600MW超臨界機(jī)組的自動發(fā)電控制

600MW超臨界機(jī)組的自動發(fā)電控制江蘇省電力試驗(yàn)研究院有限公司PAGE\#"'頁：'#'

'"PAGE\#"'頁：'#'

'"使用3號宋體，加黑。對中。2007年7月PAGEPAGE\#"'頁：'#'

'"使用4號宋體，加黑。對中。超臨界機(jī)組的特性臨界火電機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)超臨界火電機(jī)組的參數(shù)、容量及效率超臨界機(jī)組是指過熱器出口主蒸汽壓力超過22.129MPa。目前運(yùn)行的超臨界機(jī)組運(yùn)行壓力均為24MPa~25MPa，理論上認(rèn)為，在水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到臨界點(diǎn)時(壓力22.129MPa、溫度374.℃)，水的汽化會在一瞬時完成，即在臨界點(diǎn)時飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區(qū)存在,二者的參數(shù)不再有區(qū)不。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相等，因此在超臨界壓力下無法堅持自然循環(huán)，即不再能采納汽包鍋爐，直流鍋爐成為唯獨(dú)型式。提高蒸汽參數(shù)并與進(jìn)展大容量機(jī)組相結(jié)合是提高常規(guī)火電廠效率及降低單位容量造價最有效的途徑。與同容量亞臨界火電機(jī)組的熱效率相比，采納超臨界參數(shù)可在理論上提高效率2%～2.5%，采納超超臨界參數(shù)可提高4%～5%。目前,世界上先進(jìn)的超臨界機(jī)組效率已達(dá)到47%～49%。超臨界機(jī)組的啟動特點(diǎn)超臨界鍋爐與亞臨界自然循環(huán)鍋爐的結(jié)構(gòu)和工作原理不同，啟動方法也有較大的差異，超臨界鍋爐與自然循環(huán)鍋爐相比，有以下的啟動特點(diǎn)：設(shè)置專門的啟動旁路系統(tǒng)直流鍋爐的啟動特點(diǎn)是在鍋爐點(diǎn)火前就必須不間斷的向鍋爐進(jìn)水，建立足夠的啟動流量，以保證給水連續(xù)不斷的強(qiáng)制流經(jīng)受熱面，使其得到冷卻。一樣高參數(shù)大容量的直流鍋爐都采納單元制系統(tǒng)，在單元制系統(tǒng)啟動中，汽輪機(jī)要求暖機(jī)、沖轉(zhuǎn)的蒸汽在相應(yīng)的進(jìn)汽壓力下具有50℃配置汽水分離器和疏水回收系統(tǒng)超臨界機(jī)組運(yùn)行在正常范疇內(nèi)，鍋爐給水靠給水泵壓頭直截了當(dāng)流過省煤器、水冷壁和過熱器，直流運(yùn)行狀態(tài)的負(fù)荷從鍋爐滿負(fù)荷到直流最小負(fù)荷。直流最小負(fù)荷一樣為25%~45%。低于該直流最小負(fù)荷，給水流量要保持恒定。例如在20%負(fù)荷時，最小流量為30%意味著在水冷壁出口有20%的飽和蒸汽和10%的飽和水，這種汽水混合物必須在水冷壁出口處分離，干飽和蒸汽被送入過熱器，因而在低負(fù)荷時超臨界鍋爐需要汽水分離器和疏水回收系統(tǒng)，疏水回收系統(tǒng)是超臨界鍋爐在低負(fù)荷工作時必需的另一個系統(tǒng)，它的作用是使鍋爐安全可靠的啟動并使其熱缺失最小。常用的疏水系統(tǒng)有三種類型：擴(kuò)容式疏水系統(tǒng)、疏水熱交換器式系統(tǒng)和輔助循環(huán)泵式系統(tǒng)，具有不同的結(jié)構(gòu)和不同的效率。啟動前鍋爐要建立啟動壓力和啟動流量啟動壓力是指直流鍋爐在啟動過程中水冷壁中工質(zhì)具有的壓力。啟動壓力升高，汽水體積質(zhì)量差減小，鍋爐水動力特性穩(wěn)固，工質(zhì)膨脹小，同時易于操縱膨脹過程，但啟動壓力越高對屏式過熱器和再熱器和過熱器的愛護(hù)越不利。啟動流量是指直流鍋爐在啟動過程中鍋爐的給水流量。