两种机炉协调控制系统特性的分析比较
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两种机炉协调控制系统 特性的分析比较 王世 海,贾强邦,李金涛,杨景岩,孟凡 生(1 西安热工研 究院有限公 司,陕西 西安 7 1 0 0 3 2;2 大港发电厂,天津3 0 0 2 7 2)1 问题 的提 出 常见的机炉协调控制系统有两种构成方式:即以 锅炉 跟踪 为基 础 的机 炉 协调 控 制 系 统(C B F 系统)和 以汽轮机 跟踪为基 础 的机 炉协调控 制系统(C T F系 统)。在 C B F系统 中,机组功率 由汽轮机控制 系统控 制。根据单元机组对象特征分析,由于机组功率对汽 轮机调节阀开度变化响应迅速,故 C B F系统在机组负 荷指令变化时,可以得到较快速的机组功率响应(当给 定负荷变化速率为 3 rai n时,机组功率实际变化速 率可达(1 5 1 8 )mi n,甚 至略高)和较好 的机 组功率稳态特性(稳态偏差 1 )。尽管在 C B F系统 控制过程中,由于通过锅炉燃烧率控制保持机组主蒸 汽压力动、静态 偏差往 往偏大(动态 偏差 常达 0 4 MP a 0 5 MP a,静 态 偏 差 常 达 0 1 5 MP a 0 3 MP a),但是 C B F系统还是在 国 内绝大 多数 大 型单元机组 的协调控制 中得到广泛应用。C TF系统 是通过锅炉燃烧率控制来改变机组功率,功率响应速 度慢,但机组主蒸汽压力稳定性好。大港电厂 4号机组配用双进双出钢球磨煤 机直吹 式制粉系统,机炉协调控制系统采用 C TF控制方式。协调控制系统完善前,该机组主蒸汽压力控制动、静态 偏差分别仅为 0 1 5 MP a、0 0 5 MP a,机组功率实 际平均变化速率达1 5 rai n左右,但是 当机组负荷 指令变化时,机组功率起始惯性较大。控制过程 中,机 组功率的动、静态偏差较大,不能满足参与电 网 AG C 方式运行 的要求。经过机炉协调控制系统完 善后,在 保持原系统主蒸汽压力控制 良好 的基础上,大大改善 了其机组功率 的控制品质,机组功率起始惯性大大减 小(一般小于 3 0 s;当机组负荷扰动量较大时,甚至趋 近 于零),其 动、静 态 偏 差 一 般 能 达 到 2 和 1 1 5 之间。在给定负荷变化速率为2 1 3 mi n(即 7 MW mi n)时,机组功率实际变化速率可达 2 rai n左 右。当机 组 负荷扰 动量 较 大(比如 l 5 、2 O 、甚 至更大时),机组功率实际变化速率可接近给定速率,机组功率紧跟负荷指令变化(图 1)。收稿 日期:2 0 0 6 0 4 2 6 作者简 介i 王世海,1 9 6 4 年毕业于清华大学热工测量及自动控制专业,西安热工研究院有限公司教授级高工,从事火电厂模拟控制系统的试验研 究。翻 雌,朋 一 舢一 p _ 哪 州 T U m-L Y i 嚣 _ 嘲 C I C 一 一 i-C 一 l I,啊I 嘲 旧 I 蹦“,t 柳 Im一 ,:器 一 C I。嘲 一 !一 、L 一【L 1 j l sl s 口 一 O C C“HI P a 。_ p P V i 箱;。傺酱 I 埔啪 l I 7 3 埘幛两 t 毒l 神 柏 帽 暑 j :柏 髑器柏 ,舶 柏 O奢 暑 7 I 焉 一 口 U h 一 8 tt T 1,r,l,n m-_ O 1:-J _ ,3 口 t 0 l c 嗡 O 3 口?I、叠 l ,n J l 。f e 址譬 I l C r C l t-L a 劬 a I Of J I I Il l -h l 旱一 _-_ l 2 I o l 5 o 阳 l 0 C U 岖 啊 Pv 一 l|拍;u稿|_ 器 I t l I O pt 0l ,暑 H I 鼍 O I”I I-o 的 响应 速度会 小 于 图 2(a)中 曲线 1 的特性。这些 对 象动 态特 性 的差 异,使得在机组功率开始快速变化 时,主蒸 汽 压 力 不 可 避 免地 会 出现 较大的偏差。而在机炉协调控制系 统 设 计 中,机 组 功 率 的快 速 响应 和 机 组 主要 运 行 参 数(如 主蒸 汽 压 力 等)的稳 定性是 必须 同时考 虑 的。对 此,在 C B F系 统 中,必 须 适 当 限 制机组 功率起始的控制速率,使 主 蒸汽 压 力 初 始 变 化 不 要 太快,最 终 达到 主 蒸 汽 压 力 的 稳 定。而 且,C B F系统还 具 有 在 控 制 过 程 中,如 果 主蒸 汽压 力偏 差超 差或 锅炉某 些 “l|1 S II ILO l I l IL O 一 1 1 4 I o I 4 S 11 4 -嘲 嵋 l 埔 控制 量(如燃 料 量、送 风量、给水 量)口 I f D t l t 婶0 t I _,叠 S r 伊t l,o。