孤网下超临界CFB机组给水控制策略的设计与应用.pdf
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1、第 44 卷 第 8 期2023 年 8 月自 动 化 仪 表PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATIONVol.44 No.8Aug.2023收稿日期:2022-09-23基金项目:四川省重点研发基金资助项目(2021YFG0026)作者简介:王鸿砾(1989),男,硕士,工程师,主要从事发电厂热工自动控制技术方向的研究,E-mail:njwhl0616 孤网下超临界 CFB 机组给水控制策略的设计与应用王鸿砾,熊小峰,肖 熠,马 睿(国网四川综合能源服务有限公司,四川 成都 610072)摘 要:针对超临界循环流化床机组的热惯性大,以及在孤网运行时频率波动大、汽轮机
2、调节阀复杂多变的运行状况,对某 350 MW 火电机组给水系统特性和控制难点进行了分析。采用了“以需定水”“以热定水”的原则,设计了机组孤网运行方式下的给水控制策略。通过判定机组的负荷水平和高压旁路状态,择取能量平衡信号或主汽流量来计算给水基本需求指令。根据主汽压力控制偏差和锅炉热量控制偏差计算给水动态补偿指令,并经变参数焓值调节回路修正得到给水流量指令。现场投运和试验结果表明,该策略不仅满足机组在孤网方式下的正常运行,也能满足发生调频快卸负荷、辅机故障减负荷(RB)和快速甩负荷(FCB)等非正常工况时的控制需求,保证了机组的安全、稳定运行。该策略为后续超临界循环流化床机组在孤网运行方式下的给
3、水控制提供了参考。关键词:孤网运行;超临界;循环流化床;给水控制;能量平衡;调频快卸负荷;减负荷;快速甩负荷中图分类号:TH-39 文献标志码:A DOI:10.16086/ki.issn1000-0380.2022090056Design and Application of Feedwater Control Strategy for Supercritical CFB Units in Isolated GridWANG Hongli,XIONG Xiaofeng,XIAO Yi,MA Rui(State Grid Sichuan Comprehensive Energy Service
4、 Co.,Ltd.,Chengdu 610072,China)Abstract:Aiming at the large thermal inertia of supercritical circulating fluidized bed unit,as well as the large frequency fluctuation and complex and variable turbine regulating valves during the isolated gird operation,the characteristics of the feedwater system and
5、 the control difficulties of a 350 MW thermal power unit are analyzed.The feedwater control strategy for the unit under the isolated grid operation mode is designed by adopting the principles of “setting the water according to the demand”and“setting the water according to the heat”.By determining th
6、e load level and high-pressure bypass status of the unit,the basic demand instruction of water supply is calculated by selecting the energy balance signal or mainstream flow.The feedwater dynamic compensation command is calculated according to the deviation of mainstream pressure control and boiler
7、heat control,and the feedwater flow command is corrected by the variable parameter enthalpy adjustment loop.The field operation and test results show that the strategy not only meets the normal operation of the unit in the isolated grid operation mode,but also meets the control requirements in abnor
8、mal working conditions such as frequency modulation fast unloading,auxiliary engine failure run back(RB)and fast cut back(FCB),ensuring the safe and stable operation of the unit.The strategy provides a reference for the feedwater control of subsequent supercritical circulating fluidized bed units un
