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案例頻道 1. 項(xiàng)目背景介紹
發(fā)電機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)（APS）就是將全廠的主、輔機(jī)連貫起來，以最有效、最可靠、最合適的操作方式組合成控制程序，由電子計(jì)算機(jī)不斷執(zhí)行、判斷，去完成全廠的機(jī)組啟停任務(wù)。APS能有效簡化操作、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少誤操作、縮短啟停時(shí)間、減小機(jī)組壽命消耗，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此，對(duì)發(fā)電機(jī)組，特別是大容量超超臨界發(fā)電機(jī)組的APS技術(shù)研究，是近年來電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。由于超超臨界機(jī)組容量大、參數(shù)高、系統(tǒng)復(fù)雜，安全性問題突出，研究APS意義更加重大。
APS技術(shù)的研究，國外起步比較早，亞臨界機(jī)組已有實(shí)際的應(yīng)用，國內(nèi)個(gè)別由外國公司總承包的工程也有實(shí)現(xiàn)的例子，如由日本三菱公司總承包的珠海發(fā)電廠2×700MW亞臨界機(jī)組，就成功應(yīng)用了APS。而對(duì)超超臨界機(jī)組的APS技術(shù)，國內(nèi)、外多家研究機(jī)構(gòu)一直都在研究這一課題，但由于一些技術(shù)難題未取得突破，在本項(xiàng)目之前，超超臨界機(jī)組還沒有APS應(yīng)用的例子。
國內(nèi)首臺(tái)百萬千瓦超超臨界機(jī)組于2006年11月在華能玉環(huán)電廠投入商業(yè)運(yùn)行，截止到2007年底，共有6臺(tái)1000MW機(jī)組投入運(yùn)行，但沒有一臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)APS。其中最大的困難在于：超超臨界機(jī)組參數(shù)高、耦合特性復(fù)雜、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，可控性差，實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制困難。同時(shí)，鍋爐點(diǎn)火、投油和投煤粉，以及干濕態(tài)轉(zhuǎn)換、旁路轉(zhuǎn)換等過程的自動(dòng)控制無法實(shí)現(xiàn)。另外，鍋爐給水、燃燒、機(jī)組負(fù)荷等的控制無法做到全程自動(dòng)。
華能海門電廠一期工程2×1036MW超超臨界發(fā)電機(jī)組是廣東省電源建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目和國家重點(diǎn)工程。為提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和自動(dòng)化水平，項(xiàng)目組擬在華能海門電廠一期工程開展超超臨界機(jī)組APS技術(shù)的研究和應(yīng)用。
從2008年初開始，項(xiàng)目組以華能海門電廠一期工程2×1036MW機(jī)組為研究對(duì)象，開展百萬千瓦超超臨界機(jī)組APS技術(shù)研究，對(duì)百萬千瓦超超臨界機(jī)組實(shí)現(xiàn)機(jī)組自啟停控制的技術(shù)難題進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)研究。
2. 項(xiàng)目目標(biāo)與原則
以華能海門電廠一期2×1036 MW超超臨界機(jī)組為主要研究對(duì)象，開展百萬千瓦超超臨界機(jī)組APS技術(shù)研究及應(yīng)用，對(duì)百萬千瓦超超臨界機(jī)組實(shí)現(xiàn)APS的技術(shù)難題進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)。解決超超臨界機(jī)組啟停過程復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)啟停過程自動(dòng)控制的難題；解決超超臨界機(jī)組特性復(fù)雜，可控性差，無法實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制的難題；解決超超臨界機(jī)組一些特殊過程的強(qiáng)非線性，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的難題，實(shí)現(xiàn)百萬千瓦超超臨界發(fā)電機(jī)組的APS功能，然后，推廣APS技術(shù)到其他機(jī)組的應(yīng)用。
