350MW超临界循环流化床机组协调控制策略设计与应用-北极星火力发电网

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随着循环流化床(Circulating Fluidized Bed，CFB)技术的发展，大容量高参数循环流化床锅炉成为节能降耗的主要技术之一。超临界及循环流化床均为成熟技术，二者结合后的超临界循环流化床锅炉兼具了CFB燃烧技术和超临界蒸汽循环的优点，可以在得到较高的发电效率的同时，减少其污染物控制的投入成本。超临界循环流化床锅炉的控制对象主要具有如下控制特点：

1)热惯性及迟滞性大、多变量强耦合，超临界循环流化床参数关系示意图如图1所示，与常规亚临界循环流化床锅炉及普通直流煤粉锅炉相比，具有更加复杂的控制特性;

2)没有汽包作为缓冲单元，减小了蒸汽蓄热能力，对其负荷响应能力有较大影响，且在快速变负荷时容易引起主控参数的大幅波动;

3)循环流化床锅炉的燃料适应性广，燃煤热值经常大幅波动，决定了锅炉燃烧系统的时变性，对协调控制系统稳定性及机组变负荷能力提出了很大挑战。

目前已投产的超临界循环流化床机组较少，其协调控制策略尚无成熟经验可供借鉴，但是机组进入商业运行意味着负荷变化必须稳定的符合电网要求，且在负荷调节过程中应保持主要参数的稳定。因此，要加大超临界循环流化床锅炉推广应用的力度，就需要对其协调控制系统进行深入研究，解决控制策略设计及控制参数整定等问题，提高机组的自动控制水平。

本文介绍一种超临界循环流化床机组协调控制策略的设计方法，主要从机组负荷指令生成、锅炉主控前馈信号生成及锅炉主控PID控制参数的自适应性等诸多方面进行优化设计，以克服锅炉的煤质波动大、热惯性及迟滞性大、多变量强耦合等问题，并充分利用锅炉蓄热，提高机组的变负荷能力。该控制方法已成功应用于华电朔州350MW超临界循环流化床机组中。目前该机组已通过过山西电网的自动发电控制(Automatic Generation Control，AGC)性能考核试验，并顺利通过168h试运行，正式投入商业运行发电。AGC性能考核试验结果表明：该机组负荷动态偏差小，调节响应速度快，主要参数调节品质优良。

1 机组简介

华电朔州一期2×350MW超临界循环流化床机组是我国首批开工建设的350MW级超临界循环流化床直接空冷机组。锅炉为超临界参数变压运行直流炉、循环流化床燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、全钢构架结构，采用汽冷式旋风分离器进行气固分离。煤方式为前后墙联合给煤，前墙布置有6个给煤口，沿宽度方向均匀布置在前墙水冷壁下部;后墙布置有4个给煤口，给煤直接给到回料腿上。点火方式为床上床下油枪联合启动点火，床上共布置6只(侧墙2只，前墙4只)大功率的点火油枪，床下布置4只风道点火燃烧器，在炉膛下方布置6台滚筒冷渣器。汽轮机型号为CZK350/288-24.2/0.4/566/566型超临界、一次中间再热、直接空冷、单轴、双缸双排汽式汽轮机，启动方式为高中压缸联合启动。发电机组为QFa-350-2型汽轮发电机，励磁方式为静止可控硅励磁，冷却方式为：密闭循环式空气冷却(简称空冷式)，即定子线圈为空外冷，转子绕组为空内冷，定子铁芯及端部结构件采用空气表面冷却，集电环采用空气冷却。热工自动化设备采用的是maxDNA分散控制系统。

2 协调控制策略设计

华电朔州电厂350MW超临界循环流化床机组实现了协调控制，并投入了AGC和一次调频等控制功能。

该机组采用以锅炉跟随为基础的间接能量平衡协调控制方式。机组负荷指令同时送至锅炉侧和汽轮机侧控制系统，使输入锅炉能量与汽轮机的输出能量相匹配，确保汽轮机调节阀在快速响应负荷指令的同时快速地改变锅炉负荷指令，将主蒸汽压力维持在设定值范围内。根据机组运行工况，主要设计有机炉协调控制方式(CCS)、锅炉跟随控制方式(BF)、汽机跟随控制方式(TF)和机炉手动控制方式(BASE)4种控制方式，机组正常运行以CCS方式为主。

1)手动方式。锅炉主控、汽机主控均切手动运行，即由运行人员手动控制机组负荷及主汽压力，包括调整燃料量和汽机调门开度(如果DEH投入功率回路则设定DEH的功率定值)。

2)锅炉跟随。汽机主控切手动运行，控制负荷;锅炉主控在自动运行，控制主汽压力。此方式下机组负荷响应速度很快，但主汽压力波动较大。

3)汽机跟随。锅炉主控切手动运行，控制负荷;汽机主控在自动运行，控制主汽压力。此方式下主汽压力比较稳定，但由于循环流化床锅炉的热惯性及迟滞性大，机组负荷响应速度较慢，很难达到AGC性能考核的要求。

4)协调方式。采用以锅炉跟随为基础的协调控制方式，锅炉主控在自动运行，调节主汽压力;汽机主控在自动运行，调节机组负荷。在该方式下，能在快速响应负荷指令的同时，保持主汽压力的稳定。

2.1 负荷指令生成回路

与常规机组相同，超临界循环流化床机组在非CCS方式下，机组负荷指令跟踪发电机实际功率。在CCS方式下，目标负荷由负荷调度命令设定(AGC方式)或运行人员在CRT手动上设定(非AGC方式)，经增/减闭锁、速率限制及高/低限幅后形成机组负荷指令。

在变负荷时，将变负荷速率设为4.5MW/min(大于AGC考核要求的变动速率，1%Pe，即3.5MW/min，其中Pe为额定负荷)，同时为了满足AGC性能考核对调节响应时间的要求，并充分利用锅炉的蓄热，在变负荷初始时8s内，将变负荷速率设为30MW/Min。负荷指令生成回路示意图见图2。

2.2 压力指令生成回路

对所有类型机组来说，滑压运行的最大优势在于为机组的调峰运行带来了无比优越的灵活性和安全性。然而，考虑到机组运行的经济性，则应根据机组不同的负荷工况，合理的选择定滑压运行方式。

为满足节能与安全的要求，本机组协调控制系统分别设计有定、滑压两种运行方式，定、滑压之间可实现无扰切换，运行人员可以通过切换按钮选择定、滑压运行方式。

在滑压方式下，压力定值是负荷指令的函数，运行人员可以通过设置滑压偏置，对滑压设定值进行调整;在定压方式下，运行人员可直接设置定压设定值。压力定值经速率限制及三阶惯性环节后形成实际压力指令。压力指令生成回路示意图见图3。

原标题：350MW超临界循环流化床机组协调控制策略设计与应用

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