超臨界機(jī)組的啟動系統(tǒng)超臨界機(jī)組啟動系統(tǒng)功能及形式2.1.1啟動系統(tǒng)功能超臨界直流鍋爐啟動系統(tǒng)的要緊功能是建立冷態(tài)、熱態(tài)循環(huán)清洗、建立啟動壓力和啟動流量、以確保水冷壁安全運(yùn)行；最大可能地回收啟動過程中的工質(zhì)和熱量、提高機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；對蒸汽管道系統(tǒng)暖管。啟動系統(tǒng)要緊由啟動分離器及其汽側(cè)和水側(cè)的連接管道、閥門等組成，有些啟動系統(tǒng)還帶有啟動循環(huán)泵、熱交換器和疏水?dāng)U容器。2.1.2啟動系統(tǒng)形式超臨界直流鍋爐的啟動系統(tǒng)按形式分為內(nèi)置式和外置式啟動分離器2種：外置式啟動分離器系統(tǒng)只在機(jī)組啟動和停運(yùn)過程中投入運(yùn)行，而在正常運(yùn)行時解列于系統(tǒng)之外；內(nèi)置式啟動分離器系統(tǒng)在鍋爐啟停及正常運(yùn)行過程中均投入運(yùn)行。不同的是在鍋爐啟停及低負(fù)荷運(yùn)行期間汽水分離器濕態(tài)運(yùn)行，起汽水分離作用，而在鍋爐正常運(yùn)行期間汽水分離器只作蒸汽通道。啟動系統(tǒng)的操縱外置式啟動分離器系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：分離器屬于中壓容器（一樣壓力為7MPa），設(shè)計制造簡單，投資成本低。缺點(diǎn)是：在啟動系統(tǒng)解列或投運(yùn)前后過熱汽溫波動較大，難以操縱，對汽輪機(jī)運(yùn)行不利；切除或投運(yùn)分離器時操作較復(fù)雜，不適應(yīng)快速啟停的要求；機(jī)組正常運(yùn)行時，外置式分離器處于冷態(tài)，在停爐進(jìn)行到一定時期要投入分離器時，對分離器產(chǎn)生較大的熱沖擊；系統(tǒng)復(fù)雜，閥門多，修理工作量大。內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)由于系統(tǒng)簡單及運(yùn)行操作方便，適合于機(jī)組調(diào)峰要求。在直流鍋爐進(jìn)展初采納外置式啟動分離系統(tǒng)，隨著超臨界技術(shù)進(jìn)展，目前大型超臨界鍋爐均采納內(nèi)置式啟動分離器系統(tǒng)。內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)由于疏水回收系統(tǒng)不同，差不多可分為擴(kuò)容器式、循環(huán)泵式和熱交換器式3種。在那個地點(diǎn)介紹哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-1950/25.4-YM1型鍋爐，采納超臨界壓力、一次中間再熱、平穩(wěn)通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)π型布置的前后墻對沖燃燒方式的本生型直流鍋爐，啟動系統(tǒng)采納工質(zhì)和熱量回收成效好的帶再循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動分離器系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：圖2.1HG-1950/25.4-YM1型鍋爐內(nèi)置式啟動分離系統(tǒng)帶再循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動分離器系統(tǒng)由下列設(shè)備組成。1)啟動再循環(huán)泵鍋爐啟動時，鍋爐管路沖洗和上水沖洗終止后，如滿足啟動承諾條件：循環(huán)泵冷卻水流量正常、循環(huán)泵出口隔離閥關(guān)閉、最小流量隔離閥關(guān)閉、貯水箱水位正常、再循環(huán)調(diào)劑閥關(guān)閉，運(yùn)行人員能夠手動啟動循環(huán)泵。在降負(fù)荷過程中，假如負(fù)荷<40%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）、燃燒器在燃燒、且滿足循環(huán)泵啟動承諾條件，則循環(huán)泵自動啟動。在啟動循環(huán)泵一段時刻內(nèi)，假如最小流量隔離閥和啟動再循環(huán)隔離閥都未開，再循環(huán)泵跳閘。