O I 拟墉 嘲 l J C 口 口 丌 拍 I t “_ 器 器 【,C 穹 I l-L 啊 目 一 J 一-L E,E t 一 ,、j 工 o 健 葛 O 、-_ _|I L 0 I !-c =-一=_ 一,、一 O 口 l I 吣t 瑚p一 3 ,4 麓 嘲 m m -I ,【l o r 暑 I,l,矗1-I,-,I l O 偏 差超 限 时,闭 锁 增、减 或 迫 升、迫 降机组 负 荷指 令 的功 能。由此 可 知,在 采用 C B F系 统 时,机 组 功 率 实 际 变 化 速 率 往 往 难 于 有 较 大 提 高,而此 时 主蒸 汽 压 力 的动 态偏 差 已较 大。在 C B F系统 控 制 中,稳态 喇 u 叭 儿 u:抒I u 4 t 1 1 协嵋 删。嘲 蛳蛳一 时由汽轮机保持机组功率不变,燃 图 1大港 电厂 4号机组机炉协调控 制系统 自测试验(汽温控 制系统处手动方式)2 CB F系统分析 图 2为在 2 0 0 Mw 燃油机组上实测的单元机组对 象特 性 曲线。从 图 2(b)可 以 看 出,在 汽 轮 机 调 节 阀 开 度 扰 动(或控制作用)下,在得 到较快的机组功率 响应(曲线 2)的同时,也会 引起 主蒸 汽压力 急剧变化(曲线 1)n 在 C B F系统 中,当机组负荷指令 变化时,在汽轮机控 制机组功率 的同时,所造成 的主蒸汽压力变化 由锅炉 燃烧率控制消除。从 图 2(a)曲线 1可知,当汽轮机调 节阀开度不变时,燃料扰动(或控制作用)下 的主蒸汽 压 力响应 速度 远小 于 图 2(b)中 曲线 1的特 性。况 且,在 机组负 荷 指令 变 化 时,在控 制 燃 料 量 消 除 主 蒸 汽压 力偏差的过程 中,汽轮机调节阀开度 随机组功率控制 的需要而不断变化。因此,通过燃料控制 主蒸汽压力 0 4 0 8 O 1 2 0 l 6 02 0 0 2 4 0 2 8 0 3 2 0 3 6 0 t s (a)汽轮机调节阀开度不变 燃 料 量扰动 试验 0 4 0 8 0 1 2 0 I 6 0 2 0 O 24 0 2 8(1 j 2 O 3 6 0 f s (b)燃料量保持不变 汽 轮机 凋节 阀开度扰 动试验(c)手控汽轮机渊节阀保持机组(d)手控汽轮机渊节阀保持主蒸汽 功 率燃 料量扰 动试验 压 力燃料 量扰动 试验 图 2单元机组控 制对 象动态特 性 料扰动下主蒸汽压力响应大大加快(图 2(c)曲线 1)。因此,采用 C B F系统,不仅能得到 良好 的机组功率静 态控制品质,也有可 能得 到较好 的主蒸汽压力静态控 制品 质。3 C I F系统分析 一般在燃料量扰动下,机组功率响应特性与主蒸 汽压力响应特性类似(图 2(a)曲线 2),其初始惯性较 大,平均变 化速 率较 小。从 图 2(d)曲线 2可 知,在 C TF系统 中,当汽轮 机保 证主蒸汽压力不变 时,在燃 料阶跃扰动(或控制作用)下 机组功率具 有较快 的平 均变化速率(由图 2(d)曲线 2可知,在燃料量 阶跃扰 动下,机组功率平均变化速率将达到 1 4 mi n;由图 2 (a)曲线 2可 知,机组 功率 平均 变化 速率 仅 为 3 mi n)。若适当采取利用机组贮能的措施(当机组负荷 指令变化时,在主蒸汽压力控制系统中,除引入机组负 荷指令前馈信号外,还引入 一个 主蒸汽压力给定值增 量,使 主蒸汽压力有一定的变化),则可大大减小消除 机组功率变化的起始惯性,并获得较快的机组功率变 化速率。在实际控制系统中,虽然燃料(或燃烧率)控 制不可能阶跃动作,但在控制系统设计和调整时,采取 某些切实可行的加快燃烧率控制速率的措施,实现快 速调整燃烧率是可能的。另外,在 C T F系统 中,调整 燃料或燃料扰动引起的主蒸汽压力变化(图 2(a)曲线 1),是由汽轮机主蒸汽压力控制系统通过调整汽轮机 调节阀去控制的(图 2(b)曲线)。上述响应特性 的差 异,使控制系统有可能达到良好的主蒸汽压力动、静态 控制品质。因此,采用 C TF系统控制,在达到 C B F系 统几乎无法达到 的良好的主蒸汽压力动、静态控制品 质的同时,还可获得 C B F系统难 以达到的快速机组功 率响应。换句话说,在控制策略设计合理和参数整定 合适时,采用 C T F系统,可将机组快速负荷响应和主 要运行参数稳定两者较 好地结合起 来。需要 指出的 是,在 C T F系统 中,机组功率 由锅炉控制系统通过对 燃烧率 的控制去保 持。除控制对象特性惯性稍大外,锅炉机组运行中各种随机扰动频繁发生,使机组功率 之静态控制品质较 C B F系统 略欠:前 者较好 时可达 1 1 5 ,而后者很容易达到1 。