350MW机组机炉协调控制系统的调整和应用

350MW 机组机炉协调控制系统的调整和应用2005 年第 2 期能源与环境ISS6729064CN35 I272/TKj 嚣.，350MW 栅组栅炉协调控制系统昀调整和应用张仁金（福建电力职业技术学院福建泉州362000）摘要根据华能福州电厂一期工程 2刈50MW机组机炉协调控制的调整试验和实际应用情况 ,提出 350MW 机组机炉协调控制系统的调整试验步骤和方法关键词发电机组协调控制系统调整与应用中 图 分 类 号 :TM621.6 文 献 标 识 :B 文 章 编号:1672 9064（2005）02 0093 04随着计算机技术的迅速发展,特别是微型计算机技术的革命性进展,为计算机控制系统的发展和应用奠定了坚实的基础.计算机控制系统以自动控制理论和计算机技术为基础,采用计算机对火力发电厂生产过程进行数据采集,运行监督,数字控制和操作管理等.近 1O 年来 ,作为计算机技术,控制技术 ,通讯技术与图形显示技术（简称”四C” 技术）相结合的分散控制系统（Dcs）,在电力石油化工,冶金，建材,轻工等工业控制领域正得到日益广泛的应用,利用计算机精度高,运算速度快,存储信息容量大,逻辑功能强等特点,实现现代化生产过程的综合自动化,可使火电厂生产过程保持最佳运行状态,从而提高安全性,经济性和运行水平.协调控制系统（CCs）是分散控制系统的一个非常重要的子系统,协调控制系统的投入率与调节效果已经作为衡量火力发电厂热工控制自动化的重要标志.1 协调控制系统的组成单元机组的协调控制系统是把锅炉及汽轮机作为一个单元机组的整体进行综合控制时所用的控制系统,是整个火电单元机组控制系统的一部分,也称为主控制系统.从CCS形成和发出的主控指令，分别去控制锅炉及汽轮机子控制系统.协调控制系统的组成如图 1 所示2 机组运行方式管理大型火力发电机组控制的对象很多 ,但其主控制对象是锅炉和汽轮机,包括机组输出功率是指机组对外提供的能量输出,锅炉出口压力反映了机,炉进出能量是否平衡以及机组蓄热能力的大小.当机组负荷变化时 ,锅炉和汽轮机的响应速度是不同的 .作.汽轮机主汽阀动作,就可使蒸汽流量迅速变化以适应外界负荷变化的需要,而锅炉从燃料和水变化到蒸汽量变化必须有一定的过程,机组功率响应较慢 .另外 ,为保证机组安全运行,当负荷变化时,要求主汽压保持在一定范围内波动 ,所以怎样调节锅炉和汽轮机以适应负荷变化和保持汽压就形成了单元机组的不同运行方式 .运行方式的管理是单元机组协调控制系统的主要任务之一.华能福州电厂一期工程2M50MW机组机炉协调控制系统主要实现以下机组运行方式的控制功能 .图 1 协调控制系统的组成.2.1 锅炉跟踪运行方式负荷需求信号控制汽机调门的开度以保持机组负荷 .以主汽流量为先行,加上主汽压力偏差为修正的信号控制锅炉燃料,风量,保持主汽压力 .该运行方式适用蓄热能力较强的汽包炉 .由于机组功率响应快, 因而适用于带变负荷或参加电网调频的机组,但其主汽压力波动较大,对系统稳定不利,可采用对汽轮机部分调节限制来使主汽压波动范围受限.作者简介：张仁金（1974），男,大学本科学历，福建电力职业技术学院助教 ,主要从事火电厂热工控制系统的教学与研究93馘每豫蕾能 IS qN1与 2005 年第 2 期2.2 汽机跟踪运行方式主汽压力偏差信号控制汽机调速汽门以维持主汽压力,负荷需求信号控制燃料风量来适应负荷.