3. 項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用情況詳細(xì)介紹
本項(xiàng)目于2005年開始進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，主要研究和消化國外亞臨界汽包爐火電機(jī)組的APS技術(shù)，并于2006年和2008年分別將APS技術(shù)應(yīng)用于湛江奧里油發(fā)電廠工程和沙角C電廠控制系統(tǒng)改造工程。從2008年開始，本課題正式立項(xiàng)，以華能海門電廠一期2×1036 MW超超臨界機(jī)組為主要研究對(duì)象，開展百萬千瓦超超臨界機(jī)組APS技術(shù)研究及應(yīng)用。
3.1 實(shí)施與應(yīng)用的詳細(xì)情況
課題組的“百萬千瓦超超臨界機(jī)組自啟停控制技術(shù)研究及應(yīng)用”研究成果，于2009年底，成功應(yīng)用于華能海門電廠一期2×1036MW兩臺(tái)機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了全廠所有熱工過程的全程自動(dòng)控制；實(shí)現(xiàn)了鍋爐點(diǎn)火、投油和投煤粉、以及干濕態(tài)轉(zhuǎn)換、旁路轉(zhuǎn)換等過程的自動(dòng)控制；實(shí)現(xiàn)了鍋爐給水、燃燒、機(jī)組負(fù)荷等的全程自動(dòng)控制。兩臺(tái)機(jī)組自投產(chǎn)以來，機(jī)組每次啟停都采用了APS功能。
海門電廠應(yīng)用課題組的研究成果后，大大減輕了機(jī)組啟停過程中的人工操作勞動(dòng)強(qiáng)度、規(guī)范了機(jī)組啟停的操作程序、簡化操作、減少了誤操作的可能、提高了機(jī)組的整體安全性能，同時(shí)也縮短了機(jī)組啟停時(shí)間，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)組啟動(dòng)和停止過程中，鍋爐加熱膨脹和冷卻收縮均勻、汽輪機(jī)受熱和冷卻均勻，大大降低了機(jī)組啟停過程中的熱應(yīng)力，減小了機(jī)組啟停過程的壽命消耗，延長了機(jī)組的壽命。機(jī)組多次的啟動(dòng)和停止結(jié)果表明，采用APS能使機(jī)組啟動(dòng)縮短約5小時(shí)、停機(jī)過程縮短約1小時(shí)。
海門電廠的給水全程控制、送/引風(fēng)全程控制、燃料全程控制、負(fù)荷全程控制、除氧器水位及凝結(jié)水泵變頻控制等控制策略的應(yīng)用，自動(dòng)熱態(tài)清洗、干/濕態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)換、主汽溫控制等特殊控制技術(shù)的實(shí)施，機(jī)組在啟停過程中、以及正常運(yùn)行過程中，始終保持各控制參數(shù)在最佳狀態(tài)，保證了機(jī)組的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為機(jī)組的節(jié)能減排、低碳、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行打下基礎(chǔ)。
研究成果不僅可在1000MW機(jī)組上應(yīng)用，還可在600MW、300MW的新、老機(jī)組上推廣應(yīng)用，目前該項(xiàng)目所涉及的技術(shù)已成功應(yīng)用到廣東省湛江奧里油電廠2×600MW燃油機(jī)組、珠海金灣電廠2×600MW超臨界機(jī)組、沙角C廠1、2、3號(hào)機(jī)組（660MW）控制系統(tǒng)改造、汕尾電廠2×660MW超超臨界機(jī)組和江蘇省利港電廠4號(hào)機(jī)組（300MW）的自啟停控制系統(tǒng)中。
研究成果中的一些模塊化技術(shù)，例如全程給水控制技術(shù)、風(fēng)煙系統(tǒng)全程自動(dòng)控制技術(shù)、除氧器水位全程控制技術(shù)、燃料全程控制技術(shù)等，具有良好的推廣空間，這些模塊化的技術(shù)已成功應(yīng)用到沙角A電廠、茂名5、6號(hào)機(jī)組、惠來電廠，效果同樣顯著。
3.2 突出項(xiàng)目創(chuàng)新性、重點(diǎn)與難點(diǎn)問題及解決思路等
針對(duì)本項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)，提出以下創(chuàng)新性的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組自啟停功能。
一、提出一個(gè)適應(yīng)百萬千瓦超超臨界機(jī)組特性的APS體系框架技術(shù)，解決超超臨界機(jī)組啟停過程復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)啟停過程自動(dòng)控制的難題。
