660MW机组供热蒸汽压力自动控制策略研究

孟娜

（马鞍山当涂发电有限公司，安徽 马鞍山 243000）

0 引言

保护环境是我国的基本国策，改善环境更是当务之急，热电联产集中供热比分散供热可以减少燃煤对环境的污染，具有明显的环境效益。同时，热电项目具有节约能源，改善环境，提高供热质量等综合效益，是城市治理大气污染和提高能源综合利用效率的重要手段之一，是提高人民生活质量的公益性基础设施，符合国家建设资源节约型、环境友好型社会和可持续发展战略。热电联产技术能源利用效率比单纯发电效率提高约一倍[1]。因此，对大机组供热改造符合国家节能减排相关政策。

马鞍山当涂发电有限公司一期工程2×660MW超临界燃煤机组，锅炉采用上海锅炉厂单炉膛，一次中间再热、采用四角切向燃烧方式、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式、八级回热抽汽汽轮机。控制系统采用国电南自美卓MAXDNA分散控制系统。

临近马鞍山当涂发电有限公司某生物化学公司有8台小锅炉，总容量160t/h。这些小锅炉效率低，而且缺乏必要的高效除尘设施，无脱硫、脱硝手段。 而马鞍山当涂发电有限公司的锅炉配置了高效电除尘器，并进行烟气脱硫、脱硝，因此对2×660MW机组进行供热改造，替代分散供热的小锅炉，将会大大改善周边地区的环境，为构建环境友好型社会做出贡献。

1 供热工艺原理

出于机组自身特性以及电网调峰需要，马鞍山当涂发电有限公司供热系统采用压力匹配器方案，利用压力匹配器匹配出满足要求的蒸汽。

采用压力匹配器能够提供与汽轮机抽汽口压力参数不匹配的供热蒸汽，与采用高压蒸汽节流相比，避免了大量的能量损失，经济性显著提高。而且根据锅炉厂和汽轮机厂复核，本次供热工程无需对原有汽轮机和锅炉改造，能在较低负荷下保证供汽量，经济效益最好。

压力匹配器的基本构造及原理见图1。

图1 压力匹配器基本构造及原理图Fig.1 Schematic diagram of pressure matching device structure and

压力匹配器是利用高压蒸汽的能量来提高低压蒸汽的压力的设备[2]：利用高压（驱动）蒸汽通过喷咀超音速喷射，在喉部形成低压，将低压蒸汽吸入，再经混合扩压，将低压蒸汽升压达到要求参数的目的。压力匹配器出口采用减温器，使蒸汽温度达到要求。

本工程的高压蒸汽为高排抽汽，低压蒸汽为四级抽汽。减温水抽自凝泵出口的凝结水母管，经升压泵升压，达到减温器要求的压力参数。另外，本工程供热对象相比较为单一，供热流量稳定，所以选用的压力匹配器类型为单喷嘴压力匹配器，出口压力靠控制阀来调整。

供热系统的投、切与汽轮机的安全运行密切相关[3]，为保证供热负荷的安全，并结合电厂运行模式，本工程供热采用母管制，如果两台机组在较低负荷的情况下运行，可以把热负荷分担到两台机组上。

2 控制策略及效果

根据用户需求以及当前机组供热能力，设计供热单机最大流量为120T/h，压力设计值为1.5MPa，温度230℃。在供热系统投入运行后，经过一段时间运行发现，由于参与供热的机组作为调峰机组，机组负荷波动十分频繁，从而供热系统的实际流量及压力等参数波动范围也超出设计预期。另一方面，由于热用户生产上的需要，对蒸汽流量、压力和温度等参数要求很高，导致供热品质差或者蒸汽管道安全门经常动作，整体效果不是很好。

压力匹配器的控制阀作为唯一可以干预的手段，手动调整相当困难。通过对相关参数的分析发现，本工程供热管道长，加上用户对象在生产过程中对蒸汽流量的调整不能及时获取，供热对象在控制系统中是纯开环回路。由于对象特性不明确，原本计划利用经典PID偏差控制，但是在扰动实验过程中发现，压力匹配器出口压力对于控制阀开度扰动响应速度很慢，相反在快速调整控制阀开度时会造成供热流量大幅波动。

结合设备原理，压力匹配器是利用高排蒸汽通过喷咀超音速喷射，在喉部形成低压，将四抽低压蒸汽吸入，再经混合扩压。经过分析发现压力匹配器出口蒸汽压力受四抽压力影响大，且延时短。

本工程供热机组负荷波动频繁且波动范围较大，造成四抽蒸汽压力也相当不稳定，为了保证供热蒸汽压力的稳定性，确定压力匹配器出口压力在实现自动控制时将四抽压力作为前馈信号，合理利用供热压力对四抽蒸汽压力响应速度快这一特性，将前馈作为粗调。同时，出口压力控制偏差利用PID控制作为细调手段，保证在负荷稳态时的控制精度。

根据运行数据分析，在不同负荷段供热系统压力匹配器出口压力对于四抽蒸汽压力的响应速度和变化大小不同。所以通过试验的方法在不同负荷下调整前馈作用的强弱，达到供热出口压力的快速调整。出口压力实际值和设定值之间的偏差通过PID控制，提高控制精度。

图2 手动方式下供热压力调整趋势图Fig.2 Manually heating pressure trend diagram

图2为供热系统在手动方式下的运行趋势图，压力匹配器控制阀保持13.5%开度不变，四抽蒸汽压力随着机组负荷变化而波动，从而导致压力匹配器出口压力变化幅度超过用户要求范围。用户要求压力保持在1.2MPa～1.4MPa之间，压力低对用户生产造成影响，压力高容易导致安全门动作，具有安全隐患。图中反应出供热蒸汽压力最低值至1.09MPa，最高至1.32MPa，波动幅度较大，蒸汽品质低于用户需求。

图3 自动方式下供热压力调整趋势图Fig.3 Automatic heating pressure trend diagram

图3反应的是本工程供热系统经过参数整定后的运行趋势，图中可以看出机组负荷波动幅度要远大于图2中的负荷波动范围，供热压力匹配器出口压力控制投入自动后，趋势反应出压力控制效果相比手动方式下得到明显改善，供热压力匹配器出口压力设定值为1.346MPa，实际压力值最大1.364MPa，最小值为1.334MPa，偏差不超过0.02MPa，控制品质良好。

3 结束语

马鞍山当涂发电有限公司作为供热机组，负荷波动频繁且波动范围较大，提供的供热汽源压力不稳定，将四抽压力作为前馈信号进行粗调，结合实际运行情况和试验手段，确定合适的前馈系数同时，出口压力控制偏差利用PID控制作为细调手段，保证在负荷稳态时的控制精度。将系统投入自动运行后，具有较好效果。

[1]胡玉清,马先才.我国热电联产领域现状及发展方向[J].黑龙江电力,2008,30(1)：79-80.

[2]王汝武.大型凝汽机组利用压力匹配器改造为供热机组的方法[J].热电技术,2006(4)：l-2.

[3]马呈霞,张丽娟,张世才,等.300 MW纯凝机组改造为供热机组的控制研究及应用[J].中国电力,2009,42(2)：64-66.