顏綱要，杜 磊，楊志君

（國能蚌埠發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 蚌埠 233411）

0 引言

某電廠2×600MW超臨界機(jī)組，鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的變壓直流爐、一次中間再熱，采用前后墻對(duì)沖燃燒方式、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊Π型結(jié)構(gòu)。配置6臺(tái)直吹式中速磨煤機(jī)，下層兩臺(tái)磨為等離子點(diǎn)火，燃油系統(tǒng)在后期被取消，配置兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵調(diào)整給水流量。隨著國內(nèi)新能源的大力發(fā)展，新能源在電網(wǎng)中的占比快速增長，但新能源受氣候條件影響，負(fù)荷不穩(wěn)定，火電機(jī)組承擔(dān)了更多的調(diào)峰任務(wù)，且在中低負(fù)荷段運(yùn)行時(shí)間較多[1]。在AGC負(fù)荷指令和網(wǎng)頻波動(dòng)下，機(jī)組工況變化頻繁，有時(shí)甚至處于振蕩，這對(duì)機(jī)組系統(tǒng)和自動(dòng)控制形成了嚴(yán)峻的考驗(yàn)[2]。在50%（300MW）負(fù)荷左右，水冷壁溫度波動(dòng)大且易超溫，運(yùn)行人員調(diào)整中又造成主汽溫度過低情況。通過對(duì)運(yùn)行參數(shù)和調(diào)整過程進(jìn)行分析，找出關(guān)鍵問題，從自動(dòng)控制策略制定方案并實(shí)施解決。

1 鍋爐水冷壁超溫現(xiàn)象分析

在50%～60%負(fù)荷工況時(shí)，選擇4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，下層兩臺(tái)，中上層各一臺(tái)的磨組運(yùn)行方式，部分燃煤為低灰熔點(diǎn)煤種。在AGC負(fù)荷指令波動(dòng)頻繁時(shí)，水冷壁溫度上升較快，易超溫。一般采取降低中間點(diǎn)溫度的調(diào)整方式，但在煤量降低且煤質(zhì)變化時(shí)，又可能造成汽溫快速突降問題。水冷壁波動(dòng)如圖1。

圖1 鍋爐壁溫波動(dòng)趨勢(shì)圖Fig.1 Fluctuation trend of boiler wall temperature

1.1 熱力系統(tǒng)分析

機(jī)組在低負(fù)荷工況下，總送風(fēng)量較小，二次風(fēng)壓力偏低，爐內(nèi)動(dòng)力工況不良，燃燒穩(wěn)定性差，抗干擾能力弱。在調(diào)整時(shí)可以適當(dāng)關(guān)小燃盡風(fēng)，同時(shí)適當(dāng)增加總風(fēng)量，提高二次風(fēng)母管壓力，讓更多的風(fēng)量從燃燒器區(qū)域送入，使鍋爐富氧燃燒。多余的風(fēng)量送入會(huì)降低燃燒器區(qū)域的火焰溫度，減少火焰對(duì)水冷壁的輻射換熱，對(duì)控制水冷壁壁溫有利[3-5]。

為了防止鍋爐水冷壁超溫，部分運(yùn)行人員也會(huì)采取減小過熱度設(shè)定值，以增加一定的給水流量。但是降低過熱度所帶來的問題是，中間點(diǎn)溫度及主汽溫度整體偏低。當(dāng)由于負(fù)荷擾動(dòng)而給水量大幅變化時(shí)，主汽溫度容易突降，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)安全。

1.2 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析

通過運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，壁溫突升一般發(fā)生在反復(fù)上下變負(fù)荷過程，其時(shí)機(jī)組負(fù)荷上下反復(fù)波動(dòng)，給煤量和給水量波動(dòng)也都較大。當(dāng)負(fù)荷變化為±6MW，煤量變化最大30t/h，給水流量變化100t/h，并且在主汽壓力升高中，分離器出口過熱度變化不大。說明變負(fù)荷中煤量和給水匹配出現(xiàn)問題，在主汽壓力升高時(shí)，給水阻力增大，水動(dòng)力不足，給水被壓制，給水流量偏少而超溫[6]，是主要原因（見圖2）；同時(shí)變負(fù)荷過程超調(diào)量偏大，造成煤水的大幅波動(dòng)，是第二個(gè)原因（見圖3）；進(jìn)一步分析，在壁溫超限前，雖然給水流量指令上升，但實(shí)際給水流量跟蹤滯后，最大偏差30t/h，且無超調(diào)現(xiàn)象，說明給水調(diào)節(jié)回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較弱，快速性不足，這是影響整個(gè)協(xié)調(diào)控制的第3個(gè)原因。

圖2 主汽壓力與壁溫變化趨勢(shì)圖Fig.2 Variation trend of main steam pressure and wall temperature

圖3 主給水流量與壁溫變化趨勢(shì)圖Fig.3 Variation trend of main feedwater flow and wall temperature