超超臨界機(jī)組啟停過程復(fù)雜，操作的設(shè)備繁多，還有很多設(shè)備需要就地操作，同時(shí)現(xiàn)場設(shè)備情況復(fù)雜多變，有時(shí)還會(huì)遇到某些設(shè)備狀態(tài)反饋不正確、閥門開關(guān)不到位等故障，因此，機(jī)組每次啟停過程的操作順序都有可能不一樣，要實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)啟停控制是非常困難的。國內(nèi)曾有按機(jī)組正常的啟停操作順序來設(shè)計(jì)APS控制程序的例子，結(jié)果由于控制程序太過死板，對(duì)現(xiàn)場設(shè)備要求太過苛刻，控制程序根本就無法運(yùn)行，以失敗告終，并把失敗的原因歸咎于國產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量。其實(shí)，APS沒能實(shí)現(xiàn)，還有一個(gè)重要原因是沒能找到一個(gè)合適的APS體系框架結(jié)構(gòu)，致使控制程序靈活性不夠，通用性不強(qiáng)。
通過對(duì)超超臨界機(jī)組的運(yùn)行特性進(jìn)行分析研究，經(jīng)過大量的實(shí)踐和試驗(yàn)，并用仿真進(jìn)行了測試，研究出一個(gè)適應(yīng)超超臨界機(jī)組特性的APS體系框架技術(shù)，成功解決了百萬千瓦機(jī)組APS無法實(shí)現(xiàn)的難題！
(1)提出了一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)百萬千瓦機(jī)組APS的結(jié)構(gòu)方式。采用了4層金字塔形結(jié)構(gòu)，每層任務(wù)明確，層與層之間接口界限分明、結(jié)構(gòu)清晰。采用這種結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了SCS與MCS、FSSS等的整合、協(xié)調(diào)，靈活、安全、穩(wěn)定，相對(duì)于按機(jī)組啟動(dòng)順序的結(jié)構(gòu)方式，能更好地解決問題，實(shí)現(xiàn)APS。
(2)針對(duì)百萬千瓦機(jī)組工藝流程，開發(fā)出具有容錯(cuò)功能的系統(tǒng)功能組，容錯(cuò)性適應(yīng)各種工況條件，安全性高。(a)功能組每個(gè)指令完成的條件判斷是根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)來綜合判斷，而不單是根據(jù)現(xiàn)場的反饋信號(hào)來簡單判斷，這樣更適合于中國的設(shè)備情況，系統(tǒng)的局部故障不會(huì)影響到系統(tǒng)的安全；(b)每個(gè)功能組的每一個(gè)指令的設(shè)計(jì)，均全面考慮到出現(xiàn)故障時(shí)的處理邏輯，確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全。而常規(guī)的功能組設(shè)計(jì)均是按正常情況下來考慮，若出現(xiàn)局部故障，均需要人手動(dòng)操作來保證系統(tǒng)的安全，而采用本項(xiàng)目提出的容錯(cuò)技術(shù)后，局部的故障無需人為干預(yù)，自動(dòng)按最安全的方案進(jìn)行處理，僅僅是發(fā)出報(bào)警，提示現(xiàn)場有故障；(c)不管現(xiàn)場的設(shè)備開始時(shí)處于什么樣的狀態(tài)，功能組都能啟動(dòng)，而且是安全的，不用擔(dān)心會(huì)出現(xiàn)安全問題。如一個(gè)給水泵啟動(dòng)功能組，在泵啟動(dòng)過程中要先關(guān)出口門再啟動(dòng)，功能組啟動(dòng)前，若給水泵已被手動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行，則功能組會(huì)通過判，自動(dòng)跳過關(guān)門及已經(jīng)運(yùn)行的步驟，自動(dòng)找到未完成的任務(wù)接著自動(dòng)完成。而常規(guī)的功能組，則不允許啟動(dòng)功能組，若啟動(dòng)，由于沒有對(duì)這個(gè)給水系統(tǒng)進(jìn)行綜合的判斷，會(huì)先關(guān)泵出口門，這樣就造成在運(yùn)行的給水泵跳閘，危及機(jī)組安全；(d)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員只需看報(bào)警，無需擔(dān)心功能運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的發(fā)生。容錯(cuò)性是保證安全的手段，只有安全得到保證，才能使功能組的運(yùn)行是“真正自動(dòng)”，無需人為監(jiān)視。