此方式下,由于汽压对调门开度改变反应快,故主汽压较稳定,便于机组运行的安全与稳定.但锅炉蓄热未得到充分利用,因而经济性差.同时由于锅炉响应负荷能力较差,故机组不利于带变动负荷和参与电网调频,仅适用于直流炉或带基本负荷的机组,或在机组发生RUNBACK（重要辅机故障而快速减负荷）或FCB（汽轮发电机故障或电网故障要求机组停机不停炉或只带厂用电 ）时.2.3 协调运行方式汽机侧与锅炉侧的控制都与负荷为先行信号.由于汽机适应负荷的能力较强,锅炉较差,所以必须协调两者的出力以适应同一负荷目标值,并维持主汽压力与负荷相适应.此运行方式使锅炉和汽轮机协调地动作,控制机组实发功率和主汽压,是一种最高级的运行方式.当”负荷要求 ”变化时 ,机炉主控制器同时改变锅炉的燃烧率和汽轮机主汽门开度同时为使主汽压在允许范围内变化 ,用汽压的变化来适当限制主汽门的开度变化和适当加强锅炉的调节作用.在协调控制作用下,机组既能较快地响应负荷的变化,又能维持机组的稳定运行.单元机组主辅设备都正常时,可采用这种目前最稳定,经济的运行方式 .2.4 负荷集中控制方式机组在这种运行方式下,负荷目标值和负荷变化率都由电网集中控制.3 调整实验3.1 调整实验目的保证系统在负荷变化的工况下,使主汽压力,主蒸汽温度 ,汽包水位等各主要参数的偏差不超出额定范围,机组得以安全,稳定和经济地运行.机炉协调控制系统投入后,机组运行各主要参数应达到下列指标.(1)负荷变化率负荷在4o%60%之间变化时的变化率应达到2%/min;负荷在60%100%之间变化时的变化率应达到 3%/min.(2)主蒸汽压力负荷稳定时的允许偏差范围为此49MPa;负荷变化时的允许偏差范围为+0.78MPa, 0.98MPa.(3)主蒸汽温度94负荷稳定时的允许偏差范围为+8C, 10C;负 荷变化时的允许偏差范围为+14C， 28C.(4)汽包水位允许偏差范围为 50mm.机组进行了机炉协调控制系统的调整实验,现将机组的调整试验情况简介如下 .3.2 静特性试验将机组负荷分别稳定在 140MW,170MW,280MW,350MW,机组以锅炉跟踪方式运行，主汽压力设置为手动 ,其它均为自动,当机组各主要参数稳定后 ,主汽压力稳定在与负荷相对应的压力下, 数据采集系统中的各主要输入参数以及其它系统中对试验有影响的各主要参数,主要包括发电机负荷,主汽压力 ,燃煤量,送引风量,主汽温度,再热汽温,主蒸汽流量 ,给水流量,汽包水位等几十点机炉主要参数作为控制对象动态特性的依据及系统在下一步调整中的依据 .在 175MW 和 350MW 负荷下的系统内部负荷阶跃扰动以及主汽温度,再热汽温度,煤量的阶跃扰动试验过程中 ,机组采用锅炉跟踪方式运行,主汽压设定为手动方式,其它如风,煤,汽温控制等均为自动.试验在 175MW 负荷下进行时采用 C,D,E3 台磨煤机 ;350MW 负荷下采用B,C,D,E4 台磨煤机 ,各种试验的实现方法分别说明如下 .(1)负荷在 10MW 阶跃扰动.在程序内通过用计算机设定的方法使负荷扰动3%.(2)一级喷水减温器喷水量的 10%扰动 .将 B侧一级喷水减温器切手动后,人为开大或关小10%后投自动.(3)-级喷水减温器喷水量的 10%扰动.将 B侧二级喷水减温器切手动后,人为开大或关小10%后投自动.(4)燃烧器摆角的 5%扰动 .将其操作器切手动 ,人为向上或向下操作5%后投自动.(5)煤量的 4%扰动 .