关于1000MW燃煤机组主蒸汽压力控制策略的研究与优化

关于1000MW燃煤机组主蒸汽压力控制策略的研究与优化

安子健1滕广凤

（神华国华绥中发电有限责任公司辽宁葫芦岛市 125222）

【摘要】为了能够更好的优化百万机组蒸汽压力控制逻辑，通过对绥中二期百万机组主蒸汽压力控制逻辑的研究分析，总结出协调控制过程中主蒸汽压力控制逻辑存在的不足。通过对控制逻辑进行优化，从而达到对主蒸汽压力的精细化控制，总结出有一定借鉴意义的经验。

【关键词】压力控制分析优化

1 前言

随着我国火力发电技术的不断发展，目前大容量、高参数已经逐渐成为国内主流发电机组的代名词。随着火电机组各种参数的提高，机组的安全运行区间不断缩小，因此对各个参数的控制要求也在不断的提高。其中，主蒸汽压力的控制直接影响机组的安全性和经济性。本文通过对绥中电厂1000MW超超临界燃煤机组主蒸汽压力控制的研究与分析，针对控制过程中存在的超压问题，提出解决办法，通过对控制逻辑的优化，进而达到对主蒸汽压力的精细化控制。

2 主蒸汽压力控制分析

主蒸汽压力运行方式，大致可以分为定压运行方式、滑压运行方式两种。

滑压运行方式：要求汽轮机调速汽门保持位置不变。当电负荷改变时，锅炉改变燃烧量，蒸汽参数改变，从而保持汽轮机调速汽门位置不变。

定压运行方式：要求锅炉维持蒸汽参数不变。当负荷改变时，汽轮机改变调速汽门位置改变负荷，锅炉则相应改变燃料量维持蒸汽参数不变。

综合以上滑压和定压两种运行方式的特点，在低负荷下滑压运行的调节阀节流损失比定压运行低得多，经济性显著。在高负荷时定压运行方式具有其优越性，比如，可有效地利用锅炉蓄热，提高对外界负荷需求的响应速度。因此，1000MW燃煤机组多采用定-滑-定运行方式，压力与负荷的曲线关系如图【1】：

图1 机组压力运行曲线

主蒸汽压力控制方式，大致可以分为锅炉跟随方式、汽机跟随方式和协调控制方式三种。

锅炉跟随方式：外界负荷需求变化时，首先改变汽轮机调节汽门的开度，改变进汽量，使机组输出功率与外界负荷需求相适应。此时势必造成机前压力偏离额定值。锅炉依据机前压力偏差调整燃烧率和给水流量，消除主蒸汽压力偏差，达到新的能量平衡。这种运行方式的特点是机组响应外界负荷的速度快，但主蒸汽压力的波动性大。

汽机跟随方式：外界负荷需求变化时，首先改变锅炉负荷。当主蒸汽压力产生额定值偏差时，调整汽轮机调节汽门开度，维持主蒸汽压力恒定。该运行方式下，机组对外界负荷响应较慢，但主蒸汽压力稳定性好。

协调控制方式：当外界负荷需求变化时，同时改变机炉的负荷。既考虑到机组响应外界负荷的快速性，又不致造成机前压力的过分波动，使机炉之间出现的能量不平衡程度尽可能小，时间尽可能短，这样的运行方式则称之为机炉协调控制方式。因此，1000MW燃煤机组多采用，汽机主控和锅炉主控同时调节负荷和主蒸汽压力的控制方式。汽机主控逻辑如图【2】，锅炉主控逻辑如图【3】：