2)最小流量隔離閥循環(huán)泵啟動后5s聯(lián)鎖開啟最小流量隔離閥。在鍋爐運(yùn)行過程中，假如循環(huán)泵在運(yùn)行，再循環(huán)流量大于定值時，隔離閥自動關(guān)閉；當(dāng)再循環(huán)流量超過低限時，隔離閥自動打開。3)再循環(huán)隔離閥循環(huán)泵啟動后5s聯(lián)鎖打開再循環(huán)隔離閥，循環(huán)泵停止聯(lián)鎖關(guān)閉再循環(huán)隔離閥。4)過冷水隔離閥為防止循環(huán)泵入口水飽和汽化，威逼循環(huán)泵安全，系統(tǒng)設(shè)計了一路從省煤器入口過來的過冷水到循環(huán)泵入口，以增加循環(huán)泵入口水的過冷度。當(dāng)循環(huán)泵入口水的過冷度小于20℃，過冷水隔離閥自動打開’過冷度大于30℃時5)再循環(huán)調(diào)劑閥調(diào)劑貯水箱水位在設(shè)計范疇內(nèi)。6)大、小溢流閥當(dāng)再循環(huán)調(diào)閥無法調(diào)劑貯水箱在正常水位時，小溢流閥先打開；當(dāng)水位連續(xù)升精湛過某一高度時，大溢流閥也打開；當(dāng)水位復(fù)原到正常時，大、小溢流閥自動關(guān)閉。為了安全，當(dāng)鍋爐壓力比較高時，聯(lián)鎖關(guān)閉溢流閥。7)大、小溢流調(diào)劑閥大、小溢流調(diào)劑閥對貯水箱水位進(jìn)行開環(huán)調(diào)劑，水位在某一個范疇內(nèi)變化時，溢流調(diào)劑閥從0%開到100%。啟動系統(tǒng)運(yùn)行2.3.1啟動過程直流之前：鍋爐給水泵操縱分離器水位，負(fù)荷逐步增加，一直到純直流負(fù)荷方式后切換到中間點(diǎn)焓值自動操縱方式。啟動之前：按照冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)啟動方式，順序啟動鍋爐相關(guān)的輔機(jī)；貯水箱水位由再循環(huán)調(diào)劑閥和大、小溢流調(diào)劑閥操縱。啟動時期：省煤器入口的給水流量保持在某個最小常數(shù)值；當(dāng)燃料量逐步增加時，隨之產(chǎn)生的蒸汽量也增加，從分離器下降管返回的水量逐步減小，分離器入口濕蒸汽的焓值增加。直流點(diǎn)：分離器入口蒸汽干度達(dá)到，飽和蒸汽流入分離器，現(xiàn)在沒有水可分離#鍋爐給水流量仍保持在某個最小常數(shù)值。蒸汽升溫時期：給水流量仍不變，燃燒率連續(xù)增加，在分離器中的蒸汽慢慢地過熱，分離器出口實(shí)際焓值仍低于設(shè)定值，溫度操縱還未起作用。因此現(xiàn)在增加的燃燒率不是用來產(chǎn)生新的蒸汽，而是用來提高直流鍋爐運(yùn)行方式所需的蒸汽蓄熱，到分離器出口的蒸汽焓值達(dá)到設(shè)定值，進(jìn)一步增加燃燒率，使焓值超過設(shè)定值。中間點(diǎn)溫度操縱時期：進(jìn)一步增加燃燒率#給水量相應(yīng)增加，鍋爐開始由定壓運(yùn)行轉(zhuǎn)入滑壓運(yùn)行。焓值操縱系統(tǒng)投入運(yùn)行，分離器出口的蒸汽溫度由(煤水比)操縱。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加至35%，鍋爐正式轉(zhuǎn)入干態(tài)運(yùn)行。2.3.2停機(jī)過程機(jī)組降負(fù)荷：從純直流鍋爐方式切換到啟動運(yùn)行方式，機(jī)組操縱方式由溫度操縱切換到水位操縱的過程。中間點(diǎn)溫度操縱時期：鍋爐負(fù)荷指令同時減少燃燒率和給水流量，焓值操縱系統(tǒng)自動。給水流量逐步減少，達(dá)到最低直流負(fù)荷流量。蒸汽降溫時期：給水流量仍不變，燃燒率連續(xù)減小，在分離器中蒸汽過熱度降低，開始有水分離出。直流點(diǎn)：蒸汽過熱度完全消逝，流入分離器的蒸汽呈飽和狀態(tài)。啟動時期：進(jìn)一步減小燃燒率，給水流量不變，分離器入口蒸汽濕度增加，貯水箱中開始積水，水位操縱開始動作，再循環(huán)調(diào)劑閥和大、小溢流調(diào)劑閥自動調(diào)劑水位。