将运行中的任一台给煤机切手动，人为地加入0t/h扰动后投自动.根据自动扰动信号可得到输入输出曲线进行模型校验,即确认已建立的数学模型是否能够真实反映被控对象的动态特性 .阶跃扰动实验之所以在175MW 和 350MW 负荷下各进行一次,其目的是要提高输入输出曲线的准确性 ,两种负荷下的试验曲线趋势越相似,越能说明目前的数学模型能够较准确地反映被控的动态特性.测定输入信号上升和下降两个方向的等幅阶跃2005 年第 2 期响应曲线,其目的在于若两者无明显的差别,则说明数学模型能够较准确地反映被控对象的动态特性 .在各种阶跃扰动下的控制对象的飞升特性曲线表明 :负荷 ,主汽压力 ,温度 ,燃料量的调节均有自平衡能力,且负荷,主汽压力 ,燃料量的变化呈一阶惯性环节,而汽温的变化呈二阶惯性环节,所以机组控制所采用的数学模型能够真实地反映被控对象的动态特性,该模型方框图用图2表示负荷指令发电负主汽压力图 2 协调控制方框图图中:Wl(S)为汽轮机主控制器的传递函数Wt(s):1(1+1Is)图中:Wb(S)为锅炉主控制器的传递函数(s):1(1/s)根据设计及试运行阶段的调试结果,各参数的整定值分别为 :击=0.1I=90s麦=7.5:97s主汽压调整回路如图 3 所示输出 DAPK 100kp./输出 ApxiOOkP.图 3 主汽压调整回路的输入输出关系3.3 负荷变化试验负荷变化试验是为了测量控制对象的动态特性,根据实际对象的动态特性对设计的控制系统参数作部分调整,使主汽压力 ,主汽温度,汽包水位等主要参数在负荷以不同的变化率变化时与设定值之馨 I 窝罐黪妻不超过机组的技术指标，从而保证机组能够最经济，最稳定运行.3?l2l0280MW和280350MW 之间的负荷变 化试验该试验目的是当负荷以较小的幅值变化时,对系统作初步的调整,为下一步的负荷大幅度变化试验作准备.实验条件:机组运行方式为锅炉跟踪,主汽压设定采用滑压运行方式,磨煤机采用B,C,D,E4 台磨 ,另外要求在试验期间尽可能地避免造成不必要的扰动.试验时的负荷变化率分别为1%和2%,发现存在下列问题 .(1)负荷的修正能力不够使负荷波动较大并造成煤量和主汽压力不稳定,于是对汽机主控制器的比例放大系数由原来的10%改为30%,积分时间常数由原来的90s改为120s这样就增加了他的调节能力和稳定性,提高了负荷调节的质量.(2)采用自动滑压设定后,主汽压力变化与负荷不适应 ,主要是因为主汽压修正调节器的调节能力过强,从而使发电机负荷达到目标值以后较长的时间才能稳定,于是对主汽压修正调节器的比例放大系数由原来的750%290%,积分时间常数由原来的97.5s改为lOOs.这样就加强了主汽压力调节的稳定性,将主汽压设定投自动并采用滑压方式运行,保证了机组经济运行,从而主汽压力能够稳定在Pa 的范围内(指负荷做小幅度的变化),经以上整定后 ,认为系统已具备了做大幅度负荷变化实验的条件.3.3.2175 350MW 的大幅值负荷变化试验机组采用协调方式运行,其他试验条件同前,试验结果出现下述问题并进行了相应的调整.(1)煤量的调节适应负荷过慢使主蒸汽压力的调节跟不上负荷的变化,造成在B 磨投入后给煤量波动较大,而且主汽压力不稳定,于是对煤主控制器的比例系数由原来的 220%改为 675%,积分时间由原来的 350s 改为 300s.