600MW超临界机组燃水比控制失调原因分析及处理措施.pdf

第2 9卷第3 期 黑龙 江电力 2 0 0 7 年6月 6 0 0 mw 超 临界机组燃水 比控 制 失调原 因分析及处理措施 冯英山 ， 龙昌悦 ， 邓庆林 ， 林春 ， 宁俊伟 ( 1 福建华电可门发电有限公 司， 福建 福州3 5 0 5 2 1 ； 2 黑龙江亚电鑫宝热电有限公司， 黑龙江 齐齐哈 尔1 6 1 0 4 1 ) 摘要：阐述了福建华电可门发电有限公司6 0 0 m w 超临界机组给水控制系统给水指令及锅炉主控指令的形成 原理 ， 针对该机组运行过程中出现的燃水比控制失调问题， 结合运行实际分析了产生失调的原因， 并提出了解决 燃水比失调的处理措施。 关键词：超临界； 直流锅炉； 燃水比； 给水控制 中图分类号：t k 3 2 文献标识码 ：a 文章编号：1 0 0 21 6 6 3 ( 2 0 0 7 ) 0 30 1 8 1 0 3 an a l y s i s o f c o n t r o l i m b a l a nc e o f f u e l - - f e e d wa t e r r a t e a n d i t s c o u n t e r m e a s u r e f o r 6 0 0 m w s u p e r c r i t i c a l u n i t f e n g y i n g s h a n ， l o n g c h a n g y u e ， d e n g q i n g l i n ，l i n c h u n ， n i n g j u n w e i ( 1 _f u j i a n hu a d i a n k e m e n p o we r ge n e r a t i o n co ，l t d，f u z h o u 3 5 0 5 2 1，ch i n a ； 2 h e i l o n g j i a n g y a d i a n x i n b a o t h e r m a l p o w e r c o ，l t d ，q i q i h a r 1 6 1 04 1 ，c h i n a ) ab s t r a c t ： t h e p a p e r d i s c u s s e d t h e f o r mi n g me c h a n i s m o f f e e d wa t e r i n s t r u c t i o n o f f e e d wa t e r c o n t r o l s y s t e m an d b o i l e r ma i n c o n t r o l i n s t r u c t i o n f o r 6 0 0 m w s u p e r c r i t i c a l u n i t i n f u j i a n h u a d i a n k e m e n p o w e r g e n e r a t i o n c o ， l t d，an d a n a l y z e d the r e a s o ns o f r a t e c o n tro l i mb a l a n c e，c o mb i n e d wi th a c t u al o pe r a t i o n c o n d i tio n，f o c us i ng o n the p r o p o r t i o n p r o b l e m o f f u e l t o f e e d wa t e r du rin g un i t s o p e r a t i o n an d p ut for wa r d i t s c o u n t e rm e a s u r e s ke y wo r d s ： s u p e r c r i t i c al；o n c ethr o u g h b o i l e r ；f u e l w a t e r r a t e；f e e d w a t e r c o n tr o l 华 电福建可门发电有限公司 1 号机组锅炉为 s g一1 9 1 0 2 5 4一m9 5 1型超 临界参 数变压运行 螺旋管圈直流燃煤锅炉。