摘要：某超臨界雙抽再熱背壓機組有兩級供熱，且熱用戶的供熱需求較高。該機組目前采用常規(guī)的協(xié)調(diào)控制方式，鍋爐控制主蒸汽壓力，汽機以控制實際電負荷為主；供熱方式下，汽機控制兩級供熱蒸汽壓力，此種控制方式無法滿足高質(zhì)量的自動控制要求，控制效果較差?，F(xiàn)提出一種改進的控制方式，即對熱負荷定量計算后，作為一種能量輸出參與機組的協(xié)調(diào)控制，并對兩級供熱蒸汽進行了控制方式改進，改進后的控制方式能夠提高機組的自動控制能力，提高機組的運行水平。

關(guān)鍵詞：超臨界；雙抽再熱；供熱控制；協(xié)調(diào)控制；供熱電負荷計算

中圖分類號：TK323 " "文獻標志碼：A " "文章編號：1671-0797（2023）02-0018-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.02.006

0 " "引言

某熱電工程采用世界首臺（套）超臨界雙抽再熱背壓機組，在能源優(yōu)化配置、節(jié)能減排、環(huán)境保護、科技創(chuàng)新等方面具有明顯優(yōu)勢。作為某工業(yè)區(qū)重點配套工程和唯一熱源點，項目對園區(qū)能源供應(yīng)起著重要的支撐作用，對此地區(qū)長遠健康發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

國內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)的超臨界機組大部分容量為350 MW，其中大部分用于冬季采暖供熱，少部分用于工業(yè)供熱[1]。供熱機組存在熱電耦合現(xiàn)象[2-3]，這給電負荷調(diào)度、穩(wěn)定熱負荷帶來了挑戰(zhàn)，國內(nèi)也鮮有文獻專門討論供熱機組的熱電解耦問題。本文以中低壓供熱機組的實際控制為例，分析機組熱負荷和電負荷的動態(tài)特性以及兩級供熱的相互影響，提出一種優(yōu)化的控制方案。

1 " "機組概況

某熱電工程采用的汽輪機為國內(nèi)首臺自行研發(fā)設(shè)計的大型超臨界、一次再熱、單軸、雙缸、兩級調(diào)節(jié)抽汽、下排汽、背壓式汽輪機，高壓缸按全容量、中壓缸按額定進汽量時高壓缸排汽量扣除第1級回熱抽汽量及熱段對外額定供熱抽汽量設(shè)計。鍋爐為超臨界參數(shù)直流循環(huán)流化床鍋爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架。機組熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

此機組以供熱為主，同時提供低壓和中壓供熱蒸汽，為工業(yè)園區(qū)內(nèi)的企業(yè)提供熱源。中壓缸三段抽汽經(jīng)減溫和熱再熱蒸汽減溫減壓后作為低壓供熱蒸汽，熱再熱蒸汽直接作為中壓供熱蒸汽。正常運行時，低壓供熱蒸汽只需中壓缸三段抽汽提供，當供熱需求增大時，一部分熱再熱蒸汽經(jīng)減溫減壓后與中壓缸三段抽汽合并作為低壓供熱蒸汽。此電廠的供熱蒸汽為工業(yè)用蒸汽，對供熱品質(zhì)要求較高。

2 " "控制方式

2.1 " "協(xié)調(diào)控制方式

目前，此電廠兩臺機組采用的協(xié)調(diào)控制框圖如圖2所示。

此電廠采用常規(guī)協(xié)調(diào)控制方式，鍋爐控制主蒸汽壓力，汽機以控制實際電負荷為主，同時兼顧維持主蒸汽壓力的穩(wěn)定。圖中f1（x）為煤量指令的基本函數(shù)，考慮到供熱負荷的影響，此處的函數(shù)實際為鍋爐廠根據(jù)設(shè)計的熱電配比給出的電負荷對應(yīng)的全部負荷（電負荷+熱負荷）時的煤量指令函數(shù)。汽機以控制電負荷為主，并兼顧主蒸汽壓力的穩(wěn)定，f2（x）為主蒸汽壓力偏差對應(yīng)的函數(shù)，為減少主蒸汽壓力偏差對電負荷控制精度的影響，此函數(shù)的作用較弱，設(shè)置了死區(qū)和上下限。

2.2 " "供熱控制方式

此電廠兩臺機組采用的供熱控制框圖如圖3所示。

此電廠的供熱調(diào)閥為蝶閥，調(diào)節(jié)精度較差，供熱調(diào)閥動作對供熱蒸汽壓力影響很小，為此此電廠的供熱均由汽機側(cè)控制，其中汽輪機高壓調(diào)閥維持中壓供熱蒸汽壓力，中壓調(diào)閥維持低壓供熱蒸汽壓力。供熱方式下電負荷處于隨動模式，鍋爐控制主蒸汽壓力，甚至是手動控制。