煤量调节中主汽压前馈信号回路内的微分调节器的微分增益由原来的 375%改为 500%,微分时间常数由原来的105s改为90s.这样就提高了煤量调节的灵敏度,从而有效地提高了燃料调节对负荷的适应能力(2)负荷由 175MW 开始向 350MW 上升 ,当升至260MWM:AB磨,B磨投入后，引起主汽压，主汽温度 ,煤量 ,汽包水位等参数的波动 ,且幅值逐渐增戴瓣鬣熊 !型攥 竺篁塑大 ,以致 B 侧安全阀动作.产生波动的原因是由于煤量是从给煤机转速测取,由给煤机变化煤量到炉膛燃烧引起主汽压变化的时间，原预计为60s,而实测约45s这样当B给煤机投入45s后,B给煤机的煤量完全参加燃烧，但煤量反馈信号并没有增加 B 给煤机的给煤量,因此控制系统没有减少其它运行磨煤机的给煤量,造成主汽压力快速上升.将实际测定值60s改为30s,同时考虑到由于给煤机启动大约 10s 后,其给煤量就能引起主汽压轻微变化,而且在负荷升降过程中表现较为明显 ,所以在负荷升降工程中将延迟时间定为 7s.在作了上述调整后,煤量的调节基本上能满足负荷变化的需要及主汽压的稳定.4 结束语机组经过上述调整 ,经主管部门验收及电厂实(2)机炉协调控制系统的设计考虑了汽机与锅炉适应负荷变化能力的差异,所以能够协调两者共同适应同一负荷目标值.当锅炉与汽机的出力受到限制时 ,机组可自动切换为汽机跟踪或锅炉跟踪方式运行 ,所以控制系统能较好地适应机组的各种工况运行 .(3)再热汽温的调节应采用调整燃烧器摆角 ,因为非事故情况下,再热汽温若采用喷水减温调节势必减少主蒸汽的流量,降低汽机热效率,增加汽机汽耗率 .(4)当煤质变化时,过热器减温水调节阀门完全关闭时主蒸汽温度则偏低;再热器减温水调节阀门全开时再热蒸汽温度则偏高.当煤质极差时,即使引风档板全开仍然不能保持炉膛压力,诸如此类主设备上的问题需要进行改造.参考文献 :中国能源研究会着力推荐“ ZGM 采暖系统“ZGM热传导高效节能采暖系统，以复合化学介质“ZGM代替水，作为热传导介质，以新技术为依托.使用该采暖系统 .系统热效率可达90%以上 ,且升温快,热传导速度快 .恒温性和均温性好,不怕冻,可随烧随停,对管路无腐蚀性,与常规水暖系统比较，可节能达40%50%,节省钢材30% 50%.该技术成果可广泛用于农业大棚,畜禽饲养场,工矿车间 ,仓库 , 宿舍等 .在目前能源紧缺的情况下，大力推广 ZGM采暖系统具有十分显着的经济效益和良好的社会效益.羽中 晋城煤业集团卖废气收入 1900万美元世界银行将用 1900 万美元购买晋城煤业集团减少的二氧化碳排放指标协议已进入实施阶段.这是我国执行的第1个环保减排购买指标项目,也是世行在中国购买的首个最大的环保减排业务.2OO4年12月,晋城煤业集团与世界银行签订了碳基金减排购买协议,将回收的煤层气用于新建电厂发电 ,由此产生的经核证的二氧化碳减排量将由世行原碳基金以 1900万美元收购,作为原碳基金各组成国政府的温室气体削减量.羽中中国最大的秸秆发电厂将在西安建成中国迄今为止最大的环保型秸秆发电厂将落户 i-ex-, 由加拿大瑞威集团采用先进的热分解焚烧技术投资兴建,总投资4.7亿元人民币，年发电量约2.5亿kWh.电厂建成后，每年仅收购农户秸秆一项 ,就可为当地农民带来3O00 万元的收入 .此外 , 电厂利用秸秆发电后,再把燃烧后的草木灰无偿返还给农民作肥料,真正做到了让秸秆”变废为宝 ”. 羽中社力一版电一黼螈嘲一銎今飞中一豁埔一夏周真柚验化济