(3)研究和開發(fā)了具有自適應(yīng)控制功能的APS與SCS、MCS的接口技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)全程控制打下了基礎(chǔ)。APS系統(tǒng)的成功投運(yùn)，離不開各個(gè)功能組和MCS系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動(dòng)作、密切配合，各個(gè)系統(tǒng)共同完成。MCS系統(tǒng)與APS系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)關(guān)系到APS系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵。(a)實(shí)現(xiàn)與APS的接口，提出自動(dòng)自舉的概念。即無論機(jī)組在運(yùn)行狀態(tài)還是停機(jī)狀態(tài)，MCS系統(tǒng)所有調(diào)節(jié)系統(tǒng)都在自動(dòng)位，等待工藝系統(tǒng)滿足需要調(diào)節(jié)時(shí)，自動(dòng)系統(tǒng)才進(jìn)行PID運(yùn)算（自動(dòng)控制方式AUTO CONTROL），否則處于預(yù)置值的跟蹤狀態(tài)（自動(dòng)備用AUTO STANDBY），這種由自動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入PID調(diào)節(jié)而無需任何人為干預(yù)的控制方式轉(zhuǎn)換，稱為自動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)自舉；(b)自動(dòng)系統(tǒng)處于自動(dòng)方式后，不論其在AUTO CONTROL還是AUTO STANDBY方式，都無需任何人為的干預(yù)，系統(tǒng)能自動(dòng)滿足機(jī)組運(yùn)行的需要；(c) 對(duì)于有兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)調(diào)節(jié)一個(gè)參數(shù)時(shí)（如送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵等），第二臺(tái)設(shè)備進(jìn)入真自動(dòng)時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)緩慢將執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)平，在調(diào)平的過程中同時(shí)聯(lián)系過程控制量，若過程量偏差大則暫停，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的調(diào)平過渡控制；(d) 對(duì)于給水泵較為重要和特殊性的設(shè)備，設(shè)計(jì)自動(dòng)并泵/退泵控制回路，當(dāng)給水泵需要并入或退出時(shí)，由并泵/退泵回路自動(dòng)完成，而不是直接投入自動(dòng)。并泵完成后自動(dòng)投入M/A站自動(dòng)，退泵完成后自動(dòng)退出M/A站自動(dòng)。
二、開發(fā)出百萬千瓦機(jī)組自啟停全程控制技術(shù)，解決了超超臨界機(jī)組特性復(fù)雜，可控性差，無法實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制的難題。
火電廠熱工過程非線性嚴(yán)重，存在時(shí)變性，強(qiáng)耦合性和不確定性，超超臨界機(jī)組容量大、參數(shù)高、被控參數(shù)耦合特性更加復(fù)雜、相互間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，而且變化又很快，對(duì)象模型在機(jī)組啟停過程中變化特別大，可控性非常差，要實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制非常困難，目前國內(nèi)外也只能做到極為少數(shù)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全程控制，如給水全程控制，而本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的整個(gè)熱工過程全程自動(dòng)控制，這在國內(nèi)外屬首次。每個(gè)自動(dòng)回路都根據(jù)被控制對(duì)象特性相應(yīng)采取了大量的容錯(cuò)技術(shù)和一些先進(jìn)控制技術(shù)，解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，整個(gè)熱工過程在各種工況下控制穩(wěn)定、安全可靠，調(diào)節(jié)品質(zhì)高。
