百万超超临界机组主汽压力偏差大原因分析及优化措施

孟 坦

(国华徐州发电有限公司，江苏 徐州 221166)

百万超超临界机组主汽压力偏差大原因分析及优化措施

孟 坦

(国华徐州发电有限公司，江苏 徐州 221166)

以一台百万超超临界机组为例，详细分析了主汽压力偏差大的原因，并提出了解决方案及优化措施。

超超临界机组；主汽压力；偏差；参数优化

0 引言

某发电公司百万超超临界燃煤机组选用上海锅炉厂生产的超超临界塔式锅炉及上海汽轮机厂生产的超超临界汽轮机，配100%容量的高旁和65%容量的低旁。1号机自2013年首次检查性大修后，AGC控制方式下，主汽压力控制品质出现恶化，实际主汽压力和压力设定值偏差经常达到±1.5 MPa，造成机组高旁打开进入溢流模式、机组跳出协调控制方式转入机跟炉方式，被迫降低升降负荷速率至8 MW/min，但仍然解决不了问题，机组稳定运行受到严重威胁。

1 问题分析及采取的措施

该机组是全滑压运行，主汽压力设定值由负荷指令经函数发生器产生。经过对历史曲线和控制逻辑的分析，主汽压力产生偏差的主要原因是目前实际燃煤和机组调试期间燃煤发生了较大变化，再加上机组经过一次大修，运行特性发生了一定的变化，原来设置的控制参数已不满足目前工况要求，调节品质下降，致使机组运行在AGC工况下主汽压力经常偏差过大，主要表现为动态加速过程中水煤加速过调问题、主汽压力偏差对锅炉主控的修正问题、主汽压力偏差拉回问题等。

1.1 锅炉主控设计的输入加速控制OVERLOAD值不合理

机组在不同负荷下锅炉输入的静态平衡是由相应的子控制回路的指令信号维持的，如给水、燃料和风量指令信号，但是在负荷变动时，仅有这些是不够的。直流锅炉中锅炉受热面管内的内部流体受到外部烟气的加热，流体温度发生变化，其反应时间常数随燃料、给水、负荷等变化而变化，并且燃料系统中制粉、燃烧也存在大的延迟。即使严密地设定了给水、燃料、空气等锅炉输入量，负荷变化时蒸汽温度或蒸汽压力变化也是过渡性地跟进。因此，负荷变化时，如事先将各种锅炉输入量控制得比平衡量多些或少些，对改善蒸汽温度或压力的控制会比较有效，这就是锅炉输入加速控制(OVERLOAD)。

经过对锅炉输入加速控制历史曲线进行分析，发现其是压力波动的根源所在，从输出波形观察，其值达到了±50 MW，同其他1 000 MW机组比较，最大值偏大了15 MW左右，因此可适当设置系数(系数最终由1改为0.75)，使其最大输出控制在±40 MW之内，为配合此调整，适当对主汽压力设定值的三阶惯性环节(模拟燃料由热量转换为蒸汽压力的惯性时间)的惯性时间常数进行调整。

OVERLOAD加速在给水控制回路中分为2部分，其中的35%是与给煤指令加速部分同步，另外65%是经过二阶惯性环节与给煤的热量释放相配合，因此其中35%的给水加速部分是超前给水量，此部分在AGC模式的三角波及N型波工况下可能会出现煤水比配合失当的问题，可适当减弱给水超前量，其修正系数最终由1改为0.82，达到了煤水比配合比较适当、中间点温度也比较稳定的目的。

1.2 锅炉主控部分压力快速返回逻辑参数设定值不合理

图1为锅炉主控压力快速返回逻辑，在压力偏差超过一定值时，快速增减锅炉指令后，慢速恢复，以达到压力快速返回的目的，现限值设置为±0.8 MPa，即只有主汽压力偏差达到±0.8 MPa时才对锅炉主控进行修正。经过分析，设置在±0.8 MPa有些过大，并且修正量也过大(+15 MW、-12 MW)。因此，可调整主汽压力偏差在±0.5 MPa附近开始对锅炉指令进行修正，并适当缩小修正量，最终确定修正量为±12 MW，以减小主汽压力的偏差。

图1 锅炉侧主汽压力快速返回逻辑

1.3 非线性PD控制逻辑作用弱

非线性PD控制逻辑如图2所示，作用是只要有主汽压力偏差，即通过此非线性PD控制逻辑对锅炉主控指令进行修正，此修正量应该和锅炉侧主汽压力快速返回对锅炉主控指令的修正量配合，不能过大也不能过小。此非线性PD控制逻辑对锅炉主控指令的修正比较小，只有2.5 MW，修正效果不理想，造成主汽压力产生偏差后修正不过来，主汽压力偏差进一步加大后通过锅炉侧主汽压力快速返回逻辑进行修正。因此，可适当加大此非线性PD控制逻辑对锅炉主控指令的修正量，以达到主汽压力产生小的偏差后及时进行锅炉主控指令修正的目的，从而控制主汽压力偏差进一步加大。此逻辑与1.2部分配合调整，比例起主要作用，微分可控制适量，最大输出控制在±5 MW，保证和锅炉侧主汽压力快速返回指令配合较好，以达到良好效果。最终限制其调整范围为±5 MW。

