超临界机组RB控制策略分析与优化.pdf

2 0 1 2 年第3 0 卷第2 期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NNE R MON GOL I A E L EC T RI C P OW ER 3 7 超临界机组R B控制策略分析与优化 郭瑞君 ， 刘晓霞 ， 张澎涛 ， 杜荣华 ， 王永标 ( 1 内蒙古电力科学研究院， 内蒙古呼和浩特0 1 0 0 2 0 ； 2 北方联合电力有限责任公司包头第一热电厂， 内蒙古包头O l 4 0 1 0 ) 摘要： 针对 6 0 0 MW超 临界 直流发电机组特性 ， 分析 了辅机 故障快速减 负荷 ( R B ) 技 术关 键 ， 优化设计 了国华呼伦贝尔电厂6 0 0 MW超临界直流机组的 R B控制策略。通过 R B试验 ， 证明此控制策略能够满足超临界机组辅机故障后 的控制要求。 关键词 ： 超临界直流发 电机组； 直接空冷 ； R B； 控制策略 ； 辅机故障跳闸 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 86 2 1 8 ( 2 0 1 2 ) 0 20 0 3 7 0 5 An a l y s i s a n d Op t i mi z a t i o n t o RB C o n t r o l S t r a t e g y o f S u p e r c r i t i c a l Un i t s G u o R u i j u n ，L i u X i a o x i a ，Z h a n g P e n g t a o ，D u R o n g h u a ， Wa n g Y o n g b i a o ( 1 I n n e r Mo n g o l i a E l e c t r i c P o w e r S c i e n c e & R e s e a r c h I n s t i t u t e ，I n n e r Mo n g o l i a Ho h h o t 01 0 0 2 0 ； 2 N o 1 B a o t o u T h e r ma l P o w e r P l a n t I n n e r Mo n g o l i a B a o t o u 0 1 4 0 1 0 ) Ab s t r a c t ： Fo r c h a r a c t e r i s t i c s o f 6 0 0 MW s up e r c r i t i c a l g e ne r a t i n g un i t s ，t e c hn i c a l c rit i c a l o f t h e a u x i l i a r y r u n b a c k( R B)h a s b e e n a n a l y z e d a n d R B c o n t r o l s t r a t e g y t o 6 0 0 MW s u p e r e r i t i c a l DC g e n e r a t i n g u n i t s o f Gu o h u a Hu l u n b e i e r P o we r P l a n t h a s b e e n o p t i ma l d e s i g n e d Th r o ug h RB e x p e r i me n t ， i t i s p r o v e d t h a t t hi s c o n t r o l s t r a t e g y c a n me e t a l l c o nt r o l r e q u i r e me n t s a f t e r t h e s u p e r e r i t i e a l un i t s a u x i l i a ry f a i l ur e Ke y w o r d s ： s u p e r c r i t i c a l DC g e n e r a t o r ；d i r e c t a i r c o o l i n g ；RB ；c o n t r o l s t r a t e gy；a u x i l i a ry f a i l u r e t rip 0 引言 随着 电力技术 的快速发展 ， 国内投产的超 临界 机组 日益增多 ， 其运行性能状 况可对 电网的安全 、 稳定运行带来 了直接影响 。R B 是机组在主要辅机 发生故障跳 闸 、 锅炉最大出力低 于给定功率时 ， 自 动控制系统快速将机组负荷降至机组实际所能达 到出力 的过程 。