锅炉采用单炉膛 、 一次 中间再热、 平衡通风 、 四角切圆燃烧方式 ， 设计煤 种为神府东胜煤 ， 校核煤种为晋北煤。 1 号机组主控系统采用分散控制系统( d c s ) ( 系统软硬件采用美国 e m e r s s o n 公司 o v a ti o n x p 控制系统) 。在协调控制方式下， 主蒸汽压力和 机组功率均为自动控制， 采用以锅炉跟随( b f ) 为 基础 的协调控制 ( c b f ) 方式 ； 在协调控制和锅炉 跟踪方式下 ， 机组采用滑压运行方式 ， 主蒸汽压力 的设定值根据机组负荷经函数发生器 自动设定 。 该机组于 2 0 0 6年 8月 3日顺利通过 1 6 8 h满负荷 试运行 。但 在运行 中 出现 了锅炉燃 水 比失调 问 题 ， 严重影响了机组 的安全稳定运行。 1 直流锅炉给水流量控制指令的形成 在超临界直 流锅炉 中， 给水流量的波动将对 机组负荷、 主蒸汽压力、 主蒸汽温度等机组运行参 数产生直接影响。如果给水流量控制回路( 如图 1 所示) 控制参数不适应， 就会导致燃水比动态失 调， 锅炉出口的主蒸汽温度仅靠喷水减温控制将 无法满足机组运行要求。 省煤器人 口的给水流量指令由前馈信号和 p i d调节器的校正信号两部分组成。前馈信号主 要实现锅炉 的燃水配 比， 通过锅炉 主控 ( b m) 进 入锅炉的总燃料量信号， 经函数发生器 ( ) 后 给出省煤器人口给水流量指令的基本值。该值经 收稿 日期 ：2 0 0 7 0 5一l 8 作者简介：冯英山( 1 9 7 1 一 ) ， 男， 1 9 9 1 年毕业于华北电力大学电厂机控运行专业， 工程师。 一 l 8l 一 维普资讯 v o 1 2 9， n o 3 he i l o n g j i a n g e l e c t r i c p o w e r j u n 2 0 0 7 图 1 给水流量指令形成 回路 过一个惯性环节( l e a d l a g ) ( 补偿燃料量和给水 流量对分离器出口蒸汽温度的动态特性差异) ， 加上 p i d调节器的校正信号与分离器出口蒸汽 温度的微分信号形成给水流量指令。p i d调节 器的作用是维持分离器出口蒸汽温度为设定值。 中间点温度设定 ( 乏 求和) ， 由汽水分离器出口 温度( s e p o u t 3 “e m p ) 设定值形成回路和过热 器喷水比率的修正回路组成。 过热器喷水 比率的修正信号由过热器喷水 比 率和其设定值的偏差形成。过热器喷水比率的设 定值由机组负荷指令 l d c经过函数发生器 ( ) 给出。过 热 器 喷水 比率 由总过 热 器 喷 水 流 量 ( s h s p r f i o w) 除以锅炉 总给水 流量 ( f wf i o w) 得 出。总过热器喷水流量为一级和二级过热器喷水 流量之和 ， 锅炉总给水流量为省煤器人 口流量加 上总过热器喷水流量减去分离器疏水流量， 各流 量信号均经过温度校正。 2 直流锅炉主控( b m) 指令形成 直流锅炉主控指令形成回路如图2 所示。当 一 1 b 2 一 机组在 b f方式运行时， 锅炉主控指令由 p i d调 节器输出加上前馈信号给出( 即 。 = 3 7 5 + ) ， p i d调节器的输人为主蒸汽压力设定值( m a i n p s p ) 和实际主蒸汽压力( ma i n p r e s s ) 的偏差。 