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百万机组基于凝结水调负荷的节能型协调控制系统开发与应用

编辑:   发布时间:2018-09-17

一、项目背景

     广东国华粤电台山发电有限企业7 号机组锅炉为上海锅炉厂生产的超超临界压力直流锅炉,为3091t/h 超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉,单炉膛塔式布置、四角切向燃烧、摆动喷嘴调温、平衡通风、全钢架悬吊结构、露天布置。汽轮机采用上海汽轮机有限企业引进德国西门子技术生产的1000MW 超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机,型号为N1000-26.25/600/600(TC4F);机组采用八级回热抽汽。DCS 系统采用和利时企业生产的分散控制系统,包括模拟量闭环控制系统(MCS)、机组顺序控制系统(SCS)、电气部分发变组及厂用电的监控(ECS)、锅炉安全保护系统(FSSS)、给水泵汽机电液调节系统(MEH)等,是一套软硬件一体化的完成机组各项控制功能的完善的控制系统。汽轮机控制系统(DEH)由上海汽轮机厂配套提供,采用西门子企业的控制系统。

     该机组为上汽-西门子合作生产的1000MW 汽轮机,为具有代表性的全程滑压、全周进汽、单阀调节的超(超)临界机组。为了加快负荷响应速度,满足南方电网AGC 及一次调频考核要求,该机组自投产以来一直采用以锅炉跟随为基础的CCS 协调控制方式(CBF 方式)。这种控制方式需要汽机高压调门节流调节,高压缸节流损失较大。对于此类型的全周进汽、单阀调节的超(超)临界机组,汽机高压调门全开或者接近全开运行,机组最经济,但高调门全开后,机组变负荷初期无蓄热可用,变负荷性能将难以满足电网调峰调频的需求,因此不得不采用汽机调门节流,机组的运行经济性有所降低。

     为了提高机组运行经济性,实现节能减排,并能够兼顾电网AGC 变负荷和一次调频等涉网性能,本项目基于凝结水调负荷技术设计开发了一套全新的节能型协调控制系统。新的协调控制系统结合了凝结水节流参与负荷调节、锅炉智能超调等技术,将传统的CBF 方式转换为汽机高压调门全开的CTF 方式,降低了汽机高压调门的节流损失调节,通过有效利用机组回热系统的蓄能,并与锅炉侧的控制优化合理结合,最终实现了机组运行经济性和变负荷性能的有效统一。

二、成果先容

2.1工作原理

     凝结水调负荷技术是一种利用蓄能的技术,利用的是汽机回热/加热系统中蓄能的变化,在不影响机组的经济性或者对机组经济运行影响最小的情况下,达到较快变负荷性能。凝结水调负荷基本工作原理是指在机组变负荷时,在凝汽器和除氧器允许的水位变化范围内,改变凝泵出口调门的开度,改变凝结水流量,从而改变抽汽量,暂时获得或释放一部分机组的负荷。机组有加负荷需求时,关凝汽器出口调门,减小凝结水流量,从而减小低加的抽汽量,增加蒸汽做功的量,使机组负荷增加。此时,除氧器水位下降,凝汽器水位上升。机组有减负荷需求时,开凝汽器出口调门,增加凝结水流量,从而增加低加的抽汽量,减小蒸汽做功的量,使机组负荷减小。此时,除氧器水位上升,凝汽器水位下降。因此,凝结水调负荷是协调凝结水管路中凝结水流量的变化,在确保除氧器和凝汽器两个容器的水位变化处于正常工作范围内的前提下,利用机组正常的热力循环,改变机组负荷。

     需要指出凝结水调负荷作为机组变负荷的辅助手段,主要用于提高变

     负荷初期的负荷响应,机组最终的负荷响应仍然取决于锅炉侧燃烧率的变化。

2.2工作成果

     通过一年多的凝结水调负荷功能控制方案设计与现场调试优化工作,台电7 号机组实现了CTF 汽机高压调门全开的运行方式,并且机组负荷响应效果符合预期目标,初步具备了凝结水调负荷功能投用的能力。1) 采用汽机高压调门全开的CTF 协调控制方式,基本消除了高压调门的节流损失,提高机组运行经济性,实现节能减排;2) 利用凝结水节流参与负荷调节来加快变负荷初期的响应速度,优化锅炉燃烧率控制来提高机组变负荷能力,能满足电网对机组AGC 变负荷的性能要求;3) 凝结水调负荷参与机组AGC、一次调频功能的维护与优化是一项长期的工作,需要长时间的跟踪观察投用情况,不断调整控制逻辑及参数,以满足电网调度的要求。

三、成果实施应用

     汽机高压调门全开后的经济性得益主要有以下几个方面:一是调门全开后,阀门节流损失大幅降低,高压缸效率上升,使得汽轮机热耗率下降;由于调门全开后,主蒸汽压力下降,使得循环热效率下降,两者相抵扣,机组的经济性仍会有提高。二是由于主蒸汽压力降低,使得给水泵的耗功下降,驱动给水泵的蒸汽量(或用电量)下降,带来经济性得益。三是由于调门全开后,在同样的主蒸汽温度下,调门后的温度会上升,使得高压缸排汽温度上升,热再温度也会有所上升,对于原先热再温度偏低的机组其经济性得益不容忽视。

     保守估算台电7 号机组年平均负荷率75%条件基础上,采用汽机调门全开凝结水调负荷运行方式后供电煤耗下降0.9g/KWh 以上。

四、经济社会效益

     百万机组凝结水调负荷项目,具有良好的节能效果,该项目通过凝结水调负荷功能控制方案设计与现场调试优化工作,实现了台电百万机组凝结水调负荷功能,具有良好的示范效果。

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