(1)開發(fā)了從鍋爐管道注水到機(jī)組帶滿負(fù)荷的給水全程控制技術(shù)。給水全程控制已經(jīng)是一個(gè)非常古老的課題了，現(xiàn)在的火電機(jī)組無一例外地設(shè)計(jì)了給水全程控制系統(tǒng)，但由于設(shè)備選型限制及受機(jī)組自動(dòng)化水平限制等種種因素，目前國內(nèi)的給水全程控制系統(tǒng)，基本上都不能真正實(shí)現(xiàn)“全程自動(dòng)”，或多或少地需要人為的干預(yù)。尤其是在機(jī)組啟動(dòng)和停止過程中，往往需要專人來負(fù)責(zé)給水系統(tǒng)的操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，有時(shí)干預(yù)不及時(shí)或操作不當(dāng)，引起給水流量較大的波動(dòng)，甚至造成機(jī)組跳閘事故。這在機(jī)組啟/停過程中的給水管路和閥門的切換、給水泵并列/解列等操作過程中尤為突出。本項(xiàng)目的給水全程技術(shù)，很好地解決了上述問題，實(shí)現(xiàn)了電泵控制系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)和停運(yùn)、汽動(dòng)給水泵系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)和停運(yùn)，完成機(jī)組啟動(dòng)過程中旁路給水調(diào)節(jié)閥、電泵轉(zhuǎn)速控制、電泵最小流量調(diào)節(jié)閥、主給水電動(dòng)門、汽泵轉(zhuǎn)速控制、汽泵最小流量調(diào)節(jié)閥等多個(gè)設(shè)備的全程自動(dòng)控制以及控制方式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。主要特點(diǎn)：(a)在1000MW機(jī)組上實(shí)現(xiàn)真正意義上的與APS系統(tǒng)相融合的給水程控制，實(shí)現(xiàn)從鍋爐管道注水到機(jī)組滿負(fù)荷全程給水自動(dòng)控制，無需任何的人為干預(yù)；(b)采取有效措施，實(shí)現(xiàn)了主給水管道采用電動(dòng)閘閥的給水管道無擾切換；(c)成熟的、完善的、模塊化設(shè)計(jì)的給水泵無擾自動(dòng)并列/解列技術(shù)，采用了自適應(yīng)的并泵/退泵速率、流量偏置、再循環(huán)門和出水平衡等控制技術(shù)，很好地解決了并泵/退泵過程中的流量擾動(dòng)問題，實(shí)現(xiàn)了又快又穩(wěn)的并泵/退泵過程；(d)全程給水控制技術(shù)真正做到了“零手動(dòng)”、“高品質(zhì)”的要求，既提高了機(jī)組的自動(dòng)化水平，也確保了機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定。
(2)具有自動(dòng)并退及出力自動(dòng)平衡功能的送/引風(fēng)全程控制技術(shù)。常規(guī)的送、引風(fēng)控制系統(tǒng)，往往需要人工將送、引風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉投入自動(dòng)，還需要一定的人為干預(yù)（如進(jìn)行設(shè)定值操作、手動(dòng)調(diào)整出力平衡、手動(dòng)調(diào)整偏置等），系統(tǒng)才能正常運(yùn)行。而要實(shí)現(xiàn)APS功能，送、引風(fēng)的控制必須是全程自動(dòng)、無需任何人為干預(yù)就能正常投入運(yùn)行，同時(shí)，也必須是安全和穩(wěn)定可靠的。本項(xiàng)目的送/引風(fēng)全程控制技術(shù)，很好地解決了上述問題，實(shí)現(xiàn)了送、引風(fēng)機(jī)的自動(dòng)并入和退出，無論在啟動(dòng)還是停止過程中，過程參數(shù)均為閉環(huán)監(jiān)控狀態(tài)，使得系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止過程平穩(wěn)和安全可靠。實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)出力自動(dòng)平衡功能，保證風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。主要特點(diǎn)：(a)具有自動(dòng)并、退功能，并退速度是自適應(yīng)的閉環(huán)控制，非常安全和穩(wěn)定； (b)風(fēng)力出力平衡自動(dòng)控制，全程無需運(yùn)行人員設(shè)置偏置，真正做到了全自動(dòng)； (c)考慮了許多防失速、防喘振的措施，還設(shè)計(jì)了引風(fēng)控制的大偏差控制回路，保證爐膛負(fù)壓控制的穩(wěn)定可靠。