4 结 语(1)除 了 目前 已在大机 组 协 调控 制 中广泛 采 用 的 C B F系统外,采用 C TF系统,可获得 良好 的主蒸汽压 力控制效果,主蒸汽压力动、静态偏差很小。(2)经过优化 整定 的 C B F系统具有较好 的机 组 功率和主蒸汽压力静态控制品质。在机组变负荷时也 能提供较好 的机组功率动态响应和可接受 的主蒸汽压 力动态控制品质。对采用变压运行方式的机组,C B F 系统 也是 唯一 可用 的控 制方 式。(3)当电网或机组本身运行方 式要求其功率变化 量较大(如大于 1 5、2 0 、或更大),变化速率更高(如 1 8 mi n 2 mi n),同时在此工况下要求具有 良 好的主蒸汽压力动、静态控制品质时,可考虑采用 C T F 系统,它在提供快速机组功率响应的同时,可保证优 良 的主蒸汽压力动、静态控制品质,且机组功率静态控制 品质也可接受。从大港电厂 4号机组协调控制系统的 完善结果来看,C T F系统的机组功率、主蒸汽压力的动、静态控制品质大大优于 目前所采用的 C B F系统。(4)对采用 C TF机炉协调控制系统的机组,如果 外界对机组功率静态控制 品质 的要求较高(如某些电 网规定,在某一时刻,若机组功率动、静态控制品质超 差将视为不合格 电量,甚 至被要 求退 出 AG C方 式运 行),可试验机炉主控按 C B F、C T F两种方式设计:静 态时,采用 C B F系统控制方式;动态时,采用 C TF系 统控制 方式,机组 功 率 变化 过 程 结束,控制 切 回到 C B F系统 方 式。以 能够 反 映 机 组 运 行 状 态 的某 一 参 量触发 C B F与 C TF系统控 制方 式 的切 换。对各 种 D C S来说,实现 C B F和 C TF系统控制功能是可能的。参 考 文 献 E 1 3 王世海,贾强邦天津华能大港发电有限责任公司 AG C 控制系统投入工作报告E R 3 西安热工研究院,2 0 0 4 2 沈邦盛,王世海,王兴礼青山热电厂 2 o万千瓦机组动态 特性试验E J 3 热力发 电,1 9 8 2,(1)(下转 第 8 4页)(4)高压加热器旁路关断阀、给水高压阀门要求动 作灵敏、关闭严密,而且 目前很多新建发电厂给水 高压 管道材料采用 WB 3 6(1 5 Ni Mo C u N B 5),要求 阀体材 料跟配管一致,以方便现场的安装,因此还是需要暂时 依 赖进 口。进 口品牌产 品有:1)E t 本冈野阀站制造株式会社。2)T y c o集团下的英国 De w r a n c e 公司。3)美 国 A&M 公 司(阀体 材料 做不 到 WB 3 6铜材 料,只能 采用 wC B碳 钢材 料)。(5)普通闸阀、截止 阀 目前 中国很 多阀门厂都可 以制造。(6)给水泵出 口再循环调节阀关 闭时跟关断阀门 一样要求非常严密,是一种很特殊的调节阀,暂时 尚需 进 口,其 知 名原 产 地 有 美 国:C C I公 司;C C I K K;(上 接第 7 2页)C o p e s-Vu l c a n公 司。国 内产 品 对早 期 投 运 的超 临 界 机组如伊敏、南京 电厂的阀门作 了更换,并取得较好的 使用效果。(7)化学除盐水系统、除灰系统 的内衬阀 门、脱硫 装置的浆液内衬阀门全可国产。(8)锅炉起动阀 由于需要反应特别快、动作快,而 且需要 做 到防杂 质损 坏,因此该 阀门 目前 尚需 要 进 口,世界上著名的专业生产厂有:E t 本 的 B a i l y公 司;美 国 C C 1 名下的索尔索公司。(9)仪表阀中国不少的仪表 阀门厂均可以生产并 且具有相 当运行业绩,其适应参数 已达到温度 6 0 0,压力为 3 3 MP a,温度 6 5 0相对应的压力为 2 1 MP a,基本 上满 足 了超 临界 机 组 的需 要,而 且 已在 一些 超 临 界机 组 电厂应 用取 得 了较满 意 的运行 业绩。ANALYS I S AND COM PARI S ON OF PERFORM ANCE BETW EEN TW o KI NDS oF TURBI NE BoI LER CooRDI NATED CoNTRoL S YS TEM W ANG S h i h a l ,J I A Qi a n gb a n g ,LI J i nt a o ,YANG J i n gy a n ,MENG F a ns h e n g (1 Xi a n The r ma l Po w e r Re s e a r c h I ns t i t u t e Co Lt d,Xi a n 7 1 0 03 2,Sha a nx i Pr o vi n c e,PRC;2 Da g a n g Po we r Pl a n t,Ti a