利用機(jī)組供熱管道蓄能參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的技術(shù)

1、 利用機(jī)組供熱管道蓄能參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的技術(shù) 當(dāng)前，為了快速響應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷需求，火電機(jī)組大都采用cbf協(xié)調(diào)控制方式。當(dāng)負(fù)荷需求變化時(shí)，例如要求加負(fù)荷，汽機(jī)調(diào)門快速開(kāi)大（即首先利用鍋爐蓄熱快速響應(yīng)負(fù)荷），同時(shí)鍋爐燃燒率增加，及時(shí)補(bǔ)充被利用的機(jī)組蓄能，并維持機(jī)組能量與負(fù)荷需求間新的平衡。但隨著一批600/1000 mw等級(jí)的超（超）臨界火電機(jī)組的投運(yùn)，機(jī)組大都全程滑壓運(yùn)行，汽機(jī)調(diào)門的節(jié)流很小，電網(wǎng)快速變化的負(fù)荷需求與機(jī)組較小的蓄熱之間的矛盾越來(lái)越突出。雖然火電機(jī)組可以利用鍋爐汽水系統(tǒng)蓄熱，提高負(fù)荷響應(yīng)速率，或采用凝結(jié)水節(jié)流技術(shù)利用輔汽熱力系統(tǒng)中原本用于加熱凝結(jié)水的熱量瞬間改變發(fā)電負(fù)荷，但隨著電網(wǎng)要求的

2、逐步提高，受蓄熱總量的限制，這些方法的潛力已經(jīng)發(fā)揮到了極致。而供熱機(jī)組可以利用供熱管道中較大容量的蓄熱，瞬間改變發(fā)電負(fù)荷，提高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速率。300mw供熱機(jī)組的供熱管道蓄熱負(fù)荷調(diào)節(jié)速率可達(dá)26mw/min，為額定負(fù)荷的8.6%。其它容量供熱機(jī)組的供熱管道蓄熱負(fù)荷調(diào)節(jié)能力依此類推，具體數(shù)據(jù)還要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。一、利用機(jī)組供熱管道蓄熱進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)的基本原理大型供熱機(jī)組以抽汽式供熱機(jī)組為主，其主要熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是在汽輪機(jī)中壓缸至低壓缸連通管道內(nèi)低壓缸側(cè)安裝供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥，在蝶閥前通過(guò)三通管道將一部分汽輪機(jī)中壓缸排汽引至熱網(wǎng)加熱器，蒸汽在熱網(wǎng)加熱器內(nèi)同熱網(wǎng)循環(huán)水交換熱量后冷卻為熱網(wǎng)疏水，再由熱網(wǎng)

3、疏水泵送至除氧器。熱網(wǎng)循環(huán)水經(jīng)過(guò)熱網(wǎng)循環(huán)泵升壓后進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，吸收熱量后提供供熱熱源。當(dāng)機(jī)組發(fā)電負(fù)荷指令增加時(shí)，可以先開(kāi)大供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開(kāi)度，將原本用于供熱的蒸汽引入汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)做功，迅速提高機(jī)組發(fā)電功率。然后機(jī)組在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)作用下，依靠增加燃料量使機(jī)組總功率緩慢增加后，在逐漸關(guān)小供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開(kāi)度，恢復(fù)供熱熱源的穩(wěn)定。由于供熱熱網(wǎng)管道具有非常大的熱慣性，這一過(guò)程導(dǎo)致的供熱熱源不穩(wěn)定不會(huì)反映到用戶端。這是本技術(shù)方案的基本理論依據(jù)所在。利用供熱管道蓄熱進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，首先要將供熱管道抽汽蝶閥更換成可頻繁調(diào)整的調(diào)節(jié)蝶閥，以保證抽汽調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)控制功能完善；其次還要對(duì)調(diào)節(jié)蝶閥進(jìn)行全開(kāi)全關(guān)試驗(yàn)

4、，確定全開(kāi)全關(guān)時(shí)間以及負(fù)荷響應(yīng)幅值和速率。二、利用機(jī)組供熱管道蓄熱進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)的控制功能設(shè)計(jì)利用供熱管道蓄熱進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)的控制回路功能設(shè)計(jì)如下：1. 協(xié)調(diào)控制回路的重新設(shè)計(jì)本技術(shù)引入發(fā)電負(fù)荷、機(jī)前壓力、抽汽流量三個(gè)參數(shù)作為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的被控量，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制機(jī)組發(fā)電負(fù)荷和汽輪機(jī)機(jī)前壓力，通過(guò)改變供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開(kāi)度控制供熱抽汽流量。圖1 引入供熱蝶閥開(kāi)度負(fù)荷調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理框圖圖1所示協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一33系統(tǒng)，但是單純應(yīng)用該方框圖作為控制方案的設(shè)計(jì)有明顯弊端。首先，負(fù)荷指令不是一個(gè)常量，通常情況下由高頻量和低頻量疊加構(gòu)成，會(huì)對(duì)蝶閥開(kāi)度指令造成頻繁動(dòng)作，減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)壽命。其次，蝶閥開(kāi)度的