近年来 ， 提高超临界机组 自动应对 辅机故障的能力研究 已成为热工 自动化专业 的热 点课题。 1 超临界机组控制特点 超 临界直流锅炉 自动控制系统 的控制对象具 有多输入、 多输出、 非线性、 大惯性、 强耦合等特点， 其给水 自动控制系统 、 过热蒸汽温度控制 系统与亚 临界汽包炉明显不同u 。直流锅炉中给水到过热蒸 汽的过程一次性完成 ， 给水流量与燃料量共 同决定 了锅炉的蒸发量 。机组负荷控制与给水控制 、 燃料 控制密切相关 ， 燃料量与给水量的协调控制 以燃料 量作为协调控制系统调节负荷或机前压 力的主要 控制量 ， 以给水量作为调节中间点微过热蒸汽温度 或焓值 、 保证燃水 比的主要调节量。 在燃料量或给水流量存在扰动的情况下 ， 微过 热蒸汽温度的变化远小 于过热蒸汽 ； 同时 ， 微过热 点前有各种类型 的受热面 ， 工质在该点前 的焓增 占 总焓增的7 5 左右 ， 该 比例在燃水 比及其他工况发 生较大变化时也能保持较小的变化。因此 ， 中间点 【 收稿日期】2 0 1 2 0 2 0 6 作者简介郭瑞君( 1 9 7 3 一) ， 男， 内蒙古人， 硕士。 工程师， 从事电站热： 亡自动控制研究与调试工作。 3 8 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 l 2 年第3 0 卷第2 微过热蒸汽温度常被用作燃水 比校正信号( 校正锅 炉燃料量) 。 超 临界机组 的蓄热能力小 ， 虽然不利于机组的 压力控制 ， 但有利于迅速改变锅炉负荷 ， 有较强 的 电网调峰能力。 2 超临界机组 R B 控制关键技术 超临界直流发电机组 R B控制主要包括燃水 比 控制 、 中间点温度 和过热汽温控制 、 燃烧 系统与给 水控制 、 主汽压力控制及协调系统锅炉 与汽轮机控 制等 。 。 2 1 燃水比控制 直流锅炉 R B发生后 ， 除了燃料量 的调整外 ， 给 水流量也需要随燃料量以及 蒸汽过热度 的变化而 进行调整 。燃料量降低至 目标负荷对应的煤量后 ， 机组负荷会随着燃料量的降低而快速下降。汽轮 机侧按照滑压运行方式调节 主汽压力 ， 锅炉须依靠 合适 的燃水 比实现对主汽温度 和中间点温度 的控 制。 给水 流量指令 的形成环节 中有分离器 出 口过 热度信号 ， 其输 出作为锅炉给水指令 的前馈 ， 以校 正给水流量。R B发生时 ， 中间点温度校正功能闭锁 一 段时问后再投入 ， 以缓减瞬时燃料量与给水流量 的不匹配问题 ， 保证 R B后燃水 比在合适 范围内变 化” 。 。同时， 中间点温度控制回路设计有越限保护 功能 ， 温度 越限将 自动增加或减少给水流量 ， 防止 锅炉超温爆管或低温蒸汽带水。在燃水 比控制 回 路和给水控制中需要设置不同R B工况下 的减水速 率。 2 2 主汽压 力控制 R B发生后 ， 超临界机组主汽压力一般采用滑压 运行方式控制 ， 且汽轮机调节 阀保持一定开度或适 当开大( 尤其是给水泵 R B 时) ， 这对快速降负荷及 主汽压力都是有益的。 R B发生后 ， 锅炉蒸发量大大减少 ， 通过对 R B 后 机组运行工况的分析 ， 发现当主汽压力下降速率控 制在 0 4 1 2 MP a mi n 时 ， 变工况对主汽温度和给水 压力的影 响较小 。给水泵 R B时 ， 压力 目标值应 略 低 、 压力变化率应稍大。另外 ，R B发生后为 了把主 汽压力偏差控制在较小范围内， 适当减少了负荷至 主汽压力设定值的惯性时问。 2 3 燃烧控制 一 般情况下， R B 结束后机组负荷较低。低负荷 运行期 间 ， 为 了防止炉膛熄火 ， 锅炉运行 中往往采 用以下手段来稳定燃烧 ： ( 1 )根据 R B目标负荷确定磨煤机运行台数。 ( 2 )尽量保证相邻或对冲的磨煤机运行 ， 避免 隔层运行 ； 前后墙对冲炉跳磨应遵循 由上至下 、 先 跳后墙 的原则 ， 跳磨时间间隔51 0 S 。 ( 3 )燃烧不稳定 时应及时投油枪 ( 或投入等离 子点燃 ) 助燃 ， 尤其是在煤质较差情况下 。 对于超临界机组 ， R B发生后 的目标煤量除了直 接影响机组功率外， 还会对水冷壁温度 、 分离器出 口温度 、 主汽温度等造成影 响。降负荷速率需与燃 料 的变化速率相 匹配 ， 防止调节过程 中反调和蒸汽 过热度偏高 ， 燃烧器 的切 除数量 、 切除顺 序和问隔 时间及剩余煤量对炉膛压力的影响也很大。 3 超临界机组 R B 控制策略设计 超临界机组 R B控制策略设 计 目标 ： 在 主要辅 机发生故 障跳闸 、 锅 炉最大 出力低于给定功率 时 ， 事故机组能够不受人为干预 自动从 不稳 定运行 lT 况平稳过渡到稳定运行工况 ， 自动 、 快速地将机组 负荷降至合适水平， 机组运行参数维持在安全范同 内 。