图2 锅炉侧主汽压力非线性PD控制逻辑

1.4 主汽压力调节器的闭锁增减逻辑不合理

主汽压力控制调节器闭锁逻辑如图3所示，其设计目的在于在目标负荷和实际功率偏差超过一定值时，增负荷时闭锁对锅炉指令减方向的修正，减负荷时闭锁锅炉指令增方向的修正。现场查询设置是超过±2 MW就会触发，但观察实际AGC模式下的曲线，在出现三角波或N型波指令时，会出现在增负荷时压力高、减负荷压力低的工况，若按以上逻辑触发，将会使压力控制出现恶化，因此可适当放大设置值，避免增减负荷动作闭锁主汽压力调节器的输出。在稳态及负荷变动时，通过适当调整锅炉主控PID参数，满足主汽压力调节品质需要。经过调试，最终该限值设置为±25 MW，避免了增减负荷动作频繁闭锁主汽压力调节器的输出，对稳定主汽压力起到了一定的作用。

图3 主汽压力控制调节器闭锁逻辑

1.5 给水焓值偏差调节在变负荷中单向闭锁不合理

在调整过程中，发现增减负荷时会闭锁给水焓值偏差PID模块后的软手操器的输出，在增负荷时闭锁焓值校正地减，在减负荷时闭锁焓值校正地增。增减负荷结束后，焓值手操器输出会立即跳变到焓值偏差调节PID控制模块输出值，从而造成给水波动，导致主汽压力波动和中间点温度波动。

通过观察，焓值偏差调节应该一直起作用，在焓值出现偏差时即进行调整，不但可以稳定主汽压力，对中间点温度的控制也有很好的作用，进而可以稳定主汽压力。因此，最终把给水回路的焓值闭锁增减功能封锁住，避免了焓值调节手操器输出的跳变，稳定了主汽压力和中间点温度。

1.6 汽机主控部分主汽压力拉回参数设置不合理

汽机侧负荷指令控制逻辑中设置有压力偏差大拉回，在AGC负荷控制精度允许的情况下，适当根据压力偏差修正负荷，现场查询其函数f(x)设置死区为±0.5 MPa，超过1 MPa修正量只有7 MW，逻辑如图4所示，主汽压力偏差后汽机主控修正量太小，起不到应有的修正拉回作用。可适当调整修正死区为±0.25 MPa，并通过参数修改，使超过±0.5 MPa时有8 MW功率的补偿，超过1 MPa应达到17 MW以上。即通过调整汽机调门开度，降低主汽压力偏差。

图4 汽机侧主汽压力拉回逻辑

经过调整测试，函数f(x)最终设置如表1所示，在主汽压力偏差为1 MPa时修正汽机负荷18 MW，满足AGC工况下负荷精度3%的要求。修改后在主汽压力产生偏差的时候能及时通过修正汽机负荷来减小主汽压力偏差。

表1 汽机侧主汽压力拉回设置

2 采取措施后的效果

通过采取以上措施，该机组主汽压力偏差恢复到了正常范围，机组在AGC工况下负荷升降速率设置为15 MW/min，主汽压力最大偏差不超过±0.6 MPa，达到了预期效果。

3 结语

超超临界机组一般均采用全滑压运行，主汽压力受多种因素的影响，在AGC工况下由于经常大幅度进行负荷调整，主汽压力的偏差控制也成为超超临界机组主要参数控制的难点之一。本文分析了百万超超临界机组主汽压力偏差产生的原因及采取的措施，尽管某些逻辑在实际应用中也存在不足，但相信随着超超临界机组运行数量的增加，主汽压力控制相关逻辑将会越来越完善。另外，在机组协调控制逻辑设计时要充分考虑到锅炉主控调压、旁路调压、汽机侧调压的相互配合和影响，在任何工况下只能有一个压力调节器进行锅炉压力调节，高旁的压力调节级别高于锅炉和汽机，当高旁调节主汽压力时，汽机和锅炉控制器都要退出压力调节。

[1] 刘吉臻，田亮，曾德良，等.660 MW机组负荷—压力非线性特性的分析[J].动力工程，2005，25(4):533～536

[2] DL5000—2000 火力发电厂设计技术规程[S]

2014-07-17

孟坦(1976—)，男，江苏徐州人，工程师，从事火力发电热控技术管理工作。