l s t p re s s m ai np s p mai n pr e ss 唧 m ws p bm o ut 图 2 锅 炉主控指令形成 回路 当机组在 c c s方式运行时， 锅炉主控指令的 形成由主蒸汽压力设定值( m a i n p s p ) 和实际主蒸 汽压力( m a i n p r e s s ) 偏差经 p i d调节器输 出， 加上 功率偏差前馈信号 ， 再加上能量平衡前馈信号 形成( 即 ， = 3 3 3 + ) 。 福建省电力调试通信中心要求省内6 0 0 m w 机组 a g c负荷响应升速率达到 9 mw m i n通过功 率偏差的 p i d调节难度会加大。因此， 控制系统 通过能量平衡信号放大， 一方面可以满足负荷响 应升速率 的要求 ， 另一方面通过功率偏 差的 p i d 调节可 以实现无差调节和整个调节系统达到稳态 的时间。 3 燃水比失调实际工况及其原因分析 通过给水流量控制回路及给水指令形成过程 的分析， 下面对福建华电可门发电有限公司 1 号 机组运行时出现锅炉给水流量跟踪失调的原因进 行分析。 维普资讯 第 2 9卷第 3期 黑龙 江 电力 表 1 再热器喷水对燃水 比控制的波动影 响 2 0 0 7年 6月 3 1 工 况 一 当将负荷降到 3 0 0 mw 以下时 ， 在 c c s协调 控制方式下， 锅炉给水流量、 再热蒸汽温度、 总煤 量波动偏大 ， 经常 导致 主蒸汽 ( m s ) 和再 热蒸汽 ( r s ) 温度值波动较大， 甚至达到 6 0 cc。 再热蒸汽温度 偏高时 ， 再 热器喷水 d 增加 ， 必须减小给水流量 d h 和主蒸汽流量 d 。 由图 2可以看 出， 在锅炉主控投 自动的情况下 ， 这 种变化通过 或 中的放大系数被放大 ， 导致 燃料控制过调； 从图1 可以看出， 给水流量设定值 通过燃水比控制函数 ( ) 受到锅炉主控 b m影 响而产生波动。在汽机侧 ， 由于锅炉燃料减少而 导致主汽压降低， 为维持机组负荷 p ， 汽机主控 t m发出开大调门指令， 主蒸汽压力p 。 进一步降 低； 同时， b m为维持主汽压力发出增加给煤量指 令， 造成主再热蒸汽温度 、 上升过快， 最终 导致燃料控制系统、 给水系统和主再蒸汽控制系 统振荡 ， 其表现为煤量波动 2 2 8 t h， 中间点 温度 与实际值 印 偏差达到 1 1 oc。波动过程各 参数如表 1所示。 通过对表 1参数进行分析 ， 该工况的锅炉给 水流量、 主再热蒸汽温度、 总煤量波动偏大问题主 要有两方面原因： 8 2 号机组在整机启动阶段大量使用了 1 号 机组 的辅助蒸汽 ， 造成 1 号机组冷凝器、 再热器至 辅助蒸汽联箱进汽调节 门 由正 常时的 3 一5 开大到6 0 ， 使冷再热蒸汽的辅助用汽量增大， 流过再热器的蒸汽流量减少， 导致中低压缸做功 下降， 总功率下降。为了维持机组功率不变， 必然 增加给水流量 、 主汽流量、 给煤量。在给煤量上升 后 ， 炉膛 出 口烟气温度上升 ， 使再热蒸汽超温 ， 导 致再热器事故喷水频繁动作 ， 影响给水、 燃料控制。 b 锅炉主控指令形成回路中 ， 、 的放大 系数是满足机组负荷快速响应 的要求而设置的 ， 但会导致给水流量 和燃料的波动被放大 ， 造成整 个燃水比控制 的失调。 3 2工 况 二 在机组升降负荷时， 锅炉跟随为主的 c c s ( 协调控制) 模式由 b m( 锅炉主控) 调整压力、 t m ( 汽机主控) 调整功率， 负荷响应速度比较快 ， 但 直流锅炉相对汽包锅炉的蓄热量比较小， 燃料跟 踪滞后 而造成燃水 比控制失调。可门电厂 1 号机 组在 3 5 0 mw 降至 3 0 0 mw 过程时 ， 在 c c s 方式下 滑压运行 ， 主蒸汽压 力从 1 9 mp a降 到 1 6 mp a ， 主 要参数发生振荡。