660MW超超临界火电机组单列辅机控制设计优化探讨

660MW超超临界火电机组单列辅机控制设计优化探讨

杜波 周赛钢 李晋

陕西国华锦界能源有限责任公司 陕西省神木市 719319

摘要：随着电力行业的迅猛发展，超超临界机组现已逐渐成为我国火电系统的主流机型。近年来，鉴于大型辅机的可靠性已过关，参数及性能要求更高的单列辅机配置机组开始提上日程，这也意味着对自动控制技术提出了更高的要求。

关键词：660MW超超临界；单列辅机；控制

目前，我国火电机组逐渐向大容量、超高参数等级发展。为了节省投资、节能降耗、降低发电成本，主要辅机单列布置的超超临界机组逐渐投入使用。基于此，本文探讨了660MW超超临界火电机组单列辅机控制策略。

一、超超临界机组简介

火电厂超超临界机组是指锅炉内工质的压力。锅炉内的工质都是水，水的临界参数是:22.129MPa、374.15℃；在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度相同，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉，炉内蒸汽温度不低于593℃或蒸汽压力不低于31 MPa被称为超超临界。目前，对超超临界机组并无严格的界限，一般认为，只要主蒸汽温度达到或超过600℃，就认为是超超临界机组。

二、单列辅机技术发展背景

我国的能源结构是一个多煤、贫油、少气的国家，一次性能源中90%是煤炭资源，因此我国发电厂主要以火力发电为主，火力发电厂机组约占全国总装机容量的74.5%，而且70%以上是燃煤机组，不仅消耗大量的煤炭资源，而且给环境造成较大的污染。《国家国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》要求：推进传统能源清洁高效利用。电力工业是节能减排的重点领域，近年来，我国一大批超临界和超超临界高效环保机组相继投产，总体能耗水平有所降低，但和发达国家的水平相比总体煤耗仍然偏高，还有较大的差距。如何降低火电厂的能耗水平、降低电厂的初投资、如何进行创新成为摆在广大火电事业人面前新的问题，并且做出了很多的努力，通过对电厂系统设计进一步优化，鉴于大型辅机可靠性的提高，提出了辅机单列配置设计方案，发展单列辅机的发电技术是一个重要的尝试，或将成为火电发展的一个新的方向。

三、单列辅机工艺系统特点

单列辅机在火电厂中主要是指锅炉辅机单列配置，单列辅机的配置设备简洁，布置方便，流程顺畅，系统简单，控制部件少，运行操作简单。锅炉辅机单列配置方案简化了锅炉烟风系统，取消了送、引、一次风机的联络风道和风机进出口风门，减少了检修维护工作量，且不存在两台风机在低负荷时发生“抢风”现象，也避免了两台风机并列操作带来的风险。锅炉辅机单列配置方案由于弥补了双列配置时压头大、流量小的不足，因此单列配置的风机和空预器的效率优于双列，单列配置系统的运行经济性要好，特别是当负荷低于50%额定负荷时效果更加明显，因此锅炉辅机单列配置的机组有着比较高的经济性,具有较高的推广应用价值。

四、660MW超超临界机组单列辅机控制

国华锦界电厂三期2*660MW超超临界机组控制系统系统采用了杭州和利时自动有限公司的MACSV分散控制系统，整套系统包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）（含旁路控制系统）、顺序控制系统（SCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、脱硫控制系统（FGD）、脱硝控制系统（SCR）、吹灰控制系统（SBWS）、电气控制系统（ECS）、直接空冷系统（ACC）、机组级自启停（APS），是一套完成全套机组各项控制功能的单列辅机控制系统。

1、主、再热汽温采用串级调节系统。火电机组汽温被控对象是具有大迟延、大惯性、非线性及时变性的复杂系统，在机组变负荷过程中，由于煤水比失调引起主汽温发生变化时，喷水减温不能及时适应主、再热蒸汽温度调节的需要，主、再热蒸汽温度波动较大。同时由于机组本身存在一些问题，比如机组在基建调试运行中，由于机组在中、高负荷段时一级减温器前后温度随喷水量变化不大，将一级减温控制策略改为了单回路控制，从而控制过程较为缓慢，温度波动较大。

针对此类问题，采用串级调节系统预估控制的方法，串级调节系统预估控制是用于时滞对象的有效控制方法，对被控对象的参数变化很敏感，为了提高控制系统的鲁棒性，通过机组运行过程中的扰动试验，获取主、再热汽温对象模型参数，同时对常规串级调节系统预估控制进行改进，以便更能适应被控对象的变化，改善系统的控制调节性能。

