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  張秋生

 （神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京  100025）

摘  要：熱工自動(dòng),控制系統(tǒng)在火力發(fā)電廠節(jié)能中發(fā)揮著重要的作用、通過對熱T.自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的研究，得出如下結(jié)論：優(yōu)化主、再熱汽溫自動(dòng)控制能夠提高平均溫度，減少熱耗；通過優(yōu)化汽輪機(jī)滑壓定值和凝結(jié)水節(jié)流控制能夠減少節(jié)流損失，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性；適當(dāng)降低汽包水位能夠在不用增加煤耗的前提下增力口電功率  最后提出，為滿足新編寫的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對與機(jī)組節(jié)能相關(guān)的自動(dòng)控制指標(biāo)提出的更嚴(yán)格的要求．熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)對火電廠節(jié)能的評(píng)估宜以統(tǒng)計(jì)的方式體現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：熱工自動(dòng)控制；火電廠節(jié)能；滑壓優(yōu)化：凝結(jié)水節(jié)流；汽包水位；優(yōu)化控制導(dǎo)則

中圖分類號(hào)：TK223；TM621  DOI：10.11930/j．issn．1004-9649.2016.06.006.04

0引言

 常規(guī)觀念認(rèn)為熱控專業(yè)與火力發(fā)電廠節(jié)能降耗無關(guān)，本文定量論述了汽溫、汽壓、功率、汽包水位等自動(dòng)控制指標(biāo)和測量技術(shù)在節(jié)能降耗中的作用，如果對這些控制指標(biāo)和測量技術(shù)綜合采用，能夠挖掘節(jié)能潛力，爭取經(jīng)濟(jì)效益。

1  汽溫優(yōu)化控制系統(tǒng)的投入對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響

  通過對各類300 MW以上容量典型機(jī)組分析計(jì)算得出，主蒸汽溫度降低10C，汽輪機(jī)熱耗率升高約0.032%，相當(dāng)于2.5  kJ/( kW．h)。研究表明．機(jī)組容量越大，主蒸汽溫度對汽輪機(jī)熱耗率的影響越大。

 為了降低汽輪機(jī)的熱耗，需要提高主蒸汽溫度和再熱汽溫自動(dòng)控制的精度，并減少超測量，這樣才能將設(shè)定值提高，使得主、再熱汽溫“壓紅線”運(yùn)行。

 自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的改善對機(jī)組效率的影響幅度較小，有研究表明，優(yōu)化控制系統(tǒng)能夠提高機(jī)組效率0.050～0.20%，由于不能用實(shí)測法進(jìn)行煤耗的測量與對比，因此采用較長一段時(shí)間內(nèi)的參數(shù)統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行優(yōu)化控制系統(tǒng)投入前后經(jīng)濟(jì)性的分析。

 某亞臨界600 MW機(jī)組，除了投運(yùn)過熱和再熱汽溫優(yōu)化控制系統(tǒng)外，沒有進(jìn)行任何熱力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的改進(jìn)，對該優(yōu)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了投入前后1年各3個(gè)月的主要參數(shù)的對比及其對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響的分析（見表1），以及主、再熱汽溫變化對機(jī)組平均經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響分析（見表2）。

 由表2可以看出，該600 MW亞臨界機(jī)組在主、再熱汽溫自動(dòng)優(yōu)化后機(jī)組熱耗率降低0.140%、效率提高0.141%、發(fā)電煤耗降低0.418 g/(kW .h)。

2主蒸汽壓力變化及節(jié)流優(yōu)化對機(jī)組熱效率的影響

  典型的亞臨界300、600  MW和超臨界600MW機(jī)組主蒸汽壓力對熱耗率的影響約為29～38kJ/(kW . h)/M Pa。

 主蒸汽壓力的定值與負(fù)荷的關(guān)系一般設(shè)置為“定一滑一定”的關(guān)系，在定壓方式，為了降低機(jī)組的熱耗，需要提高主蒸汽壓力自動(dòng)控制的精度，并減少超調(diào)量，這樣才能將設(shè)定值提高，使得主蒸汽壓力“壓紅線”運(yùn)行。

 滑壓運(yùn)行方式對機(jī)組的節(jié)能影響較大，按照汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)分帶噴嘴順序閥節(jié)流調(diào)節(jié)和不帶噴嘴調(diào)節(jié)的全周進(jìn)汽兩種方式。