优 良的R B控制策略能够提高事故时机组 的 自动调节和故障处理能力 ， 避免造成重要设备损坏 或非正常停机， 保障机组的长周期 、 安全稳定及经济 运行 。国华呼伦贝尔发 电有限公司一期 2 x 6 0 0 MW 超 临界机组直流锅炉 R B控制策略进行 了如下的优 化设计 。 3 1 协调控制方式 R B发生时， 锅炉主控切为手动 ， 燃料主控将 R B 发生时单位负荷对应的煤量与 R B目标负荷 的乘积 作 为燃料量设 定值 ； 机组控 制方式切换 为滑压 运 行 ， 采用机跟随方式来控制主汽压力。由于机前压 力代表锅炉 、 汽轮机之间的能量平衡关系 ， 因此 ， R B 发生后如果能够快速稳定机前压力 ， 则其他主要参 数 ( 如过热蒸汽温度和 中间点温度 等 ) 也都会较快 稳定下来 。 3 2 燃料和汽轮机主控 当R B发生时 ， 系统要求切掉部分燃料供给 ， 燃 料量会 随着磨煤机的跳闸而呈现出阶跃下降现象 ， 但 R B工况下燃料指令是按一定 的速率下 降 ， 因此 R B发生时燃料控制系统会 出现大幅波动情况。燃 料主控 回路设计有 R B动作初期 自动跟踪和闭锁 回 路 ， 以防止 R B发生初期给煤量反调产生错误 的调 2 0 1 2 年第 3 O 卷第 2 期 郭瑞君， 等： 超临界机组 R B 控制策略分析与优化 3 9 节动作。给煤控制 回路中设计了风量限制 回路 ， 防 止一次风量 、 煤量配 比不合理 ， 造成磨煤机堵煤 、 锅 炉灭火。 为充分释放机组蓄热和能量 ， R B 发生初期主汽 压力设定跟踪实际压力 ， 汽轮机主控指令跟踪 1 0 S 之后 自动根据滑压 曲线进行调节 。为 了有利于给 水泵上水 ， 给水泵 R B时跟踪时间略长 。给水泵 R B 时压力变化率为1 2 M P a m i n ， 其他设备R B 时为1 0 MPa mi n。 3 3 燃水比控制参数动态补偿 R B发生后磨煤机跳闸、 燃料量迅速下 降， 给水 流量变化要滞后于燃料量变化 ， 燃煤对给水流量指 令 的延时时 间需缩短 ， 否则 中间点温度 、 主蒸 汽温 度会出现较大的波动。给水泵 R B时的惯性时间常 数为 1 0 s ， 其他 R B为2 0 S 。 3 4 烟风 系统调节 一 次风机跳闸发生 R B时 ， 会 瞬间快速开大运 行一次风机 的导叶， 防止因一次风压瞬时降低造成 一 次风堵管甚至锅炉灭火情况 ； 同时将跳闸磨煤机 出人 口风门联锁关闭 ， 防止大量漏风。 由于该锅炉的设计煤种为褐煤 ， 额定负荷时的 总煤量较 大 ， 锅 炉 的设计容积 大 ， 烟风管道较 长 。 为了保持风烟系统的平衡 ， 同侧送、 引风机互跳 ， 且 在引风机静 叶调节 中加入 了送 风机 、 一次风机指令 前馈 ； 加入 了实际总风量前馈 ， 以提高调节灵敏 度 和减小调节死区。 3 5 减温水调节 在 R B 动作过程中， 由于锅炉燃料量的减少 ， 主 、 再热蒸汽温度会下降 ； 随着 汽轮机调 门关小 、 蒸 汽流量的下降， 负荷快速降低 ， 单位质量蒸汽的吸 热量增加 ， 将导致汽温有所上升 。因此 ， 在控制好 降负荷速率的同时， 超驰关闭减温水门4 0 S 之后释 放 自动调节 。因为过热器 的减温水来 自锅炉省煤 器出 口， 将过热器减温水 流量减到最小 ， 可 以增加 水冷壁内的有效给水流量 ， 降低过热度 。减温水流 量 的降低 ， 也有 助于提 高过热蒸汽 和再热蒸汽 温 度 。 3 6 制粉 系统 一 次风 机 R B 、 空预 器 R B、 2台给水 泵跳 闸 R B 时， 按照由上至下顺序切除G 、 F 、 E 、 D 磨煤机 ， 最后 保留3 台磨煤机运行； 送风机R B 、 引风机R B 、 1 台给 水泵跳闸R B时， 按照从上至下顺序切除G 、 F 、 E 磨 煤机 ， 最后保 留4台磨煤机运行 。送风机 、 引风机 、 给水泵 R B时跳磨间隔5 s ， 一次风机 R B 、 空预器 R B 时跳磨间隔 7 S 。1 台给水泵跳 闸、 2 台给水泵跳 闸 R B 时给煤量分别降到B M C R 工况的6 0 和3 5 。 3 7 其他 实际负荷降到目 标负荷时自动复位R B ， 或负荷 变化率小于 3 M W m i n 时复位 R B， R B动作 5 mi n 后 ， 也可手动复位。R B 发生时解除子控制系统偏差 ， 切 手动保护功能。设置各辅机的输 出上限 ， 防止辅机 超 电流跳闸、 锅炉MF T 。 4 R B 试验 4 1 预备性试验 正式试验前 的模拟试验和预备性试验是 R B试 验成功的关键。模拟试验在机组停机时进行 ， 对 R B 触发条件 、 协调切换方式 、 负荷运算 回路 、 负荷变化 速率 、 燃料量计算、 压力变化率、