图2 汽机主控图3 锅炉主控

3 主蒸汽压力控制过程中存在的问题

自机组投产以来，虽然主蒸汽控制基本符合控制要求，但是还是存在以下两个问题。

3.1 升降负荷过程中主蒸汽压力偏离给定值

由于机组采用机炉协调控制方式，当机组升负荷时，汽机主控响应负荷控制指令，迅速开大调速气门，导致主蒸汽压力下降，而此时随着负荷的升高机组主蒸汽压力定值按照滑压曲线相应升高，进而加大了主蒸汽压力与给定值的偏差。当机组降负荷时，汽机主控响应负荷控制指令，迅速关小调速气门，导致主蒸汽压力上升，而此时随着负荷的升高机组主蒸汽压力定值按照滑压曲线相应降低，同样加大了主蒸汽压力与给定值的偏差。由于锅炉侧相应负荷变化较慢，主蒸汽压波动明显，不能很快与给定值相匹配。

3.2 高负荷时主蒸汽压力波动大

实际运行中，高负荷时压力参数波动较低负荷大，这是由于机组在低负荷运行时受控过程的增益较低，在高负荷运行时受控过程的增益较高，另外，高负荷时部分辅机出力达到上限，工作在非线性区，使得原控制系统参数不能满足实际系统要求，这种影响在锅炉侧更为明显。

以上两个问题由图【4】可以看出，在升降负荷过程中和高负荷运行时，主蒸汽控制品质明显较低负荷运行时差。

图4 优化前调节曲线

4 主蒸汽压力控制策略完善

为提高主蒸汽控制品质，针对机组在变负荷和高负荷时主蒸汽压力控制存在的问题，从汽机主控控制逻辑和锅炉主控控制逻辑两方面入手，加大汽机主控压力拉回回路控制作用同时，设计汽机主控超驰保压回路和锅炉主控PID调节器变参数回路，进而达到主蒸汽压力精细化控制的目的。

4.1 汽机主控超驰保压回路

加大主汽压力拉回回路作用。此回路是为了让汽机调门帮助锅炉维持压力，防止压力偏差过大或压力快速变化造成锅炉参数波动过大，影响机组稳定运行。如图【6】所示，通过函数块F(X)实现，当压力设定值与实际压力偏差在-0.25MPa～+0.25MPa 之间时，汽机调门只保证负荷稳定。当压力设定值与实际压力偏差超过-0.25MPa～+0.25MPa时，汽机调门动作帮助锅炉维持压力相对稳定。

为了机组安全考虑，增加汽机调门超驰保压回路，当主汽压力偏差超过允许的压力偏差范围时，直接通过调整汽轮机调门的方式快速调整主汽压力，防止主汽压力过高威胁机组安全。此时，汽轮机调节系统处于主蒸汽压力调节状态，以主蒸汽压力调节为主要控制目标，满足发电功率为次要目标，发挥了汽轮机系统能够快速平滑主蒸汽压力参数的长处。（当机侧压力超过25.3时,发超驰指令开调门卸压）如图【5】。

图5 优化后汽机主控逻辑

4.2 锅炉主控变参数控制

增加锅炉主控PID不同负荷下的变参数控制。同时，增加锅炉主控积分调节器入

口压力偏差动态调节回路，如图【6】所示0＜A＜1，为了减少稳定负荷工况下的误差，加大积分调节器的前向增益，增加误差积分作用；负荷变动工况下，因动态响应滞后，动态误差可能较大，因此降低积分调节器的前向增益，加速闭环响应。定负荷运行时，侧重于稳态误差的调节；变负荷运行时，侧重于动态跟踪误差的调节。增加此回路是为了防止升降负荷动态过程中压力大幅波动时导致PID长时间累计作用过调，造成系统振荡。

图5 优化后汽机主控逻辑

通过对汽机主控和锅炉主控的逻辑优化，我们进行了升降负荷实验，在升降负荷过程和高负荷运行过程中，主蒸汽压力跟踪给定值的能力明显加强了。可见逻辑优化效果明显，但同时也存在一定的问题。在高负荷运行时，由于汽机主控加强了对主蒸汽压力的控制，进而使调速气门动作频繁，机组负荷呈现锯齿波动，但通过检查对负荷的影响非常小在±3~5MW范围内，因此可以接受。具体实验曲线如图【7】所示：