超超临界直流机组节能型协调控制系统设计方法

梁春杰

中煤新集利辛发电有限公司 安徽亳州 236000

1 超超超临界机组控制系统主要功能及存在的问题

1.1 机组控制系统的功能

在正常运行条件下，控制系统协调和控制锅炉和涡轮机的运行。控制系统实现以下功能：

（1）调度负荷变化调整；（2）一次调频；（3）二次调频。

机组控制系统的质量最终决定了整个机组的动态特性，包括：

（1）灵活性，即单位负荷变化的能力；（2）大冲击后的稳定性，即单位负荷变化或大扰动后的系统稳定时间；（3）小冲击后的稳定性，即机组在稳态工况下的稳定性、调节机构的磨损等。上述要求都是通过机组的控制系统实现的。为了实现这些目标，基于模型的超调控制和复杂控制是不可避免的。

1.2 传统控制的问题

燃煤机组的控制面临以下问题：

（1）机组负荷。负荷降低时，汽轮机循环热耗率会明显增大，导致机组效率会明显下降。额定工况下效率较高。

（2）过热器减温水、再热器减温水。锅炉投入减温水以后，使得锅炉内水温下降，需要消耗一部分热能来提高水温，使其得到额定值，这部分加温能量的消耗就降低了锅炉效率特别是使用再热器喷水减温，使喷入的减温水要全部变为蒸汽，使得再热蒸汽流量增加，在负荷不变时，中、低压缸的做功比例增大，高压缸做功比例减小，也就是低参数的再蒸汽（循环效率低）排挤了高参数的过热蒸汽（循环效率高），故机组效率降低。再热器减温水每增加10t/h，锅炉煤耗升高 0.19g/kWh。所以在日常运行中要严格控制再热器减温水开度以达到节能的目的。

（3）排烟损失。一般情况下排烟温度每增加 10℃，排烟热损失增加 0.6% -1%，相应多耗煤 1.2%- 2.4%。

（4）漏风损失。漏风包含了空预器漏风跟炉膛漏风。漏风率降低，可保证锅炉燃烧氧量充足，减少锅炉不完全燃烧热损失和排烟热损失，排烟温度降低，锅炉效率提高。

（5）凝汽器真空、端差。真空高机组做功能力越强。端差越大说明换热效果越差，机组效率越低[1]。

（6）厂用电率。合理降低厂用电率能极大地提高经济效益，牵扯到全厂各个设备系统的启停管理，应在日常管控中加以体现。

2.7 飞灰含碳量

在锅炉各项热损失中，机械不完全燃烧热损失仅次于排烟热损失，约占锅炉热效率的 0.5% - 5%。

2 基于预测的新型节能协调控制设计方法

2.1 优化运行方式

超超临界发电机组在运行的过程中，由于运行方式的不合理，导致在运行过程中出现大量的能源损失，对此，应结合实际运行情况，优化其运行方式，进而提高其运行效率。首先，应根据机组运行需求，合理调整运行参数，并通过大量的实践经验数据总结，不断优化其参数。其次，应采用先进的DCS 分散控制系统，实现对机组运行进行有效的控制，尤其是对锅炉燃烧情况的监测，一旦发现锅炉运行异常或运行效率不高，应及时分析其原因，并采取针对性的处理措施，保证锅炉运行的高效性，降低燃料浪费。再次，应结合实际运行情况，选择合理的工艺系统。机组运行中所采用的制粉系统应采用中速磨煤机正压冷一次风机直吹系统，这种方式具有系统运行简单可靠，且设备的运行故障发生率低，而且能够有效降低制粉的电能损耗，从而达到提升机组运行的经济性目的[2]。

2.2 重要运行参数的全天候自适应修正

传统的集散控制系统的控制电路，一旦其控制参数确定，就不能再随时间变化，所以如果集团未来的运行环境发生变化，影响将是巨大的；自动增益控制优化控制系统所使用的神经网络算法是一种竞争网络系统，能够不断学习和适应调整组中控制参数的变化，重要控制参数如燃料热值、蒸汽消耗、组滑动曲线、中间点温度调整曲线和粉末制造系统的惯性时间可以通过该算法自动校正，然后基于上述参数变化计算与自动增益控制优化控制系统相关联的闭环控制设置，以确保系统继续在线工作，从而控制相关性能逐渐接近最优值。

2.3 进一步优化了AGC运行方式

传统的分散控制系统（DC）控制方案没有区分机组工作方式和自动增益控制模式，因为自动增益控制优化控制系统包括一个特殊的优化模块，其作用是整合智能预测，一方面通过分析和比较当前自动增益控制机组参数、实际传输功率、电网频率等，预测“计划EMS自动增益控制指令”的未来变化。另一方面，记录参数，如燃料量、空气量和供应给机组的水量，进行测试和挖掘，预测表示锅炉运行能力的“锅炉热功率信号”的未来变化，并根据两者之间的对应程度调整锅炉指令的变化量。相关应用实践的结果表明，自动增益控制模式的特殊优化模块的增加可以显著减小燃料量、气流量、供水量的波动范围。和水在降低的单位温度下流动，不影响AGC负载的响应速度，能有效延长锅炉管的寿命，减少爆炸的发生[3]。

2.4 独立硬件平台的建立，安全性和兼容性显著提升

自动增益控制优化控制系统主要建立了一个独立的硬件平台，该平台使用通信方式，并将其作为扩展的分布式处理单元集成到集散控制系统中。此外，集散控制系统的逻辑控制单元没有修改，但增加了一小部分切换逻辑，使工作人员可以在不受干扰的情况下轻松地从集散控制系统切换到自动增益控制优化控制系统。同时，测试和修改扩展部分的控制逻辑对集团的正常运行没有影响，可以显著提高优化控制系统的调试效率和安全性，也为未来新技术的应用升级提供了坚实的基础。

3 结语

本文章涉及一种节能协调控制系统，利用热力系统的储能技术，在满足电网峰值调频要求的同时，实现机组的经济安全运行。