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

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(xiàng)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350Mw,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(shí)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(jì)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(jì)。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(shí)際電負(fù)荷為主,同時兼顧維持主蒸汽壓力的穩(wěn)定。圖中fl(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(shí)際為鍋爐廠根據(jù)設(shè)計(jì)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(shí)際運(yùn)行的熱負(fù)荷與電負(fù)荷的配比與設(shè)計(jì)工況不一致,造成根據(jù)電負(fù)荷計(jì)算出的理論燃料量與實(shí)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(jì)算出對應(yīng)的電負(fù)荷,計(jì)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為中壓供熱蒸汽恰值(kJ/kg):hp為排汽恰值(kJ/kg):Di為中壓供熱蒸汽流量(t/h):K1為低壓供熱抽汽折算負(fù)荷的線性修正系數(shù):h1為低壓供熱蒸汽恰值(kJ/kg):D1為低壓供熱蒸汽流量(t/h)。

此計(jì)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(shí)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(shí)際燃料量基本一致。采用此種計(jì)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(jì)算供熱負(fù)荷折算的電負(fù)荷量,使得機(jī)組的總負(fù)荷計(jì)算更為準(zhǔn)確,將總負(fù)荷作為基本機(jī)組控制的基本前饋和動態(tài)前饋,能夠使鍋爐快速準(zhǔn)確地響應(yīng)總負(fù)荷的變化,能夠滿足熱用戶對供熱蒸汽的高品質(zhì)要求,又能保證汽輪機(jī)和鍋爐真正達(dá)到能量平衡,提高機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性,有效減少運(yùn)行人員的工作量。