雙抽背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略研究

摘

要：某超臨界雙抽再熱背壓機(jī)組有兩級供熱，且熱用戶的供熱需求較高。該機(jī)組目前采用常規(guī)的協(xié)調(diào)控制方式，鍋爐控制主蒸汽壓力，汽機(jī)以控制實際電負(fù)荷為主；供熱方式下，汽機(jī)控制兩級供熱蒸汽壓力，此種控制方式無法滿足高質(zhì)量的自動控制要求，控制效果較差。現(xiàn)提出一種改進(jìn)的控制方式，即對熱負(fù)荷定量計算后，作為一種能量輸出參與機(jī)組的協(xié)調(diào)控制，并對兩級供熱蒸汽進(jìn)行了控制方式改進(jìn)，改進(jìn)后的控制方式能夠提高機(jī)組的自動控制能力，提高機(jī)組的運(yùn)行水平。關(guān)鍵詞：超臨界；雙抽再熱；供熱控制；協(xié)調(diào)控制；供熱電負(fù)荷計算0引言某熱電工程采用世界首臺（套）超臨界雙抽再熱背壓機(jī)組，在能源優(yōu)化配置、節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、科技創(chuàng)新等方面具有明顯優(yōu)勢。作為某工業(yè)區(qū)重點(diǎn)配套工程和唯一熱源點(diǎn)，項目對園區(qū)能源供應(yīng)起著重要的支撐作用，對此地區(qū)長遠(yuǎn)健康發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。國內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)的超臨界機(jī)組大部分容量為350

MW，其中大部分用于冬季采暖供熱，少部分用于工業(yè)供熱。供熱機(jī)組存在熱電耦合現(xiàn)象，這給電負(fù)荷調(diào)度、穩(wěn)定熱負(fù)荷帶來了挑戰(zhàn)，國內(nèi)也鮮有文獻(xiàn)專門討論供熱機(jī)組的熱電解耦問題。本文以中低壓供熱機(jī)組的實際控制為例，分析機(jī)組熱負(fù)荷和電負(fù)荷的動態(tài)特性以及兩級供熱的相互影響，提出一種優(yōu)化的控制方案。1機(jī)組概況某熱電工程采用的汽輪機(jī)為國內(nèi)首臺自行研發(fā)設(shè)計的大型超臨界、一次再熱、單軸、雙缸、兩級調(diào)節(jié)抽汽、下排汽、背壓式汽輪機(jī)，高壓缸按全容量、中壓缸按額定進(jìn)汽量時高壓缸排汽量扣除第1級回?zé)岢槠考盁岫螌ν忸~定供熱抽汽量設(shè)計。鍋爐為超臨界參數(shù)直流循環(huán)流化床鍋爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架。機(jī)組熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。此機(jī)組以供熱為主，同時提供低壓和中壓供熱蒸汽，為工業(yè)園區(qū)內(nèi)的企業(yè)提供熱源。中壓缸三段抽汽經(jīng)減溫和熱再熱蒸汽減溫減壓后作為低壓供熱蒸汽，熱再熱蒸汽直接作為中壓供熱蒸汽。正常運(yùn)行時，低壓供熱蒸汽只需中壓缸三段抽汽提供，當(dāng)供熱需求增大時，一部分熱再熱蒸汽經(jīng)減溫減壓后與中壓缸三段抽汽合并作為低壓供熱蒸汽。此電廠的供熱蒸汽為工業(yè)用蒸汽，對供熱品質(zhì)要求較高。2控制方式2.1

協(xié)調(diào)控制方式目前，此電廠兩臺機(jī)組采用的協(xié)調(diào)控制框圖如圖2所示。此電廠采用常規(guī)協(xié)調(diào)控制方式，鍋爐控制主蒸汽壓力，汽機(jī)以控制實際電負(fù)荷為主，同時兼顧維持主蒸汽壓力的穩(wěn)定。圖中f1（x）為煤量指令的基本函數(shù)，考慮到供熱負(fù)荷的影響，此處的函數(shù)實際為鍋爐廠根據(jù)設(shè)計的熱電配比給出的電負(fù)荷對應(yīng)的全部負(fù)荷（電負(fù)荷+熱負(fù)荷）時的煤量指令函數(shù)。汽機(jī)以控制電負(fù)荷為主，并兼顧主蒸汽壓力的穩(wěn)定，f2（x）為主蒸汽壓力偏差對應(yīng)的函數(shù)，為減少主蒸汽壓力偏差對電負(fù)荷控制精度的影響，此函數(shù)的作用較弱，設(shè)置了死區(qū)和上下限。2.2

