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（中國華電集團(tuán)貴港發(fā)電有限公司 537100）

[摘要]燃煤超臨界機(jī)組主汽溫度控制在濕態(tài)時(shí)通過噴水減溫進(jìn)行調(diào)節(jié)；干態(tài)時(shí)通過中間點(diǎn)溫度對水煤比進(jìn)行粗調(diào)，提高主汽溫控制的穩(wěn)定性，再通過噴水減溫進(jìn)行細(xì)調(diào)，保證主汽溫與設(shè)定值偏差在允許范圍內(nèi)。某電廠#1、#2機(jī)組（2×630MW）主汽溫度噴水減溫控制長期不能投入自動(dòng)控制，只通過運(yùn)行人員手動(dòng)調(diào)整，由于手動(dòng)調(diào)整的局限性和同時(shí)需防止主汽溫度超溫，因此主汽溫度長期控制在額定溫度以下運(yùn)行，在機(jī)組變負(fù)荷工況、啟停磨及煤質(zhì)波動(dòng)情況下容易出現(xiàn)超溫及較低主汽溫運(yùn)行，不利于機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]超臨界；主蒸汽溫度；控制；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

1 研究目的

在國務(wù)院決定全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造，大幅降低發(fā)電煤耗的要求下，如何提高燃煤發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性是目前火力發(fā)電廠研究的重要課題。而在各個(gè)電廠從汽機(jī)、鍋爐熱效率利用方式和改造優(yōu)化大背景下，單純提高汽機(jī)或者鍋爐效率所需成本較高且提升空間很小，如何深挖潛力則是當(dāng)前研究的重要課題。熱工自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)劣對于機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響較大。本文將針對某電廠主蒸汽溫度控制優(yōu)化來闡述主蒸汽溫度控制優(yōu)化后對于機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的提高，可為今后從機(jī)組參數(shù)、控制優(yōu)化進(jìn)而降低燃煤機(jī)組發(fā)電煤耗提供參考。

2 主蒸汽噴水減溫系統(tǒng)簡述

某電廠I期2×630MW超臨界機(jī)組，#1機(jī)組于2007年2月28日投產(chǎn)，#2機(jī)組于2007年6月28日投產(chǎn)。鍋爐為上海鍋爐廠引進(jìn)技術(shù)制造的超臨界參數(shù)、變壓運(yùn)行、螺旋管圈直流鍋爐，鍋爐型號(hào)：SG1913/25.40-M965，其型式為單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊П型結(jié)構(gòu)、露天布置的燃煤鍋爐，鍋爐設(shè)計(jì)煤種為貴州煙煤。過熱器配置二級(jí)噴水減溫裝置，左右能分別調(diào)節(jié)。在任何工況下（包括高加全切和B-MCR工況），過熱器噴水的總流量約為4%過熱蒸汽流量（B-MCR工況下）。過熱器汽溫控制在純直流負(fù)荷以前，采用噴水減溫控制；在純直流負(fù)荷以后，以控制煤水比為主，噴水減溫為輔。一級(jí)噴水減溫的最終控制目標(biāo)為二級(jí)噴水減溫器前后溫差；二級(jí)噴水減溫控制采用常規(guī)的燃料量微分信號(hào)、主蒸汽流量微分信號(hào)作前饋的串級(jí)控制。

減溫水取自高加出口連接管。過熱器減溫水總管分成兩路，一路至一級(jí)減溫器，一路至二級(jí)減溫器，各設(shè)置有隔離閥；一級(jí)、二級(jí)減溫水又分別分成兩路，每路上均設(shè)置有調(diào)節(jié)閥，供調(diào)節(jié)減溫水流量用，在調(diào)節(jié)閥后設(shè)置有截止閥和流量測量裝置。其工藝流程圖如下：

3 存在問題分析及優(yōu)化措施

3.1 存在問題分析

該廠主蒸汽溫度設(shè)計(jì)值為571℃，鍋爐低位熱效率92.8%，低位發(fā)熱量29181KJ/Kg，汽機(jī)熱耗率THA工況7587KJ/kW.h。某電廠A/B一級(jí)、二級(jí)減溫水，自動(dòng)投入后存在：自動(dòng)效果差，溫度控制滯后，容易超溫?zé)o法滿足機(jī)組實(shí)時(shí)工況運(yùn)行要求，經(jīng)過分析判斷主要原因如下：