(3)開發(fā)了從鍋爐點(diǎn)火到滿負(fù)荷運(yùn)行的燃料全程控制技術(shù)。如何實(shí)現(xiàn)機(jī)組從點(diǎn)火初期到機(jī)組投協(xié)調(diào)控制（CCS）過程中燃料的自動(dòng)增加和減少控制，以及降負(fù)荷過程中協(xié)調(diào)退出后燃料的減少是實(shí)現(xiàn)百萬超超臨界機(jī)組APS的一大難題。對(duì)百萬超超臨界機(jī)組的全程燃料控制策略進(jìn)行了深入研究，提出了適用于與APS協(xié)調(diào)控制的從鍋爐點(diǎn)火到滿負(fù)荷燃料的全程自動(dòng)控制策略，解決了這一重大難題，實(shí)現(xiàn)了從等離子點(diǎn)火、第一臺(tái)制粉系統(tǒng)啟動(dòng)到滿負(fù)荷過程中燃料的自動(dòng)增加及制粉系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)的全程控制。主要特點(diǎn)：平穩(wěn)增加燃料，升溫、升壓非常平穩(wěn)，鍋爐受熱膨脹平穩(wěn)，減少了鍋爐的應(yīng)力，效果非常好。
(4) 開發(fā)了機(jī)組負(fù)荷全程自動(dòng)控制技術(shù)。負(fù)荷全程自動(dòng)控制是APS的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)的例子非常少，負(fù)荷全程自動(dòng)控制的難點(diǎn)主要是在CCS投運(yùn)前的負(fù)荷控制問題。目前現(xiàn)有的機(jī)組啟動(dòng)、停止過程的升降負(fù)荷過程基本上是通過手動(dòng)控制燃料的增減，使得負(fù)荷值的增長不穩(wěn)定，不能很好地滿足機(jī)組升負(fù)荷的要求，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)超溫、超壓等現(xiàn)象，有時(shí)還造成汽輪機(jī)加熱/冷卻過程不均勻，引起應(yīng)力增大等問題。本項(xiàng)目優(yōu)化高壓旁路壓力控制策略及提出新的升/降負(fù)荷控制策略，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷全程自動(dòng)控制，很好地解決了機(jī)組啟、停過程中的超溫、超壓的問題，升降負(fù)荷過程中，汽輪機(jī)的加熱、冷卻過程平穩(wěn)。
(5) 開發(fā)了具有凝結(jié)水母管壓力自適應(yīng)的除氧器水位全程控制技術(shù)等。發(fā)電機(jī)組將凝結(jié)水泵改造為變頻泵，節(jié)省了廠用電，已有很多成功的例子。但由于采用的控制方案仍有不少缺點(diǎn)和存在不少問題：1、凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥無法全開，受凝結(jié)水用戶的限制；2、對(duì)凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥指令函數(shù)進(jìn)行整定，工作量大，運(yùn)行中常常出現(xiàn)凝結(jié)水壓力波動(dòng)大，需手動(dòng)干預(yù)；3、為滿足工藝安全的需要，凝結(jié)水壓力整定得比較高，節(jié)流損失大，沒有充分利用變頻節(jié)能的潛力。如目前投運(yùn)的1000MW機(jī)組為滿足工藝安全的需要，凝結(jié)水壓力整定為2.5MPa，且為開環(huán)控制，有時(shí)高達(dá)3.5MPa，浪費(fèi)了大量的廠用電。本項(xiàng)目針對(duì)上述問題，對(duì)除氧器水平調(diào)節(jié)進(jìn)行了全面的優(yōu)化和完善，采用了凝結(jié)水母管壓力自適應(yīng)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了除氧器水平全程調(diào)節(jié)，同時(shí)解決了存在的問題，實(shí)現(xiàn)了在各個(gè)負(fù)荷段凝結(jié)水壓力均能保持穩(wěn)定，而且降低到1.7MPa。與目前常用的控制方案相比，本項(xiàng)技術(shù)，既能保證除氧器水位和凝結(jié)水壓力的穩(wěn)定，同時(shí)節(jié)能效果進(jìn)一步提高，節(jié)能效果顯著。如在海電廠的應(yīng)用中，凝結(jié)水母管壓力由原來的2.5MPa降至1.7MPa，在原來變頻已經(jīng)節(jié)電的基礎(chǔ)上，可再節(jié)電240萬kwh/年；原設(shè)計(jì)在450MW以下才一臺(tái)泵運(yùn)行，采用全程調(diào)節(jié)后，低于550MW即自動(dòng)停一臺(tái)凝泵，節(jié)省廠用電80萬kwh/年。采用本項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了與APS的接口，全程維持著凝結(jié)水壓力穩(wěn)定，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，真正做到全程高品質(zhì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)，最低的凝結(jié)水壓力設(shè)置又達(dá)到了最佳的節(jié)能效果。