供熱控制方式此電廠兩臺機(jī)組采用的供熱控制框圖如圖3所示。此電廠的供熱調(diào)閥為蝶閥，調(diào)節(jié)精度較差，供熱調(diào)閥動作對供熱蒸汽壓力影響很小，為此此電廠的供熱均由汽機(jī)側(cè)控制，其中汽輪機(jī)高壓調(diào)閥維持中壓供熱蒸汽壓力，中壓調(diào)閥維持低壓供熱蒸汽壓力。供熱方式下電負(fù)荷處于隨動模式，鍋爐控制主蒸汽壓力，甚至是手動控制。3運(yùn)行效果此電廠目前的控制方式主要存在以下幾個問題：（1）電負(fù)荷和熱負(fù)荷控制無法共存：當(dāng)投入AGC時，汽機(jī)高調(diào)門控制電負(fù)荷，中調(diào)門控制低壓供熱蒸汽壓力，中壓供熱蒸汽壓力由另一臺機(jī)組控制。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大幅變化時，供熱壓力也會有大幅波動，影響熱用戶使用。當(dāng)投入供熱時，電負(fù)荷完全處于隨動模式，無法及時響應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷要求。（2）供熱蒸汽壓力控制效果差：中壓供熱蒸汽和低壓供熱蒸汽相互影響，具體分析如圖4所示。高壓調(diào)閥調(diào)節(jié)中壓供熱蒸汽壓力時，會對低壓供熱蒸汽壓力造成擾動。中壓調(diào)閥動作時，又會對中壓供熱蒸汽壓力造成擾動，且由于中壓調(diào)閥的節(jié)流作用，中壓供熱蒸汽壓力往往響應(yīng)會很快，對中壓供熱蒸汽的穩(wěn)定造成很大擾動。（3）能量輸入與輸出不匹配：實際運(yùn)行的熱負(fù)荷與電負(fù)荷的配比與設(shè)計工況不一致，造成根據(jù)電負(fù)荷計算出的理論燃料量與實際燃料量偏差較大，主蒸汽壓力控制不平穩(wěn)，壓力偏差大，整個機(jī)組的運(yùn)行不平穩(wěn)。4改進(jìn)建議（1）根據(jù)供熱蒸汽流量計算出對應(yīng)的電負(fù)荷，計算方法如下式所示：式中：E為供熱折算負(fù)荷（MW）；Ki為中壓供熱抽汽折算負(fù)荷的線性修正系數(shù)；hi為中壓供熱蒸汽焓值（kJ/kg）；hp為排汽焓值（kJ/kg）；Di為中壓供熱蒸汽流量（t/h）；Kl為低壓供熱抽汽折算負(fù)荷的線性修正系數(shù)；hl為低壓供熱蒸汽焓值（kJ/kg）；Dl為低壓供熱蒸汽流量（t/h）。此計算方法已經(jīng)應(yīng)用于DCS控制邏輯，并考慮了壞點(diǎn)保持最后一個有效值，以防熱負(fù)荷劇烈波動。實際應(yīng)用表明，電負(fù)荷加上供熱折算的電負(fù)荷作為機(jī)組總的負(fù)荷指令，在此基礎(chǔ)上得出的燃料量指令與實際燃料量基本一致。采用此種計算方法可有效避免鍋爐側(cè)的能量失衡，保證機(jī)組整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。（2）供熱控制方式修改：此電廠以供熱為主，常規(guī)運(yùn)行方式為以熱定電。為保證供熱的穩(wěn)定性，可采用的改進(jìn)后控制框圖如圖5所示。協(xié)調(diào)方式運(yùn)行時，鍋爐側(cè)保證發(fā)電和供熱所需的能量。汽機(jī)高調(diào)門維持主蒸汽壓力在設(shè)定值附近，主蒸汽壓力設(shè)定值為總負(fù)荷（供熱負(fù)荷+電負(fù)荷）對應(yīng)的滑壓曲線，主蒸汽壓力穩(wěn)定在設(shè)定值即可認(rèn)為主蒸汽流量可以滿足供熱和發(fā)電。汽機(jī)中調(diào)門通過節(jié)流作用，可以較快地響應(yīng)中壓供熱蒸汽的變化，汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)隔板通過節(jié)流作用，也可以較快地響應(yīng)低壓供熱蒸汽的變化，這種控制方式可以維持供熱蒸汽的穩(wěn)定，滿足工業(yè)用蒸汽的高品質(zhì)要求，并能維持整個機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。5結(jié)語通過計算供熱負(fù)荷折算的電負(fù)荷量