雙抽背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機組協(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組,在能源優(yōu)化配置、節(jié)能減排、環(huán)境保護、科技創(chuàng)新等方面具有明顯優(yōu)勢。作為某工業(yè)區(qū)重點配套工程和唯一熱源點,項目對園區(qū)能源供應起著重要的支撐作用,對此地區(qū)長遠健康發(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。供熱機組存在熱電耦合現(xiàn)象,這給電負荷調(diào)度、穩(wěn)定熱負荷帶來了挑戰(zhàn),國內(nèi)也鮮有文獻專門討論供熱機組的熱電解耦問題。本文以中低壓供熱機組的實際控制為例,分析機組熱負荷和電負荷的動態(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機組概況

某熱電工程采用的汽輪機為國內(nèi)首臺自行研發(fā)設計的大型超臨界、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,高壓缸按全容量、中壓缸按額定進汽量時高壓缸排汽量扣除第1級回熱抽汽量及熱段對外額定供熱抽汽量設計。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、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架。機組熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

此機組以供熱為主,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。正常運行時,低壓供熱蒸汽只需中壓缸三段抽汽提供,當供熱需求增大時,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,汽機以控制實際電負荷為主,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),考慮到供熱負荷的影響,此處的函數(shù)實際為鍋爐廠根據(jù)設計的熱電配比給出的電負荷對應的全部負荷(電負荷+熱負荷)時的煤量指令函數(shù)。汽機以控制電負荷為主,并兼顧主蒸汽壓力的穩(wěn)定,f2(x)為主蒸汽壓力偏差對應的函數(shù),為減少主蒸汽壓力偏差對電負荷控制精度的影響,此函數(shù)的作用較弱,設置了死區(qū)和上下限。

2.2供熱控制方式

此電廠兩臺機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側(cè)控制,其中汽輪機高壓調(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）電負荷和熱負荷控制無法共存:當投入AGC時,汽機高調(diào)門控制電負荷,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組控制。當機組負荷大幅變化時,供熱壓力也會有大幅波動,影響熱用戶使用。當投入供熱時,電負荷完全處于隨動模式,無法及時響應電網(wǎng)的負荷要求。

(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:實際運行的熱負荷與電負荷的配比與設計工況不一致,造成根據(jù)電負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,整個機組的運行不平穩(wěn)。

4改進建議

（1）根據(jù)供熱蒸汽流量計算出對應的電負荷,計算方法如下式所示:

式中:E為供熱折算負荷(Mw):Ki為中壓供熱抽汽折算負荷的線性修正系數(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)。

此計算方法已經(jīng)應用于DCs控制邏輯,并考慮了壞點保持最后一個有效值,以防熱負荷劇烈波動。實際應用表明,電負荷加上供熱折算的電負荷作為機組總的負荷指令,在此基礎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,保證機組整體運行的穩(wěn)定性。

(2)供熱控制方式修改:此電廠以供熱為主,常規(guī)運行方式為以熱定電。為保證供熱的穩(wěn)定性,可采用的改進后控制框圖如圖5所示。

協(xié)調(diào)方式運行時,鍋爐側(cè)保證發(fā)電和供熱所需的能量。汽機高調(diào)門維持主蒸汽壓力在設定值附近,主蒸汽壓力設定值為總負荷(供熱負荷＋電負荷)對應的滑壓曲線,主蒸汽壓力穩(wěn)定在設定值即可認為主蒸汽流量可以滿足供熱和發(fā)電。汽機中調(diào)門通過節(jié)流作用,可以較快地響應中壓供熱蒸汽的變化,汽輪機旋轉(zhuǎn)隔板通過節(jié)流作用,也可以較快地響應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,并能維持整個機組的穩(wěn)定運行。

5結(jié)語

通過計算供熱負荷折算的電負荷量,使得機組的總負荷計算更為準確,將總負荷作為基本機組控制的基本前饋和動態(tài)前饋,能夠使鍋爐快速準確地響應總負荷的變化,能夠滿足熱用戶對供熱蒸汽的高品質(zhì)要求,又能保證汽輪機和鍋爐真正達到能量平衡,提高機組的運行穩(wěn)定性,有效減少運行人員的工作量。