n j i n 3 0 0 2 7 2,P RC)Abs t r a c t:Ba s e d o n pr a c t i c a l ap pl i c at i o n s i t ua t i o n of t wo ki n ds of t u r b i n eboi l e r c o or di na t e d c o nt r ol s t r a t e g i e s,i e c o or di na t e d c on t r o l b a s e d o n b o i l e r f o l l o w u p(CB F)a n d c o o r d i n a t e d c o n t r o l b a s e d o n t u r b i n e f o l l o w u p(CTF)。t h e f e a t u r e s o f t h e m h a v e b e e n a n a l y s e d a n d c o mp a r e d f r o m d y n a mi c c h a r a c t e r i s t i c s o f c o n t r o l l e d o b j e c t s f o r t h e u n i t,t h e c o n t r o l q u a l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f a b o v e me nt i on e d t wo ki nds of c o or di na t e d c o nt r ol s t r at e g i e s b ei ng e x po und e d,pr o vi di ng wi t h r e f e r e nc e f or pe r f e c t i on of t u r b i n eb ol l e r c o or di n at e d C O1 t r ol s ys t e ms Ke y wo r d s:bl oc k un i t;c o or di na t e d c o nt r ol s ys t e m;CFB;CTF(上接 第 8 2页)-驴,驴 ,:PLAS M A I GNI TI oN TECHNoLoGY FoR BoI LER S TART UP AND CoM BUS TI oN S TABI LI ZATI oN AT LoW LoAD I N XI ANGFAN PoW ER PLANT M AO Zh e ngz h o n g (Xi a ng f a n Po we r Ge ne r a t i o n Co Lt d,Xi a ng f a n 4 4 11 4 1,H ub e i Pr o vi nc e,PRC)Ab s t r a c t:Th e r e t r of i t s ch e me,e q ui pme n t i ns t a l l a t i on,a nd de bug gi ng o f pl a s ma i g ni t ion s ys t e m f o r uni t n o 4 i n Xi a ngf an Powe r Ge n er a t i on Co Lt d,a s we l l a s pr obl e ms a pp e ar e d i n a ppl i c a t i o n a nd me a s u r e s t a ke n h av e be e n pr e s e n t e dAf t e r r e t r o f i t t i ng,t h e s ai d pl a s ma i g ni t i o n s y s t e m c an s a t i s f y r e q ui r e m e n t s f or l i t t l e oi l i g ni t i o n an d c omb us t i on s t a bi l i z a t i o n a t l ow l oa d,ha v i ng v e r y g o od oi ls a v i ng r es ul t Ke y wo r ds:b oi l e r;b ur ne r;pl a s ma i gnit i o n;c a t ho di c e l e c t r o de,a no di c e l e c t r od e 墨 l 热力 发电 2 0 0 7(2)l
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