9、der the isolated grid operation mode.Keywords:Isolated grid operation;Supercritical;Circulating fluidized bed(CFB);Feedwater control;Energy balance;Frequency modulation fast unloading;Run back(RB);Fast cut back(FCB)0 引言超临界循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)机组具有很大的燃料惯性和床料热惯性1,因此,不能采用“以煤定水”的策略进行给水控制2
10、。随着在孤立电网中开始建设超临界 CFB 机组,如何满足孤立电网的运行需求,以及在孤岛运行方式下实现机组的汽水平衡3,是给水控制的重大考验。因此,孤网运行方式下进行给水控制策略的合理设计对于区域电网及发电机组的安全、可靠运行具有重要意义。在贵州某 350 MW 超临界 CFB 机组之前,国内尚无合适的控制策略来为 CFB 机组提供给水控制。为此,本文进行了给水控制4专项研究,重点分析了孤网运行方式下机组给水系统的生产特性及控制难点。本自 动 化 仪 表第 44 卷文控制策略的设计采用了“以需定水”“以热定水”的原则,通过计算发电机组正常与非正常运行工况下的给水需求信号满足实际生产需要,并利用主
11、汽压力控制偏差和锅炉热量控制偏差对给水指令进行动态补偿。现场试验结果表明,本文设计的超临界 CFB 机组给水控制策略能够满足发电机组在孤网运行方式下的控制要求,同时也为火电机组在孤网下的控制策略研究提供了参考。1 孤网运行特点及给水控制难点分析1.1 超临界 CFB 机组孤网运行的特点在孤网运行中,火力发电机组并非按照自动发电控制(automatic generation control,AGC)模式调度下发的负荷指令5进行调节,而是始终处于频率调节模式。由于电网容量相对较小,其余电厂或者用户侧的负荷波动很容易抬高或拉低电网频率。而发电机组要根据电网频率的变化实时进行调节。调节方法是迅速开大或
12、者关小汽机调节阀以改变机组出力,直到发电量与用电量重新建立平衡,使频率恢复到额定值。本文以某 350 MW 超临界机组为研究对象。该机组隶属贵州黔西南州电网,与广西地方电网联运,目前用电负荷约 230 MW,为典型的孤立电网。为了满足机组孤岛运行的要求,该机组高、低压旁路分别按100%汽 轮 机 最 大 连 续 功 率(turbine maximum continuous rating,TMCR)和 70%TMCR 设计6。汽轮机调速系统按孤网方式配置机网协调系统调频站。除汽轮机冲转过程由数字电液控制系统(digital electro-hydraulic control system,DEH
13、)控制外,其他工况控制权均在调频站。正常工况控制方式为频率闭环调节。非正常工况下,调频站具备快速甩负荷(fast cut back,FCB)控制和调频快卸负荷功能。当发生大幅度调频需求时,调频站根据不同的工况向机组发出快卸负荷命令,减负荷(run back,RB)10%100%不等。此时,旁路会立即按调频快卸幅度开启。如给水不能正确匹配负荷变动,将导致蒸汽参数难以稳定控制。1.2 孤网运行方式下给水控制的难点超临界机组的水燃比控制是建立在热平衡基础上的,核心要求是给水流量与锅炉燃烧释放的热量成比例、煤粉炉可以通过燃料指令迟滞一定时间后作为给水流量指令7。而 CFB 机组在锅炉燃烧释放热量过程中
14、,必须同时考虑入炉燃料和床料中未燃尽煤的热量释放,因而不能采用传统的“以煤定水”的方法得出给水指令8。为了在孤网运行方式下维持电网频率稳定,发电机组会频繁改变机组出力。这会造成机组的主汽压力、主汽流量、主汽温度等主要参数不稳定,危及锅炉和机组安全。因此给水系统必须适应这种工况,快速、稳定地调节给水,维持省煤器出口过热度(俗称中间点的过热度6)和主汽压力在合理的范围内,从而确保机组的安全运行。在发生机组调频快卸负荷(即按照电网要求,上网负荷快速减少一部分甚至全部,例如 10%额定负荷)、辅机故障 RB 或 FCB 后,锅炉将快速减少燃料9-10。而炉内存在的大量高温床料和未燃尽煤继续放热。“以煤
15、定水”的方法极易造成受热面超温,无法控制机组在允许参数范围内稳定运行。如不能正确地匹配给水指令,将导致机组跳闸11,从而造成严重经济损失并且危及电网安全。给水控制策略的设计必须要遵循“以需定水”“以热定水”的原则。在正常运行时,控制策略必须保证主汽压力和温度都能精确控制。在非正常工况时,锅炉处于手动或迫降模式,给水控制只需调节蒸汽温度。这两类工况都需要准确建立汽水平衡、热水平衡。工况转换时给水不能有大幅扰动,以确保平稳过渡,从而维持机组的安全、稳定运行。2 给水控制策略设计2.1 机组运行工况判定根据机组的负荷水平和高压旁路状态,运行工况可判定为正常或非正常。机组正常运行的判定条件为:机组已并
16、网;机组负荷大于 30%额定负荷且高压旁路关闭。机组正常运行的任一判定条件不成立时,则判定为非正常运行工况。其中,判定条件中的高压旁路关闭的判断方式为置位复位判断:置位条件为高压旁路蒸汽流量小于 2%;复位条件为高压旁路蒸汽流量大于8%。高压旁路关闭不成立的情况包含了调频快卸负荷和 FCB 工况12-13。其中,FCB 工况包含了汽机跳闸、汽机甩负荷维持额定转速运行、汽机带厂用电孤岛运行。2.2 给水基本需求指令本文通过判定机组的运行工况,择取能量平衡信号或主汽流量14-15作为给水需求信号,并经锅炉蒸发段和过热段焓增校正和适当限速后,计算得到给水基本需求指令。正常运行时,给水需求信号选择能量
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