1030MW 二次再热火电机组深度调峰协调控制策略优化及应用

赵亮，董鹏，刘峥嵘，石珊珊，杨伟山，孙式洋

（华能莱芜发电有限公司，山东 济南 271100）

根据国家能源局的数据显示：我国2022 年第一季度新增发电能力3175 万千瓦，比上年同期增加824万千瓦。其中火电581 万千瓦、太阳能发电1321 万千瓦、水电343 万千瓦、风电790 万千瓦。2022 年1 ～3 月底，全国发电装机容量同比增长7.8%，约24 亿千瓦。火电产能近些年严重过剩，主要是由于2016 年后大批大容量火电机组的陆续投产，与此同时，风能、光电、水电等新能源也在迅速发展。各地电网相继制定了火电深度调峰补偿辅助服务措施，加强机组调峰能力以便消纳新能源，增加电力市场调节能力。目前，我国大部分火电机组的调峰范围是40%～100%额定负荷，随着各地区并网发电厂辅助服务管理实施细则的发布，深度调峰对于火力发电厂越来越重要。因此，华能莱芜发电有限公司6#、7#机组对深度调峰提出了新的要求，将调峰范围由40%～100%变负荷调整为30%～100%额定负荷。为了最终达到协调变负荷试验的参数要求，我们对机组协调控制系统做出了相应优化，并经过多次调整以及试验，最终完全达到最新要求。由此可见，本文提出的一系列优化措施切实可行。

1 机组简介

莱芜发电厂6#、7#机组为1030MW 等级二次再热超超临界参数变压运行直流锅炉，锅炉型号为HG-2752/32.87/10.61/3.26-YM1 锅炉；采用角式切园燃烧方式、水平浓淡燃烧器低NOx分级送风燃烧系统、单炉膛、塔式布置；锅炉采用全悬吊结构、全钢构架、固态排渣、露天布置、平衡通风，燃用烟煤；再热蒸汽主要采用烟气再循环调温和分隔烟道调温挡板，在高低温再热器连接管道上还设置有事故喷水减温器，同时，燃烧器的摆动对再热蒸汽温度也有一定的调节作用。

2 协调控制策略优化

协调控制策略：采用内模算法IMC+前馈协调控制策略。机组变负荷时，由于锅炉控制响应负荷的速度比汽机控制响应负荷的速度慢，锅炉燃烧控制系统存在严重的延迟和滞后现象，因此，我们在机组的锅炉主控中需要增加前馈，来提前防止汽机响应负荷变化快速开关汽轮机调门造成机组实际机前压力与设定偏差过大，造成机组不能安全稳定地运行。因此，本文设计锅炉主控控制策略中的锅炉前馈分为静态前馈（基础前馈）和动态前馈。其中，静态前馈为负荷给定对应的锅炉指令折线函数f（x）1。动态前馈则引入了变负荷速率、负荷偏差等。其锅炉主控指令的控制策略如图1 所示。

图1 锅炉主控控制原理图

（1）内模控制器IMC 采用变参数控制器，F（x1）折线函数如表1 所示。

表1

（2）负荷给定对应的锅炉指令折线函数f（x）6，如表2。

表2

（3）锅炉主控动态前馈优化。由于在机组变负荷时，锅炉响应负荷的速度相较汽机响应负荷的速度较慢，因此变负荷瞬间必然会造成汽压波动。因此，在得到目标负荷变化的方向时，提前增加或减少一部分的煤量来防止汽压快速下降或上升。待机组负荷指令接近目标负荷逐渐慢慢收回，待到目标负荷和负荷给定相等时，此前馈为0，对应的折线函数f(x)2 如表3。

表3

同时，由于负荷变化速率的不同对机前压力的影响不同，因此增加了负荷指令微分、压力微分等前馈，使机组机前压力紧跟着压力设定值的趋势变化，并且机组的机前压力和压力设定值的偏差不会太大，有利于稳态时机组能够快速稳定。

在低负荷阶段的降负荷，为了防止动态前馈减燃料量过多，导致给煤量指令过低，在变负荷前馈引入了负荷指令系数，在低负荷阶段（45%～30%）和高负荷阶段（90%～100%）减弱前馈的作用，以保证机组的稳定运行。如图1 所示。折线函数F（x）3 如表4。

表4

折线函数F（x）4，如表5。

表5

由于锅炉指令出来对应的是负荷需求，范围为0 ～1200，因此，需把它转化为对应的需求煤量，此折线函数为F（x）5，如表6。

表6

（4）其他措施。低负荷阶段锅炉的稳燃是深度调峰最关键的环节，为保证锅炉稳定的燃烧、避免机组灭火的风险，我们采取了以下措施：①低于500MW 时保证有3 台制粉系统运行，并且燃料主控输出不低于30%，以此保证最下层的燃烧稳定；②当机组负荷低于500MW发生辅机RB 时，不跳磨煤机，每隔3 秒依次拉所有等离子和微油保证炉膛燃烧稳定；③负荷变化在50%～100%之间时，变化速率设定为7MW/min。当负荷变化在30%～50%时，负荷变化速率改为3MW/min；④低负荷期间关注主机高调门开度，当超高调门开度低于15%时，调整主汽压力负偏置，维持超高调门开度不低于15%，防止超高调门开度低造成相关阀门关闭或者动作影响机组安全；⑤当机组负荷较低、燃煤煤质变化大，要加强炉膛负压的监视。炉膛负压波动较大时，应及时采取投油等稳燃措施。⑥低负荷期间，禁止安排对锅炉燃烧有影响的定期试验工作。

3 试验结果

2022 年8 月21 日与2022 年8 月27 日，本文进行了机组负荷变动试验。具体数据曲线如图2、图3 所示。

图2 2022 年8 月21 日机组由570mw 降至300MW 压力负荷变化曲线

图3 2022 年8 月27 日机组由630mw 降至300MW 压力负荷变化曲线

机组负荷在350MW 左右会进行冷一再供汽与冷二再供汽进行切换，造成负荷出现短暂的波动。在协调变负荷试验中，负荷最大超调4MW，主汽压力、炉膛负压、主汽温度、再热器温度等重要参数在正常波动范围内。各项指标均满足《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》（DL/T 657-2015）、《山东电力辅助服务市场运营规则-(试行)(2020 年修订版)》的相关要求，调节品质优良。

4 结语

随着新能源占比的增大、用电结构性变化以及电力现货交易的开展，1030MW 火电机组参与调峰的深度、广度必然加大。试验结果表明，本文结合实际运行经验，对1030MW 机组低负荷运行下控制方式、锅炉系统、汽机系统及其他系统等安全稳定运行遇到的困难进行了深入的分析，并给出了简要的解决方案，为1000MW 火力发电机组参与深度调峰提供了一定的借鉴。