guò)程，提高機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性和抗擾動(dòng)能力，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立機(jī)組被控對(duì)象模型，實(shí)時(shí)校正與機(jī)組控制系統(tǒng)密切相關(guān)的特性參數(shù)，提高控制的實(shí)時(shí)性，不斷向最優(yōu)目標(biāo)逼近；根據(jù)機(jī)組運(yùn)行人員實(shí)際操作習(xí)慣、設(shè)備設(shè)施實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合專家智能算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)組干濕態(tài)一鍵轉(zhuǎn)換控制。

為實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰下機(jī)組優(yōu)化控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組干濕態(tài)一鍵轉(zhuǎn)換以及濕態(tài)下的協(xié)調(diào)、汽溫自動(dòng)控制，需有針對(duì)性地開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)，這是達(dá)成機(jī)組低負(fù)荷段協(xié)調(diào)控制投入的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)深度調(diào)峰變負(fù)荷過(guò)程中機(jī)組不同階段被控對(duì)象特性分析，主要開(kāi)展的機(jī)組深度調(diào)峰系統(tǒng)熱態(tài)試驗(yàn)包括并/切泵順控試驗(yàn)、濕態(tài)工況下的手動(dòng)摸底試驗(yàn)、干濕態(tài)一鍵順控切換試驗(yàn)及濕態(tài)變負(fù)荷試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，要對(duì)機(jī)組的當(dāng)前負(fù)荷、機(jī)組當(dāng)前協(xié)調(diào)控制方式、主保護(hù)的投退、子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、重要參數(shù)數(shù)值及變化趨勢(shì)加以重點(diǎn)關(guān)注。例如：并/切泵順控試驗(yàn)過(guò)程中關(guān)注水泵轉(zhuǎn)速的變化、給水流量的波動(dòng)幅值、再循環(huán)管道振動(dòng)情況；手動(dòng)濕態(tài)摸底試驗(yàn)時(shí)關(guān)注水泵運(yùn)行狀態(tài)、再循環(huán)水流量、給煤磨組運(yùn)行情況、等離子運(yùn)行情況等；干濕態(tài)一鍵順控切換試驗(yàn)時(shí)關(guān)注爐水循環(huán)泵及其相關(guān)電動(dòng)門(mén)狀態(tài)、貯水箱溢流控制閥狀態(tài)、貯水箱液位控制閥狀態(tài)、貯水箱管路電動(dòng)門(mén)狀態(tài)等；濕態(tài)變負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)關(guān)注主給水流量低、貯水箱液位高、火檢冷卻風(fēng)母管壓力低、水冷壁溫高、空預(yù)器出口一次風(fēng)壓力低等主保護(hù)的投退狀態(tài)。通過(guò)升降負(fù)荷反復(fù)試驗(yàn)獲取機(jī)組深度調(diào)峰變負(fù)荷過(guò)程中重要狀態(tài)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的機(jī)組負(fù)荷值和各狀態(tài)段機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)相關(guān)控制參數(shù)，建立精確的機(jī)組被控對(duì)象模型并尋優(yōu)最佳模型參數(shù)，結(jié)合預(yù)測(cè)控制算法、專家經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出能夠滿足機(jī)組深度調(diào)峰低負(fù)荷濕態(tài)運(yùn)行、能夠與機(jī)組干態(tài)控制邏輯無(wú)縫鏈接、能夠與已有邏輯進(jìn)行無(wú)擾切換的機(jī)組深度調(diào)峰協(xié)調(diào)控制策略。機(jī)組干態(tài)至30%Pe(180 MW)、自動(dòng)干濕轉(zhuǎn)換以及濕態(tài)至20%Pe(120 MW)深度調(diào)峰運(yùn)行控制曲線分別如圖1—圖6所示。