超臨界機(jī)組的和諧與AGC操縱超臨界機(jī)組CCS及AGC操縱中的難點(diǎn)3.1.1機(jī)、爐之間耦合嚴(yán)峻超臨界機(jī)組操縱難點(diǎn)之一在于其非線性耦合，使得常規(guī)的操縱系統(tǒng)難以達(dá)到優(yōu)良的操縱成效。由于直流鍋爐在汽水流程上的一次性通過的特性，沒有汽包這類參數(shù)集中的儲能元件，在直流運(yùn)行狀態(tài)汽水之間沒有一個明確的分界點(diǎn)，給水從省煤器進(jìn)口開始就被連續(xù)加熱、蒸發(fā)與過熱，依照工質(zhì)（水、濕蒸汽與過熱蒸汽）物理性能的差異，能夠劃分為加熱段、蒸發(fā)段與過熱段三大部分，在流程中每一段的長度都受到燃料、給水、汽機(jī)調(diào)門開度的擾動而發(fā)生變化，從而導(dǎo)致了功率、壓力、溫度的變化。直流鍋爐汽水一次性通過的特性，使超臨界鍋爐動態(tài)特性受末端阻力的阻礙遠(yuǎn)比汽包鍋爐大。當(dāng)汽機(jī)主汽閥開度發(fā)生變化，阻礙了機(jī)組的功率，同時也直截了當(dāng)阻礙了鍋爐出口末端阻力特性,改變了鍋爐的被控特性。由于沒有汽包的緩沖，汽機(jī)側(cè)對直流鍋爐的阻礙遠(yuǎn)大于對汽包鍋爐的阻礙。3.1.2強(qiáng)烈的非線性超臨界機(jī)組采納超臨界參數(shù)的蒸汽，其機(jī)組的運(yùn)行方式采納滑參數(shù)運(yùn)行，機(jī)組在大范疇的變負(fù)荷運(yùn)行中，壓力運(yùn)行在10MPa～25MPa.之間。超臨界機(jī)組實(shí)際運(yùn)行在超臨界和亞臨界兩種工況下，在亞臨界運(yùn)行工況工質(zhì)具有加熱段、蒸發(fā)段與過熱段三大部分，在超臨界運(yùn)行工況汽水的密度相同，水在瞬時轉(zhuǎn)化為蒸汽，因此在超臨界運(yùn)行方式和亞臨界運(yùn)行方式機(jī)組具有完全不同的操縱特性，是特性復(fù)雜多變的被控對象。因此在設(shè)計操縱方案時若不考慮自適應(yīng)變參數(shù)操縱，將使自動操縱系統(tǒng)專門在機(jī)組整個和諧負(fù)荷范疇均達(dá)到中意的品質(zhì)。3.1.3機(jī)組蓄熱能力小、鍋爐響應(yīng)慢與AGC運(yùn)行方式下要求快速變負(fù)荷的矛盾超臨界機(jī)組蒸發(fā)區(qū)的工質(zhì)貯量與金屬質(zhì)量相比同參數(shù)的汽包爐要小得多，因而其變負(fù)荷時依靠降低壓力所開釋的能量較少，而鍋爐側(cè)多采納直吹式制粉系統(tǒng)，存在較大的延遲特性，使得在快速變負(fù)荷時機(jī)、爐兩側(cè)能量供求的不平穩(wěn)現(xiàn)象尤為嚴(yán)峻，易造成主控參數(shù)的大幅波動。但關(guān)于電網(wǎng)操縱而言，為了用電側(cè)頻繁變化下堅持頻率和聯(lián)絡(luò)線交換功率的穩(wěn)固，發(fā)給各機(jī)組的AGC指令也是頻繁波動的，并要求機(jī)組實(shí)際負(fù)荷能以較快的響應(yīng)速度跟隨調(diào)度指令。圖1.1是2006年6月8日17:30～19圖3.1600MW機(jī)組AGC指令變化曲線國內(nèi)外目前操縱方案介紹目前，國內(nèi)大型火電機(jī)組的操縱系統(tǒng)多為國外進(jìn)口，和諧操縱方案或按照國外廠家的設(shè)計做部分改進(jìn)，或參照國內(nèi)同類機(jī)組操縱方案進(jìn)行設(shè)計，關(guān)于直流爐機(jī)組由于應(yīng)用在國內(nèi)時刻較短，在和諧操縱策略上差不多上都沿用了國外DCS廠家的原設(shè)計，以下分不分析各家DCS公司的和諧操縱方案技術(shù)特點(diǎn)：FOXBORO公司設(shè)計了基于BF的CCS和基于TF的CCS兩種和諧操縱方式（見圖3.2），其中BF-CCS時機(jī)側(cè)同時調(diào)功和調(diào)壓以防止壓力偏差過大，并將負(fù)荷指令通過慣性環(huán)節(jié)后才進(jìn)入汽機(jī)功率調(diào)劑器，以在變負(fù)荷初始時期減緩汽機(jī)側(cè)的動作速度，防止由于鍋爐的的大慣性而使指控參數(shù)顯現(xiàn)大幅波動，鍋爐側(cè)調(diào)壓并采納負(fù)荷指令和汽機(jī)調(diào)門等效開度的DEB指令做前饋以加速響應(yīng)。