胡紹宇，張 強，褚云山，張連旭

(遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 存在問題

我國東北地區(qū)橫跨中溫帶與寒溫帶，冬季寒冷漫長，供暖期一般從10月份開始，直到第二年5月份結(jié)束。長達半年以上的冬季供暖期，對供熱機組穩(wěn)定運行提出了較高要求，一方面要滿足供熱任務(wù)，確保民生發(fā)展[1]；另一方面要根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求滿足供電任務(wù)。目前大部分燃煤供熱機組在冬季供暖期主要存在的問題如下：①綜合閥位長期位于90%開度以上，導(dǎo)致一次調(diào)頻動作效果不明顯；②主蒸汽壓力波動較大，容易造成重要輔機設(shè)備跳閘，甚至引發(fā)停機事故[2]。

2 原因分析

機組處于非供熱工況時，DCS系統(tǒng)接收電網(wǎng)調(diào)度AGC負荷指令，該負荷指令通過負荷上限限幅、負荷下限限幅、負荷速率限制，得到機組負荷指令LDCOUT[3]。LDCOUT負荷指令通過函數(shù)轉(zhuǎn)換，對鍋爐主控、汽輪機主控以及協(xié)調(diào)控制子系統(tǒng)進行賦值，最終分別形成給煤量指令、閥門開度指令、主蒸汽壓力設(shè)定指令。LDCOUT負荷指令是機組要達到的負荷目標，根據(jù)該負荷目標，機組判斷需要提供的煤量及配置的風量，根據(jù)風煤比決定最終發(fā)電量。機組處于非供熱工況時根據(jù)“電負荷”指令來提供能量，該能量僅滿足“電負荷”需求[4]。

機組處于供熱工況時，最終輸出的能量分為兩部分，一部分用于供熱，一部分用于常規(guī)發(fā)電。一般運行人員通過調(diào)整供熱蝶閥開度來保證供熱負荷，此時AGC負荷指令仍是非供熱工況的負荷指令。當機組仍以AGC負荷指令作為負荷目標，提供的能量一部分用于供熱后，剩余能量不足以滿足供電需求。由于供熱蝶閥開度變化頻率不大，機組常規(guī)供熱能量的波動頻率遠小于AGC負荷波動頻率，所以當提供的能量不夠分配即汽輪機進汽量不夠時，需要通過汽輪機主控增大綜合閥位開度來增加進汽量[5]。因此綜合閥位開度常常處于90%以上，造成閥門流量特性較差，一次調(diào)頻動作效果不明顯。同時主蒸汽壓力設(shè)定也受到“電負荷”影響，當實際主蒸汽壓力值與設(shè)定值存在偏差時，鍋爐主控通過調(diào)整給煤量來減小偏差，造成給煤量及主蒸汽壓力的波動。

3 解決方案

機組處于非供熱工況時，鍋爐負荷目標采用LDCOUT負荷指令；機組處于供熱工況時，鍋爐負荷目標采用“電+熱”負荷指令，運行人員手動切換。為保證機組安全，防止運行人員誤操作，設(shè)置條件為機組處于基本方式運行[6]，如圖1所示。

圖1 供熱工況切換邏輯

機組處于供熱工況時，采用弗留格爾公式全修正的主蒸汽流量替代機組負荷指令，可以避免供熱蝶閥調(diào)整引起的調(diào)節(jié)級壓力波動問題。主蒸汽流量能夠表征“電+熱”能量需求，可以作為鍋爐負荷目標指令。

主蒸汽流量作用到鍋爐側(cè)子系統(tǒng)時，容易出現(xiàn)正反饋的問題。將原有負荷煤量曲線輸入由LDCOUT負荷指令改為主蒸汽流量折算的鍋爐實際負荷指令后，當主蒸汽流量增大時，給煤量增大，給煤量增大又導(dǎo)致主蒸汽流量增大，形成正反饋，最終造成控制參數(shù)發(fā)散，失去控制效果。主蒸汽流量增大導(dǎo)致主蒸汽壓力設(shè)定值增大，最終造成鍋爐超壓，引發(fā)安全事故[7]。正反饋流程如圖2所示。

圖2 正反饋流程

解決正反饋問題需要根據(jù)不同的子系統(tǒng)提供不同的解決方案。用于調(diào)整給煤量的負荷煤量前饋指令采用“電+熱”負荷的方式，電負荷為LDCOUT負荷指令，熱負荷由供熱蝶閥開度和熱網(wǎng)加熱器抽汽調(diào)節(jié)門開度通過函數(shù)擬合生成。該方法保留了LDCOUT負荷指令，不僅對AGC指令直接作出響應(yīng)，同時使供熱蝶閥調(diào)整頻率遠低于AGC指令波動。該方法不要求供熱能量需求擬合非常精確，能達到一定的煤量補償即可，使AGC指令調(diào)節(jié)具備較寬的調(diào)節(jié)裕量[8]。一次風指令由鍋爐主控輸出控制，與負荷煤量前饋指令一致[9-10]。

主蒸汽壓力設(shè)定輸出經(jīng)一階慣性環(huán)節(jié)，慣性時間設(shè)置40 s以上，可緩解正反饋問題。由于負荷指令變化要求煤量快速作出響應(yīng)，但主蒸汽壓力要求精確控制(并不十分強調(diào)滑壓速率要求)，因此可用調(diào)節(jié)級壓力進行優(yōu)化。采用保持按鈕對主蒸汽壓力設(shè)定值進行保持[11]，該邏輯需要注意如下：①對各種工況均能保持??；②采用鍋爐側(cè)負荷“保持信號”，而不能用“負荷信號取非”。

4 結(jié)語

本文基于燃煤供熱機組運行特點，通過分析供熱工況時的負荷指令生成以及能量實際分配原則，設(shè)計了適應(yīng)供熱工況的鍋爐實際負荷指令[12]。該指令作用到鍋爐側(cè)各子系統(tǒng)，提高了鍋爐響應(yīng)速度，消除了影響機組安全運行的隱患。新的控制策略理念成熟，功能可靠，運行穩(wěn)定，節(jié)能減排效果明顯。