機(jī)組在干態(tài)至30%Pe變負(fù)荷過(guò)程中(圖1所示)，主蒸汽壓力最大動(dòng)態(tài)偏差為0.4 MPa，穩(wěn)態(tài)偏差在0.3 MPa以內(nèi)，主蒸汽溫度最大偏差在±4 ℃以內(nèi)。機(jī)組干濕態(tài)轉(zhuǎn)換自動(dòng)完成(圖2—圖4所示)，其中“干轉(zhuǎn)濕”一鍵順控在13 min內(nèi)完成，“濕轉(zhuǎn)干”一鍵順控在12 min內(nèi)完成，整個(gè)過(guò)程非常平穩(wěn)。“干轉(zhuǎn)濕”過(guò)程中溢流閥沒(méi)有開(kāi)啟，轉(zhuǎn)為濕態(tài)運(yùn)行后負(fù)荷下降25 MW左右；“濕轉(zhuǎn)干”過(guò)程中切為干態(tài)后機(jī)組負(fù)荷上升30 MW左右，過(guò)熱度控制在20 ℃左右，整個(gè)過(guò)程中壁溫溫升率控制在10 ℃/min之內(nèi)，滿足機(jī)組安全運(yùn)行要求。機(jī)組濕態(tài)變負(fù)荷及深度調(diào)峰20%Pe穩(wěn)定運(yùn)行6 h以上過(guò)程中(圖5所示)，主蒸汽壓力控制無(wú)振蕩和過(guò)調(diào)，最大動(dòng)態(tài)偏差為0.36 MPa，穩(wěn)態(tài)偏差在0.25 MPa以內(nèi)，分離器水位波動(dòng)在-1.5～+2.2 m之間，無(wú)明顯振蕩和過(guò)調(diào)，溢流閥在整個(gè)過(guò)程中開(kāi)度為0。機(jī)組濕態(tài)協(xié)調(diào)運(yùn)行模式下變負(fù)荷過(guò)程中(圖6所示)，以3 MW/min速率進(jìn)行變負(fù)荷試驗(yàn)，主蒸汽壓力動(dòng)態(tài)偏差控制在0.4 MPa以內(nèi)，分離器水位波動(dòng)在-2.5～+2 m之間，無(wú)明顯振蕩和過(guò)調(diào)，調(diào)節(jié)過(guò)程非常穩(wěn)定，溢流閥在整個(gè)過(guò)程中開(kāi)度為0。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了全程協(xié)調(diào)控制投入，不開(kāi)溢流，不開(kāi)旁路，達(dá)成了干濕態(tài)一鍵自動(dòng)轉(zhuǎn)換的目標(biāo)，機(jī)組在20%Pe下能夠安全穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行6 h以上，且整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程中主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、分離器水位等重要參數(shù)無(wú)明顯振蕩和過(guò)調(diào)，滿足電網(wǎng)深度調(diào)峰驗(yàn)收要求。

圖1 機(jī)組干態(tài)至30% Pe變負(fù)荷試驗(yàn)曲線(2022-06-23)Fig.1 Variable load test curves (2022-06-23)of the unit from dry state to 30% rated load

圖2 機(jī)組“干轉(zhuǎn)濕”自動(dòng)切換試驗(yàn)曲線(2022-06-26)Fig.2 Test curves(2022-06-26) of automatic switching from dry to wet states

圖3 機(jī)組“濕轉(zhuǎn)干”自動(dòng)切換試驗(yàn)曲線(2022-06-26)Fig.3 Test curves(2022-06-26) of automatic switching from wet to dry states

圖4 機(jī)組干濕態(tài)轉(zhuǎn)換中水冷壁壁溫變化率(2022-06-26)Fig.4 Change rates(2022-06-26) of water wall temperatures in the transition from dry to wet states of the unit

圖5 機(jī)組濕態(tài)協(xié)調(diào)控制方式下降至20% Pe控制曲線(2022-06-25)Fig.5 Control curves(2022-06-25) of the unit reducing to 20% rated load under the coordinated control mode

圖6 機(jī)組濕態(tài)協(xié)調(diào)控制方式下變負(fù)荷試驗(yàn)曲線(2022-06-26)Fig.6 Variable load test curves(2022-06-26) of the unit under wet coordinated control mode

4 結(jié)束語(yǔ)

在燃煤機(jī)組深度調(diào)峰的大背景下，詳細(xì)分析了超臨界機(jī)組深度調(diào)峰需求、機(jī)組深度調(diào)峰低負(fù)荷段協(xié)調(diào)控制特性、深度調(diào)峰不同階段面臨的技術(shù)難度和設(shè)備改造要點(diǎn)，給出了常規(guī)負(fù)荷階段鍋爐主控、給水主控以及機(jī)組滑壓曲線優(yōu)化等精細(xì)化控制優(yōu)化手段，闡述了低負(fù)荷階段機(jī)組深度調(diào)峰所需開(kāi)展的相關(guān)試驗(yàn)以及試驗(yàn)過(guò)程中關(guān)注的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容。某600 MW超臨界機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行結(jié)果表明，優(yōu)化后的協(xié)調(diào)控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組20%Pe深度調(diào)峰全程協(xié)調(diào)投入，無(wú)需人為干預(yù)，干濕態(tài)一鍵自動(dòng)轉(zhuǎn)換，參數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)組調(diào)節(jié)速率及參數(shù)變化能夠滿足電網(wǎng)調(diào)度要求，為同類型機(jī)組深度調(diào)峰協(xié)調(diào)控制策略優(yōu)化提供了有益參考，對(duì)超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)具有一定的指導(dǎo)意義。