TF-CCS時鍋爐側(cè)調(diào)功并引入負(fù)荷指令信號作前饋，汽機(jī)調(diào)壓回路引入功率偏差，利用鍋爐蓄能，減少功率波動，可稱作綜合型和諧操縱。圖3.2FOXBORO超臨界機(jī)組和諧操縱方案煤水比操縱（見圖3.3）上第一依照燃料量指令運(yùn)算對應(yīng)的設(shè)計給水流量，并依照分離器出口溫度與設(shè)計值偏差判定目前的給水流量運(yùn)算值是否合適，并相應(yīng)的增減省煤器入口給水流量指令。操縱回路中還同時設(shè)計了減溫水校正功能，差不多思想是：若系統(tǒng)目前的減溫水流量高于設(shè)計流量，則應(yīng)適當(dāng)下調(diào)分離器出口溫度的設(shè)定值，減少給水流量，以使機(jī)組工作于效率較高的工況下。圖3.3FOXBORO公司超臨界機(jī)組煤水比操縱方案日立公司操縱方案日立公司的和諧操縱方案與FOXBORO公司設(shè)計的基于BF的CCS較類似，只只是在鍋爐指令的前饋處理上未使用DEB信號，而直截了當(dāng)采納負(fù)荷指令UD經(jīng)超前滯后處理后引入燃料量、風(fēng)量、給水回路中補(bǔ)償鍋爐側(cè)的相應(yīng)滯后，汽機(jī)側(cè)功率回路也同樣采納主汽壓力偏差修正負(fù)荷指令的方法防止主汽壓力波動過大。煤水比操縱上日立公司采納焓值運(yùn)算校正功能（見圖3.4），如此可幸免由于水蒸汽在不同工況下的不同焓——溫特性而造成調(diào)劑偏差，第一依照分離器出口壓力運(yùn)算出當(dāng)前工況下的過熱器入口焓設(shè)定初值，該焓值通過當(dāng)前減溫水與設(shè)計值的偏差或者分離器溫度與當(dāng)前值的偏差校正后產(chǎn)生過熱器入口焓設(shè)定終值，該最終設(shè)定值與過熱器入口實(shí)際焓進(jìn)入焓值校正PID運(yùn)算得出給水流量附加值，該值加上由鍋爐指令經(jīng)煤水比曲線和慣性延遲后產(chǎn)生的給水流量初始指令而得出最終的省煤器入口流量指令。方案中同時還設(shè)計了給水溫度校正回路，通過省煤器出口實(shí)際焓與當(dāng)前工況下的設(shè)計焓值比較來修正給水流量的設(shè)定值，從而可提早一步排除由于高壓加熱器故障等因素造成的給水溫度擾動。圖3.4日立公司煤水比修正操縱方案西門子公司操縱方案西門子公司在超臨界機(jī)組和諧操縱上（見圖3.5）采納汽機(jī)側(cè)純調(diào)功，鍋爐側(cè)調(diào)壓并同意由負(fù)荷指令和主汽壓力指令共同產(chǎn)生的鍋爐加速信號做前饋，提早動作燃料量和給水流量來改善鍋爐側(cè)的動態(tài)相應(yīng)特性。并通過以下幾種手段來幸免顯現(xiàn)主汽壓力的過大偏差：通過主汽壓力偏差限制變負(fù)荷速率，防止在壓力偏差較大時由于汽機(jī)調(diào)門的連續(xù)動作而使參數(shù)更加惡化。變負(fù)荷時機(jī)組負(fù)荷指令通過幾階慣性環(huán)節(jié)后再進(jìn)入汽機(jī)功率調(diào)劑器，適當(dāng)延緩汽機(jī)側(cè)的動作速度以等待鍋爐側(cè)響應(yīng)。負(fù)荷指令經(jīng)滑壓曲線后也通過幾階慣性環(huán)節(jié)后再進(jìn)入鍋爐壓力調(diào)劑器，如此在變負(fù)荷時壓力慢上幾拍再變，防止同時升/降負(fù)荷和壓力時鍋爐側(cè)負(fù)擔(dān)過重，從而顯現(xiàn)參數(shù)的較大波動。圖3.5西門子公司超臨界機(jī)組和諧操縱方案煤水比操縱上西門子公司設(shè)計的方案較為復(fù)雜，其差不多思想是第一依照當(dāng)前負(fù)荷、壓力等物性參數(shù)運(yùn)算出水冷壁的總吸熱率，再通過屏過出口溫度與設(shè)計值偏差（溫差操縱器）、分離器出口焓與設(shè)計值偏差（焓差操縱器）的兩級校正后運(yùn)算出過熱器入口焓的期望值，最終由下式得出省煤器入口流量指令：省煤器入口流量指令=水冷壁的總吸熱率/（過熱器入口焓期望值-省煤器出口焓）西門子在解決煤水回路相互耦合的咨詢題上引入了焓值解耦的策略，在焓值操縱器變動的同時也通過微分信號改變?nèi)剂狭?