三、提出百萬千瓦超超臨界鍋爐自啟停特殊過程的控制策略，解決了超超臨界機(jī)組一些特殊過程的強(qiáng)非線性，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的難題。
目前，國內(nèi)外超超臨界機(jī)組的一些特殊過程的自動(dòng)控制一直都未能實(shí)現(xiàn)，這些過程的非線性特別強(qiáng)，大遲延特別嚴(yán)重，自動(dòng)控制極易不穩(wěn)定而發(fā)散，安全得不到保證。本項(xiàng)目對(duì)這些過程特性進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和仿真，通過分析研究，每個(gè)自動(dòng)回路都根據(jù)被控制對(duì)象特性相應(yīng)采取了大量的容錯(cuò)技術(shù)和一些先進(jìn)控制技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)了這些過程的穩(wěn)定、安全可靠的自動(dòng)控制，解決了超超臨界機(jī)組特殊過程自動(dòng)控制的難題。
(1)提出了采用BCP泵的鍋爐干/濕態(tài)轉(zhuǎn)換自動(dòng)控制策略。直流鍋爐干/濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程前后，控制對(duì)象的特性變化太大。如剛轉(zhuǎn)換到干態(tài)時(shí)，若鍋爐給水流量控制不好，極易造成干/濕態(tài)反復(fù)切換、或造成分離器入口溫度過高引發(fā)鍋爐壁溫超溫等異常情況。本項(xiàng)目采用自適應(yīng)變參數(shù)、曲線函數(shù)純比例和模型參數(shù)預(yù)測等控制方法，把給水控制穩(wěn)定，保證了干/濕態(tài)轉(zhuǎn)換的自動(dòng)控制平穩(wěn)。
(2)提出了給水、燃料和汽機(jī)旁路協(xié)調(diào)控制的鍋爐自動(dòng)熱態(tài)清洗控制策略。自動(dòng)熱態(tài)清洗全程自動(dòng)，溫度和壓力穩(wěn)定，效果顯著；采用給水、燃料、汽機(jī)旁路三者相互配合完成的熱態(tài)清洗，速度更快，效果更好，縮短了熱態(tài)清洗的時(shí)間。
(3)提出了具有減溫水、給水及煤水比相互協(xié)調(diào)的主蒸汽溫度控制策略。(a)針對(duì)超超臨界特性，設(shè)計(jì)的一個(gè)新型控制方法，采用減溫噴水閥作為聯(lián)絡(luò)信號(hào)，能始終保持噴水閥在最佳的調(diào)節(jié)位置，汽溫控制效果更加好。無論在何種工況，始終使燃料——給水平衡，使一、二級(jí)減溫水噴水閥在有效的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，從而使主汽溫度始終受控，取得了很好的實(shí)際運(yùn)行效果，在變負(fù)荷和各個(gè)負(fù)荷段內(nèi)，汽溫控制都非常穩(wěn)定。(b)采用了給水和鍋爐給煤量協(xié)同調(diào)節(jié)穩(wěn)定分離器入口過熱度在正常的范圍內(nèi)，有效防止屏過溫度超溫的現(xiàn)象。在進(jìn)行RB試驗(yàn)時(shí)，分離器入口過熱度始終保持穩(wěn)定，相比之前的策略，效果非常明顯。(c) 對(duì)于直流爐，汽溫調(diào)節(jié)始終以維持燃水比為粗調(diào)，減溫水為精調(diào)。本項(xiàng)技術(shù)，將這一控制思想進(jìn)行了升華，由鍋爐給水、減溫水、燃料三方相互協(xié)調(diào)，共同維持主汽溫度的穩(wěn)定。
4. 經(jīng)濟(jì)效益分析