3.1.1 存在問題一

主回路PID選用外置式Kp、Ti、Kd，其值由機(jī)組負(fù)荷指令經(jīng)過F(x）函數(shù)折算出。溫度控制回路，控制過程較為緩慢，達(dá)到穩(wěn)態(tài)周期長，易受外部和內(nèi)部干擾作用，因此如何保證控制過程穩(wěn)定，極為重要。主回路PID控制的Kp、Ti、Kd變化范圍較大，雖然能一定程度上加強(qiáng)或者減弱PID作用，但是控制穩(wěn)定性得不到保證，容易產(chǎn)生過調(diào)及調(diào)節(jié)不及時(shí)。

3.1.2 存在問題二

減溫水前饋選用不合理，僅選用機(jī)組負(fù)荷指令ULD、燃水百分比作為副調(diào)PID前饋，由于主蒸汽溫度控制存在許多擾動(dòng)及影響因素，因此如何選用能快速反映主蒸汽溫度變化趨勢前饋對于整個(gè)控制是尤為重要的。事實(shí)證明，機(jī)組負(fù)荷、給水流量百分比這兩個(gè)前饋無法滿足要求。

3.1.3 存在問題三

控制二級(jí)減溫器入口溫度控制方式為：通過主回路PID控制二級(jí)減溫器入口溫度并得到副回路PID的SP值，在通過一級(jí)減溫器出口溫度PV值控制一減調(diào)門開度，逆向控制二級(jí)減溫器入口溫度，只能通過過熱度來控制主蒸汽溫度，進(jìn)而控制二級(jí)減溫器入口溫度，如此減緩了控制系統(tǒng)快速性及準(zhǔn)確性。

3.2 優(yōu)化措施

3.2.1 一級(jí)噴水減溫優(yōu)化

對于原有一級(jí)減溫水控制邏輯，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前主蒸汽溫度控制要求，對原有控制邏輯進(jìn)行刪除并重新進(jìn)行修改優(yōu)化。優(yōu)化后的一級(jí)減溫水控制，如圖2通過受熱面溫度與負(fù)荷關(guān)系曲線，可得出各被調(diào)量的調(diào)整范圍，由函數(shù)進(jìn)行控制，負(fù)荷數(shù)據(jù)我們采用主汽流量進(jìn)行替代計(jì)算。同時(shí)，引入多變量前饋，提高控制系統(tǒng)快速性和準(zhǔn)確性，以此提高一級(jí)減溫器控制的被調(diào)量：二級(jí)減溫器入口溫度準(zhǔn)確性。如圖3引入多變量前饋：鍋爐主控、一級(jí)減溫器進(jìn)口溫度、一級(jí)減溫器出口溫度、二級(jí)減溫器進(jìn)口溫度、二級(jí)減溫器進(jìn)口與設(shè)定值偏差、一級(jí)減溫器出口與主蒸汽流量折算溫度偏差，以上前饋經(jīng)過超前滯后模塊，得到總前饋量。如圖4，取消外置式Kp、Ti、Kd，以二級(jí)減溫器入口溫度和設(shè)定值經(jīng)由PID（帶總前饋輸入）得出一級(jí)減溫器噴水調(diào)節(jié)門開度指令。

3.2.2 二級(jí)噴水減溫優(yōu)化

二級(jí)減溫器噴水控制優(yōu)化與一級(jí)減溫器基本一致，對原有控制邏輯進(jìn)行刪除并重新進(jìn)行修改優(yōu)化。優(yōu)化后的二級(jí)減溫水控制，如圖2通過受熱面溫度與負(fù)荷關(guān)系曲線，可得出各被調(diào)量的調(diào)整范圍，由函數(shù)進(jìn)行控制，負(fù)荷數(shù)據(jù)我們采用主汽流量進(jìn)行替代計(jì)算。二級(jí)減溫器引入前饋：鍋爐主控、二級(jí)減溫器進(jìn)口溫度、二級(jí)減溫器出口溫度、末級(jí)過熱器溫度、末級(jí)過熱器與設(shè)定值偏差、二級(jí)減溫器出口與主蒸汽流量折算溫度偏差，以上前饋經(jīng)過超前滯后模塊，得到總前饋量。同時(shí)取消外置式Kp、Ti、Kd，以末級(jí)過熱器溫度和設(shè)定值經(jīng)由PID（帶總前饋輸入）得出二級(jí)減溫器噴水調(diào)節(jié)門開度指令。