，這相當(dāng)因此“鍋爐指令變動時燃料量通過慣性環(huán)節(jié)才運(yùn)算出給水流量”這一過程的逆運(yùn)算，目的是為了保持燃料量回路始終比給水流量回路超前一段時刻，從而排除焓值操縱器變化時由于煤、水調(diào)劑回路慣性不同所造成的額外擾動。圖3.6西門子公司超臨界機(jī)組煤水比操縱方案操縱方案的比較分析及優(yōu)化3.3.1國外DCS公司設(shè)計策略的實(shí)際投用成效從上述幾家DCS公司所設(shè)計的超臨界機(jī)組和諧操縱方案在國內(nèi)電廠的實(shí)際應(yīng)用成效來看，均存在著一定的咨詢題。FOXBORO公司對其設(shè)計的和諧方案在直流爐上舉薦采納TF-CCS方式，在江蘇鎮(zhèn)江#5、#6機(jī)組（600MW）使用后，機(jī)組運(yùn)行較穩(wěn)固，主汽壓力偏差不大，但未能專門好的解決鍋爐側(cè)調(diào)劑功率大滯后的咨詢題。變負(fù)荷時的響應(yīng)專門慢，AGC測試速率僅為1.2%左右，而且排除靜差的能力也較差，負(fù)荷指令與實(shí)發(fā)功率經(jīng)常有10MW左右的靜態(tài)偏差而長時刻不能排除，同時由于汽機(jī)側(cè)調(diào)功，在升負(fù)荷初期由于機(jī)組滑壓運(yùn)行壓力定值上升而造成調(diào)門反而關(guān)閉，功率在升負(fù)荷初期是反向調(diào)劑的，造成其一次調(diào)頻性能也專門難滿足要求。日立公司的操縱策略在上海外高橋電廠900MW超臨界機(jī)組應(yīng)用后，實(shí)際運(yùn)行中僅能將就達(dá)到1.0%的AGC速率，其緣故要緊在于鍋爐側(cè)僅采納功率指令作為燃料量、給水流量的動態(tài)加速信號，抗內(nèi)擾能力差，不能及時排除由于工況偏移所造成的額外擾動，且該信號僅在變負(fù)荷過程中起作用，靜態(tài)時調(diào)劑壓力完全靠一個鍋爐主控的單回路來完成，關(guān)于大滯后對象，只有PID參數(shù)整定得專門慢才能保證其穩(wěn)固性，但同時就造成被調(diào)量的動態(tài)偏差較大，而汽機(jī)側(cè)采納經(jīng)壓力偏差修正的功率指令，一旦壓力顯現(xiàn)大偏差則轉(zhuǎn)而校正壓力，從而阻礙了變負(fù)荷速率。同時由于汽機(jī)側(cè)在犧牲負(fù)荷的前提下保證壓力又反過來造成鍋爐側(cè)不能及時增加燃料量，相當(dāng)于兩個耦合回路相互等待，最終的結(jié)果確實(shí)是實(shí)際變負(fù)荷率與設(shè)定值相差專門大。西門子公司的和諧方案采納汽機(jī)側(cè)單純調(diào)劑功率，鍋爐側(cè)調(diào)壓并同意由負(fù)荷指令和主汽壓力指令共同產(chǎn)生的鍋爐加速信號做前饋。在整體設(shè)計上與日立公司的操縱策略類似，其應(yīng)用的鍋爐動態(tài)加速信號、通過主汽壓力偏差限制變負(fù)荷速率和主汽壓力定值增加慣性環(huán)節(jié)僅能在變負(fù)荷時起到有效作用，鍋爐側(cè)本質(zhì)上依舊靠一個單回路在調(diào)劑壓力，一旦發(fā)生擾動時主汽壓上升，汽機(jī)調(diào)門將連續(xù)關(guān)閉以保證功率，將更加惡化鍋爐側(cè)的調(diào)劑。該策略在華潤常熟600MW機(jī)組上試投用時，由于機(jī)組制粉系統(tǒng)采納的是雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)，燃料量無法準(zhǔn)確測得，內(nèi)擾咨詢題嚴(yán)峻，結(jié)果造成操縱系統(tǒng)在靜態(tài)下即顯現(xiàn)不穩(wěn)固現(xiàn)象。3.3.2優(yōu)化方案分析以上幾種操縱方案品質(zhì)不佳的全然緣故，在于沒有專門好的解決機(jī)、爐間的非線性耦合特性，依舊采納常規(guī)汽包爐的操縱思路來設(shè)計和諧邏輯。常規(guī)和諧操縱系統(tǒng)屬于多變量操縱系統(tǒng)，在操縱策略設(shè)計中，必須考慮到單元機(jī)組汽壓和功率兩個操縱回路是互相關(guān)聯(lián)的，它們有共同的特點(diǎn)方程式、穩(wěn)固裕度和衰減率，假如其中一個系統(tǒng)不穩(wěn)固，則另一個系統(tǒng)也必定不穩(wěn)固，一個操縱回路是否投入自動，將阻礙另一個回路自動的投入。