3 " "運行效果

此電廠目前的控制方式主要存在以下幾個問題：

（1）電負荷和熱負荷控制無法共存：當投入AGC時，汽機高調(diào)門控制電負荷，中調(diào)門控制低壓供熱蒸汽壓力，中壓供熱蒸汽壓力由另一臺機組控制。當機組負荷大幅變化時，供熱壓力也會有大幅波動，影響熱用戶使用。當投入供熱時，電負荷完全處于隨動模式，無法及時響應(yīng)電網(wǎng)的負荷要求。

（2）供熱蒸汽壓力控制效果差：中壓供熱蒸汽和低壓供熱蒸汽相互影響，具體分析如圖4所示。

高壓調(diào)閥調(diào)節(jié)中壓供熱蒸汽壓力時，會對低壓供熱蒸汽壓力造成擾動。中壓調(diào)閥動作時，又會對中壓供熱蒸汽壓力造成擾動，且由于中壓調(diào)閥的節(jié)流作用，中壓供熱蒸汽壓力往往響應(yīng)會很快，對中壓供熱蒸汽的穩(wěn)定造成很大擾動。

（3）能量輸入與輸出不匹配：實際運行的熱負荷與電負荷的配比與設(shè)計工況不一致，造成根據(jù)電負荷計算出的理論燃料量與實際燃料量偏差較大，主蒸汽壓力控制不平穩(wěn)，壓力偏差大，整個機組的運行不平穩(wěn)。

4 " "改進建議

（1）根據(jù)供熱蒸汽流量計算出對應(yīng)的電負荷，計算方法如下式所示：

式中：E為供熱折算負荷（MW）；Ki為中壓供熱抽汽折算負荷的線性修正系數(shù)；hi為中壓供熱蒸汽焓值（kJ/kg）；hp為排汽焓值（kJ/kg）；Di為中壓供熱蒸汽流量（t/h）；Kl為低壓供熱抽汽折算負荷的線性修正系數(shù)；hl為低壓供熱蒸汽焓值（kJ/kg）；Dl為低壓供熱蒸汽流量（t/h）。

此計算方法已經(jīng)應(yīng)用于DCS控制邏輯，并考慮了壞點保持最后一個有效值，以防熱負荷劇烈波動。實際應(yīng)用表明，電負荷加上供熱折算的電負荷作為機組總的負荷指令，在此基礎(chǔ)上得出的燃料量指令與實際燃料量基本一致。采用此種計算方法可有效避免鍋爐側(cè)的能量失衡，保證機組整體運行的穩(wěn)定性。

（2）供熱控制方式修改：此電廠以供熱為主，常規(guī)運行方式為以熱定電。為保證供熱的穩(wěn)定性，可采用的改進后控制框圖如圖5所示。

協(xié)調(diào)方式運行時，鍋爐側(cè)保證發(fā)電和供熱所需的能量。汽機高調(diào)門維持主蒸汽壓力在設(shè)定值附近，主蒸汽壓力設(shè)定值為總負荷（供熱負荷+電負荷）對應(yīng)的滑壓曲線，主蒸汽壓力穩(wěn)定在設(shè)定值即可認為主蒸汽流量可以滿足供熱和發(fā)電。汽機中調(diào)門通過節(jié)流作用，可以較快地響應(yīng)中壓供熱蒸汽的變化，汽輪機旋轉(zhuǎn)隔板通過節(jié)流作用，也可以較快地響應(yīng)低壓供熱蒸汽的變化，這種控制方式可以維持供熱蒸汽的穩(wěn)定，滿足工業(yè)用蒸汽的高品質(zhì)要求，并能維持整個機組的穩(wěn)定運行。

5 " "結(jié)語

通過計算供熱負荷折算的電負荷量，使得機組的總負荷計算更為準確，將總負荷作為基本機組控制的基本前饋和動態(tài)前饋，能夠使鍋爐快速準確地響應(yīng)總負荷的變化，能夠滿足熱用戶對供熱蒸汽的高品質(zhì)要求，又能保證汽輪機和鍋爐真正達到能量平衡，提高機組的運行穩(wěn)定性，有效減少運行人員的工作量。

[參考文獻]

[1] 趙志丹，高奎，陳志剛，等.超（超）臨界機組模擬量控制系統(tǒng)的調(diào)試及優(yōu)化[M].北京：中國電力出版社，2017.

[2] 王漪，薛永鋒，張敏，等.基于能量平衡法的供熱機組電量分析數(shù)學模型[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（8）：108-112.

[3] 吳龍，袁奇，劉昕.供熱機組熱電負荷最佳分配方法分析[J].中國電機工程學報，2012，32（35）：6-12.

收稿日期：2022-12-15

作者簡介：郁強（1984—），男，江蘇南京人，工程師，主要從事火電廠自動控制系統(tǒng)研究工作。