2.1  帶噴嘴順序閥節(jié)流調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)滑壓定值曲線的優(yōu)化

 對機(jī)組在復(fù)合滑壓運(yùn)行方式的變壓力運(yùn)行方式．升負(fù)荷時(shí)，同時(shí)增加壓力，即增加鍋爐的蓄熱。為了克服滑壓運(yùn)行時(shí)變負(fù)荷速度慢的缺點(diǎn)，在升負(fù)荷時(shí)，開大汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門，利用鍋爐的蓄熱，提高變負(fù)荷的速度。因此，在滑壓運(yùn)行時(shí)．汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門也參與調(diào)節(jié)，但在穩(wěn)態(tài)，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門基本保持不變，即保持在節(jié)流損失最小的位置。這種方式又稱為聯(lián)合控制滑壓方式，這種控制方式既保持了在高負(fù)荷區(qū)的較高熱效率，又防止了在低負(fù)荷區(qū)的水循環(huán)惡化和經(jīng)濟(jì)性的過多下降，同時(shí)保持了機(jī)組對負(fù)荷指令響應(yīng)的快速性．目前在國內(nèi)廣泛使用。

 滑壓的基本依據(jù)在于兩方面的因素：在低負(fù)荷工況下，一是需通過高壓調(diào)節(jié)門節(jié)流來限制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量，產(chǎn)生節(jié)流損失，增大熱耗：二是降低主蒸汽壓力可減小高壓調(diào)節(jié)門節(jié)流程度．但主蒸汽壓力降低造成循環(huán)效率降低。因此，兩種因素共同作用下，必有一最佳效率點(diǎn)．最佳運(yùn)行點(diǎn)組成的與主蒸汽壓力相關(guān)的曲線就是機(jī)組的定滑壓運(yùn)行曲線。

 通過汽輪機(jī)閥位單點(diǎn)優(yōu)化和滑壓尋優(yōu)．有效減少了汽輪機(jī)的節(jié)流損失，可降低機(jī)組發(fā)電

煤耗約0.8 g/( kW .h)。

2.2不帶噴嘴調(diào)節(jié)的全周進(jìn)汽型凝結(jié)水節(jié)流調(diào)節(jié)

 近年來以600 MW和1000 MW汽輪機(jī)為代表的全程滑壓、超超臨界汽輪機(jī)機(jī)組在國內(nèi)得到了日益廣泛應(yīng)用。對于不帶噴嘴調(diào)節(jié)的全周進(jìn)汽型汽輪機(jī)，在調(diào)節(jié)門全開工況下節(jié)流損失最小．但是機(jī)組變負(fù)荷初期無蓄熱可用，僅僅靠鍋爐來調(diào)節(jié)不能滿足AGC和一次調(diào)頻的需要，因此常用的方法是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門部分節(jié)流。在當(dāng)前大型機(jī)組普遍參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行的環(huán)境下，為滿足AGC

  快速負(fù)荷響應(yīng)的要求，高壓調(diào)節(jié)門通常留有較大

  的機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)余量。由此使機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)．在低負(fù)荷階段高壓調(diào)節(jié)門節(jié)流損失較大，對運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性造成明顯不利影響。

 若需要兼顧機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和調(diào)峰調(diào)頻性能．必須開發(fā)和設(shè)計(jì)全新的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

 某1000 MW超超臨界機(jī)組首次成功投用了汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門全開、基于凝結(jié)水調(diào)負(fù)荷的高效節(jié)能型協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

 凝結(jié)水調(diào)節(jié)負(fù)荷的原理是：在增加負(fù)荷時(shí)．關(guān)凝汽器出口調(diào)節(jié)門，減小凝結(jié)水流量，從而減小低壓加熱器的抽汽量，增加蒸汽做功的量，使機(jī)組負(fù)荷增加。在減負(fù)荷時(shí)，開凝汽器出口調(diào)節(jié)門，增加凝結(jié)水流量，從而增加低壓加熱器的抽汽量，減小蒸汽做功的量，使機(jī)組負(fù)荷減小。該技術(shù)本質(zhì)上是一種利用汽輪機(jī)同熱／加熱系統(tǒng)q1蓄能的技術(shù)。