為了使汽壓和功率操縱回路相對自己的給定值為無差調(diào)劑系統(tǒng)同時對非己方的給定值信號不產(chǎn)生靜態(tài)偏差，要求兩回路的調(diào)劑器都含有積分項(xiàng)，為了使系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)固裕度，必須將兩回路的調(diào)劑器的參數(shù)設(shè)置得專門遲鈍，而操縱品質(zhì)變差，因此單元機(jī)組汽壓和功率操縱系統(tǒng)全部投入時的操縱品質(zhì)，必定要比單獨(dú)投入兩者中任一回路時的操縱品質(zhì)要差。直流鍋爐其蓄熱量與汽包鍋爐比較起來也是較小的，因而其操縱系統(tǒng)明顯也是有專門大區(qū)不的，在汽包鍋爐中，調(diào)劑給水流量對鍋爐的蒸發(fā)量與過熱蒸汽溫度并沒有什么阻礙；而在直流鍋爐中，給水流量卻與蒸發(fā)量，過熱汽溫有緊密關(guān)系。這講明，在直流鍋爐中，各被調(diào)量之間的相互干擾是專門大的，例如：給水流量的變化直截了當(dāng)阻礙主汽壓力與主汽溫度的變化，而鍋爐燃燒率的變化，同樣也會使主汽壓力和主汽溫度兩個方面受到阻礙。因此，在直流鍋爐中，要調(diào)劑主汽壓力就一定要同時調(diào)劑燃燒率，燃燒量與空氣量，和給水量，而相比之下汽包爐系統(tǒng)中只要適度調(diào)劑燃燒率就能夠穩(wěn)固其他的被調(diào)量。這就講明當(dāng)汽機(jī)調(diào)門擾動時，關(guān)于汽包爐而言假如沒有設(shè)計專門好的解耦方案，鍋爐側(cè)沒有提早快速響應(yīng)，由于系統(tǒng)容量較大，還能夠犧牲一些蓄熱來補(bǔ)償機(jī)、爐間動態(tài)特性的差異，機(jī)組工況也還可不能顯現(xiàn)過大的波動；但關(guān)于直流而言卻承擔(dān)不了如此的犧牲，結(jié)果即會造成主汽壓力偏差過大，調(diào)劑不穩(wěn)固。由于目前電網(wǎng)對各機(jī)組較高的AGC考核要求，整體和諧方案上還需設(shè)計為汽機(jī)調(diào)劑功率，鍋爐調(diào)劑壓力的基于BF方式的CCS，現(xiàn)在如何保證機(jī)組的穩(wěn)固運(yùn)行，主控參數(shù)不大幅越限就成為了機(jī)組和諧操縱系統(tǒng)的關(guān)鍵咨詢題。我院在總結(jié)了多臺600MW超臨界機(jī)組的熱控調(diào)試及試驗(yàn)體會后，從以下幾點(diǎn)動身對超臨界機(jī)組的CCS操縱進(jìn)行了優(yōu)化：壓力操縱是直流鍋爐操縱系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，壓力的變化對機(jī)組的外特性來講將阻礙機(jī)組的負(fù)荷，對內(nèi)特性來講將阻礙鍋爐的溫度。因此設(shè)計策略時應(yīng)以優(yōu)先穩(wěn)固壓力為前提考慮。上述的幾種操縱方案中，鍋爐主控指令均要通過一段時刻的慣性延遲（補(bǔ)償煤水動態(tài)特性差異）才改變給水流量指令，如此雖在變負(fù)荷時對汽溫阻礙較小，但卻增加了主汽壓力操縱的難度，相當(dāng)于把溫度操縱回路中的一部分慣性轉(zhuǎn)嫁到壓力操縱回路上來，同時由于幾個方案中均采納改變給水流量來調(diào)劑中間點(diǎn)焓值，最終使得給水調(diào)溫順調(diào)壓回路的時刻常數(shù)相近，產(chǎn)生強(qiáng)烈的耦合特性，即使是西門子的方案中采納了焓值解耦策略也不能從全然上解決咨詢題。由超臨界機(jī)組運(yùn)行特性可知，燃料量變化關(guān)于主汽壓力的阻礙是較小的，要緊是阻礙汽溫的變化，而后才由于減溫水的調(diào)劑使得壓力上升，而給水流量的改變關(guān)于汽壓和汽溫均有明顯的阻礙，因此從采納改變?nèi)剂狭縼硇Ｕ麥厥墙獬齼烧咧g耦合的較好方法，同時應(yīng)適當(dāng)減小鍋爐主控指令指給水指令之間的慣性環(huán)節(jié)，使給水能較快速動作的穩(wěn)固壓力，而在變負(fù)荷時一方面通過推測操縱算法動態(tài)超調(diào)一定量的燃料量以補(bǔ)償制粉系統(tǒng)的慣性，另一方面也適當(dāng)?shù)臓奚欢ǖ臏囟葋肀ＷC變負(fù)荷的快速性，通過這些手段可將煤-水兩回路之間的耦合特性減小的最低程度。