4 優(yōu)化后效果分析

4.1 自動(dòng)效果

該廠#2機(jī)組主蒸汽溫度控制優(yōu)化后，#2機(jī)組一二級(jí)減溫水自動(dòng)投入正常，各個(gè)負(fù)荷段均能滿足主蒸汽溫度控制571±5℃控制要求。#2機(jī)組主蒸汽控制優(yōu)化后，不僅僅減輕了運(yùn)行人員工作量，同時(shí)提高了熱控設(shè)備自動(dòng)投入率，自動(dòng)投入率上升至97%。 同時(shí)自動(dòng)投入前后主蒸汽溫度上升3～4℃，因?yàn)橐肭梆伭慷?，在發(fā)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)、主蒸汽流量變化或者減溫器進(jìn)出口溫度變化后，及時(shí)調(diào)整減溫水流量，如此能進(jìn)行超前調(diào)節(jié)，保證主蒸汽溫度一直在設(shè)定范圍內(nèi)。 #2機(jī)組主蒸汽溫度優(yōu)化前后鍋爐壁溫超溫情況統(tǒng)計(jì)（末級(jí)過熱器和后屏過熱器與減溫水相關(guān)）。如下表1，主蒸汽溫度控制優(yōu)化前，超溫點(diǎn)數(shù)較多，涉及范圍大，超溫次數(shù)多、累積時(shí)間長；優(yōu)化后，超溫點(diǎn)數(shù)明顯減少，超溫次數(shù)減少、累積時(shí)間下降（末級(jí)過熱器6排6號(hào)由于氧化皮生成趨勢愈加嚴(yán)重，吹灰次數(shù)較少，導(dǎo)致該點(diǎn)壁溫頻繁超溫。從5、6、11月份可以對比，該點(diǎn)情況趨于嚴(yán)重）。因此#2機(jī)組主蒸汽溫度控制優(yōu)化后，對于控制壁溫超溫時(shí)間和范圍起了一定效果，在后續(xù)工作中，隨著控制不斷優(yōu)化，效果會(huì)更明顯。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)反平衡標(biāo)準(zhǔn)煤耗計(jì)算公式，#2機(jī)組主蒸汽溫度控制優(yōu)化后，主蒸汽溫度總體提高了3～4℃。依據(jù)公式可以得出，在其他參數(shù)不變情況下，當(dāng)主蒸汽溫度提升后，汽機(jī)供熱熱量上升，汽機(jī)熱耗率降低，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)主蒸汽溫度上升1℃，汽機(jī)熱耗率降低0.028%，機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降0.0897g/KWh。以提升3℃計(jì)算，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降0.2691g/KWh。按1年發(fā)電30億千瓦時(shí)，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤807.3噸。按標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)600元/噸，每年可節(jié)約發(fā)電煤耗成本48.438萬元。

5 總結(jié)

#2機(jī)組主蒸汽溫度控制優(yōu)化實(shí)施后，自動(dòng)投入率較優(yōu)化前有了很大改善，基本上能滿足各個(gè)工況負(fù)荷下的主蒸汽溫度控制要求。同時(shí)，主蒸汽溫度的控制穩(wěn)定，運(yùn)行人員干預(yù)程度減少，依靠經(jīng)驗(yàn)操作次數(shù)減少，避免了主蒸汽溫度波動(dòng)變化幅度大而導(dǎo)致的管壁超溫現(xiàn)象。主蒸汽溫度品質(zhì)提升，與鍋爐設(shè)計(jì)值較為接近，在不進(jìn)行大的節(jié)能改造下，汽機(jī)氣耗率降低，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低，提升了電廠經(jīng)濟(jì)性，為從發(fā)電廠熱工專業(yè)參數(shù)優(yōu)化節(jié)能降耗做了可行性研究、試驗(yàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]600MW超臨界鍋爐MCS說明[Z].

[2] 鍋爐產(chǎn)品說明書965-1-8601[Z].

[作者簡介]1.李輝(1970-)，男，供職于中國華電集團(tuán)貴港發(fā)電有限公司，助理工程師，大專，主要從事火電廠熱工專業(yè)工作。2.程亮(1987-)，男，供職于中國華電集團(tuán)貴港發(fā)電有限公司，助理工程師，本科專，主要從事火電廠熱工專業(yè)工作。廣西貴港537100。