1 1月 1 4日1 ： 0 0至 1 ： 1 5 ， 机组 负荷从 3 5 0 m w 降至 3 0 0 m w， 汽压为 1 7 5 mp a ， 系 统为降低 主汽压力 ， b m降低给煤量至 1 0 1 t h ， 以 维持主蒸汽压力达到 目标值 1 6 0 mp a 。但从增加 给煤量到主蒸汽温度达到 目标值有一个过程 ， 压 力仍持续降到 1 5 2 m p a ， 尽管给水通过 中间点温 度进行修正 ， 但响应比较慢 ， 最终造成给水跟踪失 调 和整个 系统 振荡。其波动过程 各参数 如表 2 所示 。 表 2 燃 料波动对燃水比控制 的影 响 在该工况 中， 燃料及负荷的波动原 因主要是 由于锅炉主控指令形成回路前馈信号经加法器 、 的放大系数使给水流量和燃料的波动放 大 ， 造成整个燃水 比控制的失调。另外 ， 考虑到机 组在 a g c运行方式时， 该厂与电网签订协议要求 机组负荷变化率必须达到9 m w m i n ， 为了提高机 组对负荷 的响应 ， c c s控制系统对锅炉主控 中的 前馈信号进行放大、 汽压和负荷的变化死区设置 范 围较小 ， 也 是造成这种工况波动 的原因之一。 在机组实际运行中， 将锅炉主控切到“ 手动” 后， 负荷、 燃料和给水的波动明显减小并趋于稳定 ； 再 次将锅炉主控投“ 自动” 后 ， 发现在 c c s控制模式 下 ， 燃水 比的调节性能也明显改善 。 4 燃水比控制失调的处理措施 针对工况一 ， 主要是 采用措施控制再热蒸汽 温度。 a 由于神华煤灰渣软化流动温度较低 ， 长期 高负荷运行极其容易引起水冷壁及屏式过热器 区 域结焦， 应通过加强炉膛定期吹灰 ， 增加水冷壁及 屏式过热器吸热比例， 降低炉膛出口处烟气温度 ( 下转第 1 8 6页) 一 1 8 3 维普资讯 v o 1 2 9 ， n o 3 h e i l o n g j i a n g e l e c t r i c p o w e r j u n 2 0 0 7 墨 望 坚 塑 4 结语 可以看出权重为 0 8的模型的误差最小， 所 以用此模型进行2 0 0 6 2 0 0 9年的预测。 3 2预测 将 k = 6 ， 7 ， 8 ， 9 分别代人时间响应式中 ( ( 后+1 )=9 2 1 7 6 5 3 l e o 一8 7 7 5 3 7 3 1 ( 权重为0 8 ) 计算出 ( k ) 如表 3所示。 表3 ( k ) 值 年份 电力消费总量 文 ( 。 ( ) 2 0 0 6 2 0 ( y 7 2 o 0 8 2 0 o 9 5 8 4 2 51 4 6 1 3 3 o 4 8 6 4 3 8 0 2 9 6 7 5 8 1 7 6 由预测数据可知 ， 黑龙 江省 2 0 0 5年 以后 的 电力消费总量呈上涨趋势， 到 2 0 0 9年将达到 6 7 5 8 2 1 0。kw h。 黑龙江除了省内各大 电厂 自己发 电外 ， 还从 俄罗斯购电， 从 1 9 9 2年起 ， 第一回 2 2 0 k v输电线 路布拉戈维申斯克至黑河投入运行。到 2 0 0 8 年， 从俄远东电网向中国东北黑龙 江输送 电， 年供 电 量 ( 3 6 4 3 )1 0 。 k w h 。 未来几年内， 为了适应全省 的经济发展 ， 省市 各电力调度局应以不同的预测值为参考依据， 合 理安排各电厂发 电量 ， 协调好省 内发电与省外 电 量的比例， 为企业和住户用电提供保证。 参考文献： 1 刘思峰， 党国耀， 方志耕 灰色系统理论及其应用( 第三版) m 北京： 北京科技出版社， 2 0 0 4 【 编辑吕子 荆) ( 上接第 1 8 3页) 和再热蒸汽温度。 b 采用不同煤种掺烧的办法，