煤水比校正回路的修正功能應(yīng)當(dāng)是針對全負(fù)荷范疇內(nèi)的工況而不是單一工況點(diǎn)的，比如講在某個負(fù)荷點(diǎn)下由于入爐煤質(zhì)的變化造成過熱器入口焓值的偏移，現(xiàn)在應(yīng)通過校正將程序中原先預(yù)設(shè)的煤水比曲線整體平移一個數(shù)值，如此在機(jī)組變負(fù)荷至另一個負(fù)荷點(diǎn)的過程中，煤水比校正回路就可不用重新運(yùn)算而保持不變。當(dāng)前面介紹的幾家公司的方案中均采納在當(dāng)前給水流量（焓值設(shè)定值）上疊加上焓值（溫度）調(diào)劑器輸出的做法，如此在變負(fù)荷過程中焓值（溫度）調(diào)劑器仍需不停運(yùn)算以獲得下一個工況點(diǎn)的參數(shù)，增加了額外的不必要擾動。因此煤水比操縱回路應(yīng)通過中間點(diǎn)焓值（溫度）的偏差運(yùn)算出一個校正系數(shù)來一乘積方式修正到燃料量指令上，從而達(dá)到煤水比校正全工況校正的目的。超臨界機(jī)組在和諧負(fù)荷（通常在40%～100%Pe）范疇內(nèi)其壓力、溫度等機(jī)組運(yùn)行參數(shù)均存在專門大跨度的變動，機(jī)、爐系統(tǒng)的動態(tài)特性也隨之發(fā)生專門大的改變，在操縱系統(tǒng)設(shè)計中若采納相同的策略和特性參數(shù)必定造成在某一工況下操縱成效專門好而在另一工況下就較差，不能滿足全和諧負(fù)荷下的優(yōu)化操縱要求。因此必須依照在機(jī)組不同負(fù)荷下燃燒系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、水蒸汽物理性質(zhì)等方面的變化通過自適應(yīng)算法動態(tài)修正操縱系統(tǒng)中的各調(diào)劑和特性參數(shù)，并在某些專門情形下（如超溫、超壓、啟停磨）應(yīng)用超馳操縱快速排除擾動，從而保證機(jī)組在各種負(fù)荷和工況下的操縱穩(wěn)固。3.3.3優(yōu)化操縱方案投運(yùn)成效：由我院研發(fā)的超臨界機(jī)組操縱策略到目前為止已在十幾臺600MW超臨界機(jī)組上成功應(yīng)用，所有機(jī)組均在2%Pe/min速率下的AGC方式下穩(wěn)固運(yùn)行，機(jī)組變負(fù)荷響應(yīng)迅速，各要緊參數(shù)操盡情形良好。圖3.7和3.8是國電常州#2機(jī)組在2006年12月6日進(jìn)行AGC試驗(yàn)的負(fù)荷、煤、水、壓力、汽溫運(yùn)行曲線，可看出在機(jī)組大幅度12MW/min變負(fù)荷情形下操縱品質(zhì)優(yōu)良，系統(tǒng)運(yùn)行相當(dāng)穩(wěn)固。要緊的參數(shù)變動情形見下表：450MW～600MW負(fù)荷段AGC試驗(yàn)數(shù)據(jù)項(xiàng)目設(shè)定值實(shí)際值考核值最大正偏差最大負(fù)偏差A(yù)GC速率（%）2.02.2～2.42.0變負(fù)荷初始純延時N/A<40秒<90秒負(fù)荷動態(tài)偏差（%）N/A<1.5%<5.0%負(fù)荷穩(wěn)態(tài)偏差（%）N/A<0.5%<1.5%主汽壓力（MPa）23.60～24.20.39-0.61N/A氧量（%）3.3～4.60.7-0.3±1.5甲側(cè)主汽溫度（℃）570.45-2±10乙側(cè)主汽溫度（℃）570.65-3±10圖3.7國電常州#2機(jī)組AGC試驗(yàn)450MW～600MW負(fù)荷段（BASEO**模式）負(fù)荷、壓力、煤水變化曲線圖3.8國電常州#2機(jī)組AGC試驗(yàn)450MW～600MW負(fù)荷段（BASEO**模式）主汽溫度、氧量變化曲線圖3.9和3.10是揚(yáng)州第二發(fā)電廠#4機(jī)組在2007年3月13日進(jìn)行AGC試驗(yàn)的負(fù)荷、煤、水、壓力、汽溫運(yùn)行曲線。要緊的參數(shù)變動情形見下表