华能玉环电厂4×1000MW超超临界燃煤发电机组协调控制系统浅析(一)

详细内容

1 概述
玉环电厂4×1000MW 超超临界燃煤火力发电机组:锅炉是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司(三菱重工业株式会社提供技术支持)设计的超超临界变压运行直流锅炉,采用П 型布置、单炉膛、低NOX PM 主燃烧器和MACT 燃烧技术、反向双切园燃烧方式,炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热、调温方式除煤/水比外,还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式.锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构,设计煤种为神府东胜煤,校核煤种为晋北煤,锅炉最大连续蒸发量2953t/h,主蒸汽额定温度为605ºC,主汽压力27.56 MPa,再热蒸汽额定温度为603ºC,再热压力5.94 MPa.汽轮机由上海汽轮机厂(德国西门子公司提供技术支持)设计的一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机, 额定参数26.25MPa/600ºC/600ºC.发电机由上海发电机厂(德国西门子公司提供技术支持)设计,额定参数 1056MVA/27kV/1000MW,冷却方式水-氢-氢.DCS 采用艾默生公司的OVATION 系统,DEH 采用西门子公司的SPPA-T3000 系统.单元机组采用协调控制.

2 超超临界燃煤火力发电机组协调控制系统
我厂机组协调控制系统根据锅炉侧控制对象总的分为机炉协调、锅炉跟随、锅炉输入和锅炉手动四种运行方式,同时锅炉有湿态方式(汽水循环工况)和干态方式(直流工况)两种运行方式,实际细分为八种运行方式:机炉协调湿态、锅炉跟随湿态、锅炉输入湿态、锅炉手动湿态和机炉协调干态、锅炉跟随干态、锅炉输入干态、锅炉手动干态.每种运行方式的逻辑判断详见图4(控制方式判断逻辑).
2.1 负荷指令处理
负荷指令处理回路见图1.它主要完成目标负荷设定、一次调频、高低负荷设定及限幅、升降负荷速率限制及负荷闭锁增减等功能.在协调运行方式下机组的目标负荷由运行人员设定,或接收电网调度系统发来的中调指令.如果选择了除协调方式外的方式,那么实际负荷指令自动跟踪发电机实际负荷.
负荷变化率设定:负荷速率由运行手动给定或由负荷产生自动的负荷变化率.负荷变化率的限制加在目标负荷信号上,以消除负荷需求信号的突然变化.可以用手动或自动的方法设定负荷变化率.在自动方式情况下,给出了由功率需求指令或锅炉输入指令所形成的自动负荷变化率.在手动方式情况下,运行人员在画面上手动设定负荷变化率.作为速率限制条件还要考虑汽机应力情况,由汽机应力所引起的负荷率的上限送给负荷目标信号.频率偏置:一次调频功能是机组的必备功能,并且不能随意切投,电调机组无论在那种运行方式下运行都必须参与一次调频.DEH 一般是将一次调频信号直接迭加在调速汽门指令上.在协调方式下,由DCS 和DEH 共同完成一次调频功能,这样既保证了一次调频的速度,又保证了机组参与一次调频的持续性.频率偏置只用于协调控制方式被选择时,并且考虑主蒸汽压力的修正,提供频差的高/低和速率限制,防止锅炉输入控制需求指令的波动,以维持锅炉在安全的范围内运行.
负荷的高低限制:目标负荷限幅上下限,由运行人员在操作画面上设定,对负荷需求信号的高值和低值的限制,并且只能在协调控制运行方式下使用.经过高低限制的负荷需求信号转换成功率需求信号(MWD).

