双抽背压热电联产机组协调控制策略研究

引言

某热电工程采用世界首台(套)超临界双抽再热背压机组,在能源优化配置、节能减排、环境保护、科技创新等方面具有明显优势。作为某工业区重点配套工程和唯一热源点,项目对园区能源供应起着重要的支撑作用,对此地区长远健康发展具有重要战略意义。

国内热电联产的超临界机组大部分容量为350Mw,其中大部分用于冬季采暖供热,少部分用于工业供热。供热机组存在热电耦合现象,这给电负荷调度、稳定热负荷带来了挑战,国内也鲜有文献专门讨论供热机组的热电解耦问题。本文以中低压供热机组的实际控制为例,分析机组热负荷和电负荷的动态特性以及两级供热的相互影响,提出一种优化的控制方案。

1机组概况

某热电工程采用的汽轮机为国内首台自行研发设计的大型超临界、一次再热、单轴、双缸、两级调节抽汽、下排汽、背压式汽轮机,高压缸按全容量、中压缸按额定进汽量时高压缸排汽量扣除第1级回热抽汽量及热段对外额定供热抽汽量设计。锅炉为超临界参数直流循环流化床锅炉,单炉膛、一次再热、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架。机组热力系统结构简图如图1所示。

此机组以供热为主,同时提供低压和中压供热蒸汽,为工业园区内的企业提供热源。中压缸三段抽汽经减温和热再热蒸汽减温减压后作为低压供热蒸汽,热再热蒸汽直接作为中压供热蒸汽。正常运行时,低压供热蒸汽只需中压缸三段抽汽提供,当供热需求增大时,一部分热再热蒸汽经减温减压后与中压缸三段抽汽合并作为低压供热蒸汽。此电厂的供热蒸汽为工业用蒸汽,对供热品质要求较高。

2控制方式

2.1协调控制方式

目前,此电厂两台机组采用的协调控制框图如图2所示。

此电厂采用常规协调控制方式,锅炉控制主蒸汽压力,汽机以控制实际电负荷为主,同时兼顾维持主蒸汽压力的稳定。图中fl(x)为煤量指令的基本函数,考虑到供热负荷的影响,此处的函数实际为锅炉厂根据设计的热电配比给出的电负荷对应的全部负荷(电负荷+热负荷)时的煤量指令函数。汽机以控制电负荷为主,并兼顾主蒸汽压力的稳定,f2(x)为主蒸汽压力偏差对应的函数,为减少主蒸汽压力偏差对电负荷控制精度的影响,此函数的作用较弱,设置了死区和上下限。

2.2供热控制方式

此电厂两台机组采用的供热控制框图如图3所示。

此电厂的供热调阀为蝶阀,调节精度较差,供热调阀动作对供热蒸汽压力影响很小,为此此电厂的供热均由汽机侧控制,其中汽轮机高压调阀维持中压供热蒸汽压力,中压调阀维持低压供热蒸汽压力。供热方式下电负荷处于随动模式,锅炉控制主蒸汽压力,甚至是手动控制。

3运行效果

此电厂目前的控制方式主要存在以下几个问题:

（1）电负荷和热负荷控制无法共存:当投入AGC时,汽机高调门控制电负荷,中调门控制低压供热蒸汽压力,中压供热蒸汽压力由另一台机组控制。当机组负荷大幅变化时,供热压力也会有大幅波动,影响热用户使用。当投入供热时,电负荷完全处于随动模式,无法及时响应电网的负荷要求。

(2)供热蒸汽压力控制效果差:中压供热蒸汽和低压供热蒸汽相互影响,具体分析如图4所示。

高压调阀调节中压供热蒸汽压力时,会对低压供热蒸汽压力造成扰动。中压调阀动作时,又会对中压供热蒸汽压力造成扰动,且由于中压调阀的节流作用,中压供热蒸汽压力往往响应会很快,对中压供热蒸汽的稳定造成很大扰动。

(3)能量输入与输出不匹配:实际运行的热负荷与电负荷的配比与设计工况不一致,造成根据电负荷计算出的理论燃料量与实际燃料量偏差较大,主蒸汽压力控制不平稳,压力偏差大,整个机组的运行不平稳。

4改进建议

（1）根据供热蒸汽流量计算出对应的电负荷,计算方法如下式所示:

式中:E为供热折算负荷(Mw):Ki为中压供热抽汽折算负荷的线性修正系数:hi为中压供热蒸汽恰值(kJ/kg):hp为排汽恰值(kJ/kg):Di为中压供热蒸汽流量(t/h):K1为低压供热抽汽折算负荷的线性修正系数:h1为低压供热蒸汽恰值(kJ/kg):D1为低压供热蒸汽流量(t/h)。

此计算方法已经应用于DCs控制逻辑,并考虑了坏点保持最后一个有效值,以防热负荷剧烈波动。实际应用表明,电负荷加上供热折算的电负荷作为机组总的负荷指令,在此基础上得出的燃料量指令与实际燃料量基本一致。采用此种计算方法可有效避免锅炉侧的能量失衡,保证机组整体运行的稳定性。

(2)供热控制方式修改:此电厂以供热为主,常规运行方式为以热定电。为保证供热的稳定性,可采用的改进后控制框图如图5所示。

协调方式运行时,锅炉侧保证发电和供热所需的能量。汽机高调门维持主蒸汽压力在设定值附近,主蒸汽压力设定值为总负荷(供热负荷＋电负荷)对应的滑压曲线,主蒸汽压力稳定在设定值即可认为主蒸汽流量可以满足供热和发电。汽机中调门通过节流作用,可以较快地响应中压供热蒸汽的变化,汽轮机旋转隔板通过节流作用,也可以较快地响应低压供热蒸汽的变化,这种控制方式可以维持供热蒸汽的稳定,满足工业用蒸汽的高品质要求,并能维持整个机组的稳定运行。

5结语

通过计算供热负荷折算的电负荷量,使得机组的总负荷计算更为准确,将总负荷作为基本机组控制的基本前馈和动态前馈,能够使锅炉快速准确地响应总负荷的变化,能够满足热用户对供热蒸汽的高品质要求,又能保证汽轮机和锅炉真正达到能量平衡,提高机组的运行稳定性,有效减少运行人员的工作量。