 在機(jī)組年平均負(fù)荷率75%條件基礎(chǔ)上，采用此控制方式后，供電煤耗可下降約0.8 g/( kW .h)。

3汽包水位高低位運(yùn)行對鍋爐熱效率的影響試驗(yàn)研究

 當(dāng)汽包水位由+100 mm降低到0后，在人爐煤量不變的情況下，使機(jī)組出力增加約2.08%，從而改善機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

 為了驗(yàn)證汽包水位的高低對鍋爐熱效率的影響，選取了1臺(tái)450 t/h循環(huán)流化床鍋爐和1臺(tái)100 MW單元機(jī)組進(jìn)行了汽包水位變水位運(yùn)行對機(jī)組功率的影響試驗(yàn)。試驗(yàn)過程巾將DEH遙控退出、電功率回路切除、鍋爐主控切手動(dòng)，給煤量不變，汽包水位自動(dòng)狀態(tài)，通過改變汽包水位的設(shè)定值使水位在-50 mm～+50 mm變化了5次．試驗(yàn)過程中的機(jī)組主要參數(shù)變化見表3．主要參數(shù)變化曲線見圖1所示。

 從表3可以看出：當(dāng)汽包水位降低100 mm后，在總?cè)剂狭坎蛔兊那疤嵯�，機(jī)組有功功率增加了1～2 MW、主蒸汽流量增加了7～10  t/h、主蒸汽溫度降低了1～2℃、汽包壓力增加0.10～0.14 M Pa，獲得了比較好的經(jīng)濟(jì)效益。汽包高水位降低鍋爐熱效率的原因大致體現(xiàn)在以下幾方面：

 (1)高水位運(yùn)行增加飽和汽濕度，增加的水分必然在過熱器中吸收汽化潛熱而汽化，使過熱蒸汽溫升降低，過熱器效率下降。

 (2)高水位運(yùn)行會(huì)增加旋風(fēng)分離器阻力，降低水循環(huán)速度。高水位運(yùn)行使汽包內(nèi)水位幾乎淹沒分離器進(jìn)口管，當(dāng)汽水混合物切向進(jìn)入分離器進(jìn)口管時(shí)，旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量隨著汽包水位的升高而增加，加速壓力降也隨之增加，使鍋爐水循環(huán)有效壓頭減少，循環(huán)流速降低。

 (3)在爐膛負(fù)荷不變的情況下，嚴(yán)重高水位運(yùn)行增加分離阻力，使循環(huán)流速降低，減少產(chǎn)汽量并降低汽包壓力。

 由于循環(huán)流化床鍋爐的大慣性和燃燒的穩(wěn)定性，在試驗(yàn)期間燃燒的擾動(dòng)可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為主蒸汽流量和機(jī)組有功功率等參數(shù)的變化只與汽包水位的數(shù)值有關(guān)。上述試驗(yàn)驗(yàn)證了“降低汽包水位可以獲得無煤耗功率”的結(jié)論。

4新的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對自動(dòng)調(diào)節(jié)指標(biāo)的要求

 由于汽溫、汽壓、有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)與機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有著密切的關(guān)系，新編的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1492.2-2016《火力發(fā)電廠優(yōu)化控制系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則第2部分：協(xié)調(diào)及汽溫優(yōu)化控制系統(tǒng)驗(yàn)收測試》提出了比DL/T 657-2006《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測試規(guī)程》更嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)指標(biāo)（見表4）。

5結(jié)論

 (1)汽溫、汽壓、功率自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)提高與增加機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有著密切的關(guān)系，因此提倡將閉環(huán)優(yōu)化控制系統(tǒng)作為提高經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)手段，并按照新編電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠優(yōu)化控制系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則第2部分：協(xié)調(diào)及汽溫優(yōu)化控制系統(tǒng)驗(yàn)收測試》進(jìn)行驗(yàn)收。

 (2)自動(dòng)控制系統(tǒng)對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估應(yīng)以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的方法實(shí)現(xiàn)。

 (3)對于帶噴嘴節(jié)流調(diào)節(jié)的機(jī)組，采用閥點(diǎn)滑壓設(shè)定回路、對于無噴嘴全周進(jìn)汽機(jī)組，采用凝結(jié)水節(jié)流證明是有效的改進(jìn)經(jīng)濟(jì)性的手段。

 (4)適當(dāng)降低亞臨界機(jī)組的汽包水位定值能夠獲得無煤耗功率。