2.2 机炉协调控制回路
2.2.1 锅炉主控回路
锅炉主控回路见图2.在协调控制方式()下锅炉输入需求(BID)信号由功率需求信号(MWD)、功率偏差校正信号和主汽压力修正信号组成.
在锅炉跟随方式(BF)下由实际功率和主蒸汽压力修正信号组成.
在锅炉输入方式(BI)下,锅炉输入需求指令可由操作人员通过BID 设定器来设定.当发生了RB 工况时,锅炉输入需求指令是根据预先设定的RB 目标负荷和负荷变化率产生的.
在锅炉手动方式(BH)下,锅炉输入需求指令在干态运行时根据给水流量(MW 偏置)生成,而在湿态运行时根据实际功率生成.
锅炉采用滑压运行方式,在各种工况下严格按照负荷-压力曲线运行,一般情况下不允许运行人员干预汽压设定.当机组负荷指令在0-310MW 之间为定压方式,压力定值为8.4MPa; 当机组负荷指令在310-900MW 之间为滑压方式,压力定值为8.4-27.56 MPa 之间; 当机组负荷指令在900-1000MW 之间为定压方式,压力定值为27.56 MPa.即在低、高负荷段为机组安全运行考虑,采用定压方式;在负荷中间段为机组运行经济性考虑,采用滑压方式.函数发生器f(x)根据负荷需求指令或锅炉输入指令整定出对应的压力定值,为防止压力定值变化过快,设置速率限制模块和迟延环节.
最终生成的锅炉指令BID 信号并行送给给水控制系统和燃料控制系统,即锅炉指令直接送给水主控,而锅炉指令经过水燃比修正后送燃料主控,燃料指令乘风燃比(经过氧量校正)送风量控制.

2.2.2 汽机主控回路
汽机主控回路见图3.当选择了协调控制方式()时,汽机主控将跟随机组主控和功率控制 (发电机负荷),以便使实际功率与功率需求信号(MWD)相匹配,即为为功率控制.同时考虑修正功率功能也被考虑,就是用主汽压力偏差来修正实际功率,并对汽机调速器阀功能给出某些限制.
当主汽压力偏差在协调控制运行期间超出了预先确定的范围(+/-0.7MPa)时,汽机主控将控制主汽压力而不是功率,以稳定锅炉输入与汽机输出之间的平衡.这就是汽机调速器的超驰控制.在锅炉输入(BI)或锅炉手动(BH)方式下,通过单独的主汽压PI 调节器,控制主汽压以改进控制性能.
批注 [wyp1]: 删除当在协调控制方式()运行时,汽机主控切为手动,即切换为锅炉跟随方式(BF).最终生成的汽机指令信号(4-20mA)通过硬接线送给DEH.

2.3 协调控制方式
2.3.1 机炉协调方式()
这是机组正常运行方式.把机组负荷需求指令(就是功率需求)送给锅炉和汽机,以便使输入给锅炉的能量能与汽机的输出能量相匹配.汽轮发电机控制将直接跟随MW(功率)需求指令.锅炉输入控制在干态方式时跟随经主蒸汽压力偏差修正的MW 需求指令,在湿态方式运行时直接跟随MW 需求指令.期望在这种方式下能稳定运行,因为汽机调速器的阀门能快速响应MW 需求指令,因此也会快速改变锅炉负荷.这种控制方式可以极大地满足电网的需求.为了投入协调控制()运行方式,不仅要把锅炉输入控制和汽机主控投入自动运行,而且还要把所有的主要控制回路都投入自动运行,诸如给水、燃料量、风量和炉膛压力控制等.在这种方式下,水燃料比(WFR)控制在干态时为汽水分离器入口温度(Twsi)过热比率的控制,湿态时为WFR 自动或高压汽机旁路 (HP-TB)阀主汽压自动控制.

2.3.2 锅炉跟踪方式(BF)
汽机主控在协调控制方式()运行期间切换到手动时,运行方式就会从 方式切换到BF方式.在这种运行方式下,机组负荷由操作人员手动设定,锅炉的需求指令由逻辑自动生成.锅炉主控在干态方式时控制主蒸汽压力(这个主蒸汽压力信号是用实际的MW 信号修正的),并且实际的MW 信号跟踪MW 需求信号;湿态时BID 跟随MWD(速率限制).水燃料比(WFR)控制在干态时为水分离器入口温度(Twsi)过热.