由于机组对锅炉燃烧率的响应有较大的延迟和惯性,而调门变化时,电负荷变化较快,所以当有变负荷要求时,应适当动作汽机调门,在主蒸汽压力允许的范围内,充分利用锅炉的蓄热加快机组初期的负荷响应速度。
变负荷时,如果燃烧率不超调,机组的负荷变化的平均速度比较慢(如图7-1-6所示),即使用CCBF方式,从能量平衡角度分析,变负荷时改变调门开度(利用蓄热)无非是使锅炉的热量提前释放出来一些,其平均变负荷速度不为提高,所以要提高机组的变负荷速度必须适当超调锅炉的燃烧率,使锅炉热负荷快速跟上电负荷的变化要求,及时与电负荷平衡,并使主蒸汽压力快速恢复。当机组负荷接接近上限时,其燃烧率向上的超调较小,此时机组向上变负荷的速度较小;同样,当机组负荷接接近上限时,机组向下变负荷的速度较小。
以上二点是提高机组负荷调节性能的基本思想,所有协调控制系统的控制策略和调整试验都应实现这个基本思想。
一、 机跟炉为基础的协调控制系统的改进
在大部分机跟炉为基础的协调控制系统中,尽管系统在调门侧设计了前馈作用,负荷指令变化时,系统能快速改变调门开度,使负荷马上变化。但由于主蒸汽压力同时变化,主蒸汽压力调节系统又使调门朝负荷指令相反的方向变化,出现负荷先变化,随后马上返回的现象,这样的负荷调节性能是不能满足调度要求的。
为了改善这种调节方式下的初期负荷响应性能,对原系统进行改进,增加图7-2-6虚线框内的功能,在变负荷过程中,系统根据机组负荷与负荷指令的偏差改变主蒸汽压力定值,避免了变负荷过程中调门返调现象,使系统能更好地利用锅炉蓄热,来消除负荷响应的延迟,并且主蒸汽压力变化的幅度和速度限制在允许的范围内。
二、 炉跟机为基础的协调和DEB控制系统的改进
为了防止主蒸汽压力变化过大,在“炉跟机”为基础的协调控制系统中,都设计了防止主蒸汽压力变化过大的功能。一般的做法是:当主蒸汽压力与其定值偏差过大时,调门参与主蒸汽压力调节,同样出现调门变化方向与负荷指令相反的现象。在大部分“直接能量平衡(DEB)”协调控制系统中也存在同样的问题。
为此,对“炉跟机” 为基础的协调控制方式进行改进,构成图7-2-7所示的“炉跟机”为基础的协调控制系统。图7-2-7和图7-2-8中,通过“H/L”、“T2”和“T3”完成防止主蒸汽压力变化过大的功能,在变负荷过程中,如果主蒸汽压力偏低,系统禁止调门开;如果主蒸汽压力偏高,系统禁止调门关。这样系统避免了变负荷过程中调门返调的现象,又保证了机组安全、稳定地运行。
以上三种协调控制系统都采用了前馈-反馈调节,以负荷指令作为前馈,以电负荷和主蒸汽压力作为反馈量,构成一个完整的协调控制系统,由于汽机指令调节负荷较快,当由调门调节负荷时,负荷指令的前馈可以不用。在负荷指令变化时,系统通过合适比例前馈作用快速变化调门开度,达到消除或减小负荷响应延迟的目的;与此同时,系统通过合适比例-微分前馈作用超调锅炉燃烧率,及时恢复锅炉的蓄热,减小主蒸汽压力的动态偏差,并使机组负荷较快地变化。对于“直接能量平衡(DEB)”协调控制系统,也可用能量信号作为锅炉的前馈。
负荷指令的给定方式有两种,AGC方式下,负荷指令由调度给定;非AGC方式下,负荷指令由运行人员给定。为了保证机组的安全,负荷指令设置了高、低限幅和速率限制,使机组以允许的负荷变化率运行在安全的负荷范围内。
三、 提高机组滑压方式下负荷响应速度的方案
前面已经提到滑压方式下机组的负荷响应比较慢,为了提高滑压方式下机组的负荷响应速度,在变负荷过程先保持定压运行,使机组达到定压时的变负荷速度,待机组完成变负荷后再进行变压运行,这样即满足了快速变负荷的要求,又能在稳态时实现机组的滑压运行要求。在图7-2-6、图7-2-7和图7-2-8设置了一个切换开关“T1”,实现变负荷时保持主蒸汽压力定值不变的功能。