5、變化對(duì)于原有的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)本身就是一種擾動(dòng)。改進(jìn)后供熱機(jī)組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中發(fā)電負(fù)荷指令進(jìn)入非線性濾波器，被分解為穩(wěn)態(tài)負(fù)荷指令和暫態(tài)負(fù)荷指令兩部分。穩(wěn)態(tài)負(fù)荷指令進(jìn)入機(jī)組原協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，暫態(tài)負(fù)荷指令一方面經(jīng)過(guò)慣性環(huán)節(jié)與原供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開(kāi)度指令相加后對(duì)蝶閥開(kāi)度實(shí)施控制，另一方面經(jīng)過(guò)蝶閥開(kāi)度對(duì)發(fā)電負(fù)荷的傳遞函數(shù)后反向與發(fā)電負(fù)荷信號(hào)相加，替代原來(lái)發(fā)電負(fù)荷反饋信號(hào)進(jìn)入原協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。其中，將發(fā)電負(fù)荷減去蝶閥開(kāi)度對(duì)發(fā)電負(fù)荷的傳遞函數(shù)輸出后，再作為協(xié)調(diào)控制反饋的目的在于：機(jī)組發(fā)電負(fù)荷信號(hào)包含兩部分中的暫態(tài)負(fù)荷迭加到基本發(fā)電負(fù)荷上對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一種擾動(dòng)，因此通過(guò)增加蝶閥開(kāi)度對(duì)發(fā)電負(fù)荷的傳遞函數(shù)環(huán)

6、節(jié)，以前饋方式消除這種擾動(dòng)。圖2 改進(jìn)利用供熱蓄熱負(fù)荷調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理框圖2. 具體實(shí)施方案(1) 非線性濾波器的設(shè)計(jì)。輸入負(fù)荷指令信號(hào)經(jīng)過(guò)速率變化限制后得到穩(wěn)態(tài)負(fù)荷指令信號(hào)，輸入負(fù)荷指令信號(hào)減去穩(wěn)態(tài)負(fù)荷信號(hào)后得到暫態(tài)負(fù)荷指令信號(hào)。這樣，非線性濾波器將負(fù)荷指令分解為緩慢變化的低頻部分和快速變化的高頻部分，并且分解是可逆的，即將穩(wěn)態(tài)負(fù)荷指令信號(hào)和暫態(tài)負(fù)荷指令信號(hào)求和后，可以得到原負(fù)荷指令信號(hào)。將緩慢變化的穩(wěn)態(tài)負(fù)荷送入?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，能夠減少燃料量和汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽調(diào)節(jié)門的擾動(dòng)，有利于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行；將快速變化的暫態(tài)負(fù)荷指令疊加到供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開(kāi)度指令上，可以快速改變汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)汽量從而

7、快速改變機(jī)組發(fā)電負(fù)荷，提高機(jī)組響應(yīng)變負(fù)荷能力。采用非線性濾波器的優(yōu)勢(shì)在于：當(dāng)負(fù)荷指令變化量較小時(shí)，穩(wěn)態(tài)負(fù)荷指令包含較多高頻分量，雖然會(huì)燃料量和汽輪機(jī)高調(diào)門的擾動(dòng)，但由于指令變化量很小，所以擾動(dòng)幅度不是很大但可以減少供熱抽汽蝶閥動(dòng)作幅度以減少磨損；當(dāng)負(fù)荷指令大幅度變化時(shí)，大部分高頻分量進(jìn)入暫態(tài)負(fù)荷指令，調(diào)節(jié)蝶閥迅速大幅度動(dòng)作提高機(jī)組發(fā)電負(fù)荷響應(yīng)能力。(2) 慣性環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。采取g(s)=k/(1+ts)，k為增益，調(diào)整k的大小可改變單位暫態(tài)負(fù)荷指令變化所對(duì)應(yīng)的供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開(kāi)度的變化。k越大，單位暫態(tài)負(fù)荷指令變化所對(duì)應(yīng)供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥也越大，導(dǎo)致發(fā)電負(fù)荷的變化量也越大；t為慣性時(shí)間，調(diào)整t大小

8、可改變供熱抽汽蝶閥動(dòng)作的速度，調(diào)節(jié)供熱抽汽蝶閥動(dòng)作導(dǎo)致發(fā)電功率變化與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)動(dòng)作導(dǎo)致發(fā)電功率變化的銜接時(shí)間，t越大，供熱抽汽蝶閥動(dòng)作導(dǎo)致發(fā)電功率變化的滯后也越大。3. 邏輯組態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試(1) 非線性濾波器的構(gòu)造與調(diào)試。工程項(xiàng)目中，通常選擇速率變化限制模塊作為非線性濾波器，濾除掉信號(hào)中快速變化部分后得到穩(wěn)態(tài)負(fù)荷指令信號(hào)，輸入信號(hào)減去穩(wěn)態(tài)負(fù)荷指令后得到暫態(tài)負(fù)荷指令信號(hào)。機(jī)組工作于供熱模式后，逐步將非線性濾波器速率限制值調(diào)至推薦值，一般正壓直吹式制粉系統(tǒng)推薦值取機(jī)組額定發(fā)電負(fù)荷的1%/min1.5%/min。(2) 蝶閥-負(fù)荷模型的獲取。蝶閥開(kāi)度對(duì)發(fā)電負(fù)荷的傳遞函數(shù)通過(guò)供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開(kāi)度階躍擾動(dòng)試驗(yàn)獲得。具體方法如下：在機(jī)組額定供熱負(fù)荷工況下，保持機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行，待機(jī)組發(fā)電負(fù)荷、機(jī)前壓力穩(wěn)定后，手動(dòng)階躍增加供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開(kāi)度。這時(shí)機(jī)組發(fā)電負(fù)荷增加而供熱抽汽流量減小，隨著協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)動(dòng)作，發(fā)電負(fù)荷會(huì)緩慢恢復(fù)到初始值，待發(fā)電負(fù)荷穩(wěn)定后，分析發(fā)電負(fù)荷對(duì)蝶閥開(kāi)度擾動(dòng)的響應(yīng)曲線，辨識(shí)得到對(duì)象傳遞函數(shù)。(3) 慣性環(huán)節(jié)參數(shù)的整定。慣性環(huán)節(jié)增益設(shè)置為0，慣性