2 水冷壁超溫解決方案

2.1 協(xié)調(diào)控制基本原理

鍋爐給水控制采用基于中間點(diǎn)溫度校正的方法，以分離器出口溫度作為中間點(diǎn)溫度，對(duì)水煤比進(jìn)行判斷和校正，以保證水煤比的穩(wěn)定。在機(jī)組協(xié)調(diào)控制中，將AGC指令按一定速率處理后送入鍋爐主控，一方面按直接能量平衡匹配煤量，另一方面由主汽壓力調(diào)節(jié)回路進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。在變負(fù)荷時(shí)，為了克服鍋爐的大遲延和大慣性，有超前環(huán)節(jié)進(jìn)行前饋控制，前兩項(xiàng)的和作為總煤量信號(hào)進(jìn)行煤量調(diào)節(jié)，同時(shí)送入給水調(diào)節(jié)回路，通過調(diào)節(jié)給水流量控制合適的過熱度來保持煤水比的平衡。而第3項(xiàng)除了送入煤量調(diào)節(jié)回路外，還進(jìn)行一定的運(yùn)算關(guān)系，送入給水控制回路[7-10]。其基本原理如圖4。

圖4 協(xié)調(diào)控制原理圖Fig.4 Schematic diagram of coordination control

2.2 變負(fù)荷前饋回路優(yōu)化

負(fù)荷前饋指令在變負(fù)荷過程中進(jìn)行超前調(diào)節(jié)，有效克服由于鍋爐大遲延、大慣性的影響，快速適應(yīng)汽輪機(jī)對(duì)鍋爐的要求。但AGC指令在低負(fù)荷區(qū)間的小幅波動(dòng)，由于超前作用導(dǎo)致煤水大幅變化，形成了過調(diào)，使主汽壓力波動(dòng)，其調(diào)節(jié)回路與超調(diào)量的疊加加劇了振蕩。因此，通過變參數(shù)設(shè)置，在低煤量時(shí)前饋?zhàn)饔萌?，而在較高煤量時(shí)前饋?zhàn)饔脧?qiáng)，既減小了系統(tǒng)振蕩，不致因給水量太低而超溫，也滿足了高負(fù)荷時(shí)的快速適應(yīng)能力。

2.3 給水調(diào)節(jié)回路優(yōu)化

對(duì)于給水調(diào)節(jié)回路的快速性不足問題，發(fā)現(xiàn)是PID參數(shù)整定不合理，P值為0.5，I值為80s。當(dāng)給水指令變化時(shí)，給水流量超調(diào)量不足，其偏差依靠積分作用逐漸消除，表現(xiàn)為非周期過程。加強(qiáng)比例積分作用，將P值和I值分別調(diào)為0.8s和55s。調(diào)整后給水回路快速跟隨能力加強(qiáng)，在擾動(dòng)時(shí)給水指令與給水流量偏差降至15t/h之內(nèi)。

2.4 壓力前饋回路優(yōu)化

由于給煤量的變化使主汽壓力上升時(shí)，壓力調(diào)節(jié)回路減小給煤量，進(jìn)一步減小給水流量。由于壓力的上升增加了給水阻力，在同樣的給水泵轉(zhuǎn)速下給水流量減小而水量不足，導(dǎo)致水冷壁超溫。因此，在主汽壓力升高時(shí)，增加給水前饋。此前饋一方面與壓力偏差的微分正相關(guān)，同時(shí)也與過熱汽減溫水流量正相關(guān)?？刂苹芈啡鐖D5。

圖5 壓力前饋優(yōu)化原理圖Fig.5 Schematic diagram of pressure feedforward optimization

以上優(yōu)化措施實(shí)施后，在機(jī)組變負(fù)荷中鍋爐水冷壁溫變化幅度小，無超溫。優(yōu)化后效果趨勢(shì)如圖6。

圖6 優(yōu)化后鍋爐壁溫波動(dòng)趨勢(shì)圖Fig.6 Fluctuation trend of boiler wall temperature after optimization

3 結(jié)語

經(jīng)過邏輯優(yōu)化，并在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)PID參數(shù)、各前饋參數(shù)的反復(fù)整定，在負(fù)荷頻繁波動(dòng)時(shí)給水流量變化幅度減小，給水調(diào)節(jié)快速及時(shí)。在主汽壓力上升時(shí)，給水前饋提前動(dòng)作，鍋爐壁溫得到有效抑制，波動(dòng)幅度明顯降低并在規(guī)定范圍內(nèi)，低負(fù)荷區(qū)間鍋爐水冷壁溫度大幅波動(dòng)和超限的問題得以解決。此優(yōu)化方案立足于現(xiàn)場實(shí)際問題的分析和解決方案，其思路和方法對(duì)于同類機(jī)組協(xié)調(diào)控制下鍋爐水冷壁超溫現(xiàn)象的處理具有借鑒和參考意義。