四、 一些不成熟的提高燃煤机变负荷速度的设想和方法
1.改变汽机抽汽量来快速响应电负荷变化要求
由(式7-1-10)和(式7-1-10)可知,改变汽机的抽汽量能快速改变机组的电负荷,减少抽汽量电负荷增加;反之,增加抽汽量电负荷减少。汽机的抽汽主要用于高压和低压加热器,抽汽量会随进入加热器的凝结水量和给水量变化。由于给水量必须要满足锅炉工质平衡要求,所以改变高压加量的抽汽量来满足负荷要求会影响机组的安全运行,而低加处于凝汽器和除氧器之间,这二个大容器对工质的平衡有较大的缓冲作用,所以通过改变凝结水流量,使低加抽汽量变化,响应电负荷变化要求应该是可行的,其负面影响是会降低机组的热效率。
另外可以在抽汽系统中设置一个大容量的加热器作为蓄能器,调节它的抽汽量来快速响应电负荷变化要求,这一设想在已经投运的机组是很难实现的,可以在新建机组上做试点。
2.改变减温水量来快速响应电网的变负荷要求
由于减温水直接进入过热器,它对电负荷的影响是比较快的,尤其是一级减温水由于其流量较大,对机组电负荷会有较大幅度的影响。对于汽包炉,锅炉加负荷时,炉膛和烟道中的烟气热负荷同步增加,但锅炉的蒸发量增加有一定的延迟,此时布置在烟道中的过热器吸热会相对过多,汽温会偏高,所以加负荷时增加减温水一方面能有助于汽温调节,另一方面能较快地响应电负荷变化要求;同理,减负荷时,可以减少减温水来较快地响应电负荷变化要求。
但由于锅炉的燃烧和汽水的动态变化比较复杂,此方法使用不当会引起机组运行不稳定,所以电厂一般不愿意尝试。此方法不易在直流炉上使用。
3.加速制粉系统的出粉速度
对于直吹式制粉系统,由于整个制粉过程有较大的延迟,严重影响机组的负荷调节性能,所以加快其制粉速度是很有用的。直吹式制粉系统由一次风干燥和输送,变负荷时适当超调一次风量(热风)能加快直吹式制粉系统出粉量的变化。一次风量的超调如过大,加负荷时,会降低煤粉细度,燃烧经济性下降;减负荷时,会引起煤粉管堵塞,甚至造成磨煤机跳闸。
三、 AGC对机组的影响
目前AGC方式下,调度中心直接调度到某台机组(在此称为单机AGC方式),电网的变负荷要求一般按比例分配给投入AGC运行的机组,该方式存在以下问题。
1.AGC对机组寿命的影响
由于电网负荷频繁变化,使投入AGC的机组始终处于变化状态,机组的煤、风、水频繁变化,蒸汽压力和温度大幅度频繁波动,对机组的寿命有较大负面影响。另外辅机、阀门、挡板等设备频繁动作,降低了这些设备的使用寿命。
2.AGC对机组运行经济性的影响
目前的AGC没有考虑经济分配负荷,尽管调度的AGC有经济分配功能,但由于机组给调度的信息不够,在调度侧不可能做到各台机组的负荷经济分配。在厂网分开后,全网负荷经济分配变成一个发电经济实体的负荷经济分配,所以调度更不可能实现负荷的经济分配。
3.机组负荷调节存在断点
单机AGC方式下,由于机组磨煤机的启动或停止,机组参数越限造成负荷闭锁增或减,以及其他原因,机组有时不能响应调度的变负荷要求,所以每台机组负荷调节是不连续的。另外由于煤质变化和机组运行工况变化,机组的负荷调节范围也会发生变化。
4.AGC对机组运行稳定性的影响
根据上面的分析,机组的负荷调节过程是下个相当长的过程,有一个变负荷要求后,一般要半小时左右,调节系统才能达到稳定。按调节原理,上一级(电网AGC)调节系统的频率应比下一级(机组CCS)调节系统低,机组CCS才能达到稳定,但由于电网负荷变化比较频繁,实际AGC负荷指令变化频率经常会超过机组CCS调节频率,调节系统始终处于频繁的调节状态,机组不能稳定运行,主蒸汽压力和温度,再热温度大幅度频繁变化,严重影响机组的稳定运行。