分别对过热器一级减温水单回路控制的PID控制器，过热器二级减温水串级控制的主、副PID控制器采用PID变参数控制方式，通过观测计算机组负荷变动过程中的控制器调节效果，根据机组的当前负荷来动态调整PID控制器的最佳参数，以达到最优的控制效果。

2、给水控制系统优化。对于超超临界直流锅炉，给水控制系统的任务是既要参与负荷控制又要参与汽温控制。控制汽温的主要手段是通过给水控制系统维持合适的煤水比，给水控制系统设计的合理性及控制系统调节品质的好坏，将直接影响整个机组的安全经济运行。在优化过程中，主要是对机组给水流量指令设定值及对中间点温度自动控制修正给水指令回路进行优化。

1)给水流量设定值生成回路优化。直流锅炉在运行中一项较重要的任务，就是保证机组在运行过程中具有合适的水煤比。在给水流量设定值优化过程中，采用水跟煤的运行方式，但由于机组实际运行过程中，加水远比加煤响应及时，因此在调节过程中，充分考虑机组运行时的自身变化规律，通过锅炉主控指令、中间点温度修正、给水前馈及多阶惯性环节最终得出给水流量设定值。保证机组在燃水比适当、过热汽温基本不变的同时能快速响应负荷变化。多阶惯性环节能保证快速的给水流量变化与慢速的燃烧过程相适应，保证负荷动态响应过程的匹配，从而使机组在动态变负荷过程中，煤水配比更加合理。

2)中间点温度自动控制修正给水指令回路优化。中间点温度的调节在超超临界机组的给水和过热汽温控制中起着重要的作用，但由于燃水比变化时，过热汽温的响应延时很长，当采用中间点温度控制策略时，中间点温度设定值由锅炉设计说明书获得，由于机组自身原因，运行值普遍低于设计值，为了保证调节的有效性和及时性，在充分进行试验摸清规律的基础上，通过采用加偏置的方式来保证设定值符合当前运行工况下的最优设定值，从而保证在机组燃水比失调时能对给水流量指令进行实时校正，在控制中间点温度的同时兼顾过热气温的变化。

此外，根据不同负荷工况下中间点温度变化对给水流量指令的修正作用量的不同，采用变PID控制参数的方法，使不同负荷工况下，PID都能在最佳工况下参与调节。另外在中间点温度修正给水回路中不但采用了变PID控制参数优化方法，同时也对控制逻辑进行了一定的完善。结合同类型机组发现，在负荷变动试验过程中给水给煤配比相对合适，主汽温和过热度相对合适，但在负荷变动结束后的一段时间内通机组的主汽温会有很大的波动，此时汽温变化的涨幅和速度都比较剧烈，汽温增长很快，运行人员调节手段有限。主要的控制原则是在负荷变动过程中弱化通过中间点温度控制给水的调节，当机组负荷变动结束时，恢复已有的回路控制参数，以保证中间点温度调节给水的有效性，从而保证机组运行过程中给水指令的精确，进而保证运行过程中合适的水煤比。

3、锅炉主控、燃料量指令回路优化。直流锅炉在负荷变动过程中有2种调节方式，一种为煤跟水方式，另外一种为水跟煤方式。煤跟水的方式运行过程中更有利于主蒸汽压力的控制，水跟煤的方式运行过程中更有利于主蒸汽温度的控制。锦界三期采用的是水跟煤的运行方式，在调节过程中根据煤量来进行修正给水流量。因此需要保证机组运行过程中不同负荷工况下的燃料量指令的合理精确值。

在回路优化过程中，针对锅炉主指令回路的锅炉主控前馈分量引入主蒸汽压力设定值微分环节，使机组能在接收到主蒸汽压力设定值指令后迅速动作，提高锅炉主指令的变化速度，从而能及时满足指令的变化需求。

在锅炉总燃料量生成指令回路的燃料主控前馈回路中分别引入负荷指令与主蒸汽压力控制偏差微分环节，使机组燃料量变化及时准确，能迅速适应负荷变化的需求，从而提高锅炉自身的响应能力。

参考文献：

[1]王蕾.660 MW机组单列辅机控制系统设计[J].热力发电，2015，44(06):121-123．

[2]段宗周.600 MW等级机组主要辅机单列配置方案探讨[J].电力勘测设计，2015(03):34-37．