本項(xiàng)目研究成果首次實(shí)現(xiàn)了百萬千瓦超超臨界發(fā)電機(jī)組的自啟停控制，從機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備階段的凝結(jié)水補(bǔ)水系統(tǒng)啟動(dòng)開始，一直到機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，以及從機(jī)組滿負(fù)荷到機(jī)組完全停止運(yùn)行的過程，實(shí)現(xiàn)了“一鍵啟停”和全程自動(dòng)控制，大大減輕了人工操作勞動(dòng)強(qiáng)度、規(guī)范了機(jī)組啟停的操作程序、簡化了操作、減少了誤操作的可能、提高了機(jī)組的整體安全性能，縮短了機(jī)組啟停時(shí)間，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，全程自動(dòng)控制提高了機(jī)組的運(yùn)行水平，降低了機(jī)組的發(fā)電煤耗和廠用電率。機(jī)組啟動(dòng)和停止過程中，鍋爐加熱膨脹和冷卻收縮均勻、汽輪機(jī)受熱和冷卻均勻，降低了機(jī)組啟停過程中的熱應(yīng)力，減小了機(jī)組壽命消耗，延長了機(jī)組的壽命；機(jī)組多次的啟動(dòng)和停止結(jié)果表明，采用APS使機(jī)組啟動(dòng)過程縮短約5小時(shí)、停機(jī)過程縮短約1小時(shí)；全程自動(dòng)控制，機(jī)組在啟停過程中、正常運(yùn)行過程中以及負(fù)荷調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)過程中，始終保持各控制參數(shù)在最佳狀態(tài)，保證了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為節(jié)能減排、低碳、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行打下基礎(chǔ)。而沒有應(yīng)用APS的超超臨界機(jī)組，啟停過程需要大量的人工操作，操作項(xiàng)目繁多，判斷條件繁多，人工的勞動(dòng)強(qiáng)度高，久而久之，誤判斷、誤操作常常發(fā)生，安全得不到保證；同時(shí)，由于人工操作的隨意性，鍋爐、汽機(jī)膨脹/冷卻過程不均勻，增加壽命消耗；另外，沒有全程自動(dòng)控制，參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值較大，增加了機(jī)組的煤耗和廠用電率，經(jīng)濟(jì)性能較差。
目前國內(nèi)1000MW超超臨界機(jī)組額定工況穩(wěn)定運(yùn)行供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗已經(jīng)達(dá)到國際水平。但機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中，需要參與電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)，則實(shí)際煤耗仍然較高，離國際水平還有一段很大的差距，這主要是由于機(jī)組參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)過程中，機(jī)組控制水平仍然落后于國際水平。目前已投運(yùn)的1000MW機(jī)組中，大部分沒有采用APS技術(shù)，造成機(jī)組啟/停、正常負(fù)荷調(diào)節(jié)的運(yùn)行過程中，煤耗偏高。華能海門電廠應(yīng)用本項(xiàng)研究成果后，提高了機(jī)組控制水平，運(yùn)行參數(shù)按最優(yōu)進(jìn)行控制，不僅機(jī)組在啟停過程節(jié)約大量燃煤，而且正常運(yùn)行過程中、以及機(jī)組參與電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)過程中，也有著較低的煤耗和廠用電率。
根據(jù)海門電廠每臺(tái)機(jī)組投運(yùn)一年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，APS系統(tǒng)投運(yùn)后，啟動(dòng)過程節(jié)約廠用電15多萬度電、提前發(fā)電增加400多萬度電的發(fā)電量，停止過程節(jié)約廠用電3多萬度電、提前發(fā)電增加80多萬度電的發(fā)電量，累計(jì)節(jié)支504多萬元；給水全程控制，在機(jī)組啟動(dòng)過程中，電泵節(jié)能每年就可節(jié)省約4萬度電，累計(jì)節(jié)支2萬元；機(jī)組正常運(yùn)行的負(fù)荷調(diào)節(jié)過程中，全程自動(dòng)控制使運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，與實(shí)施APS前對(duì)比，機(jī)組供電煤耗降低了2g/kWh，每年每臺(tái)機(jī)組發(fā)電量按60億度電來計(jì)算，節(jié)支967多萬元；除氧器水位全程調(diào)節(jié)，凝結(jié)水泵在原來變頻已經(jīng)節(jié)電的基礎(chǔ)上，可再增加節(jié)電量240多萬kWh/年，累計(jì)節(jié)支120多萬元；采用全程調(diào)節(jié)后，低于550MW即自動(dòng)停一臺(tái)凝泵，節(jié)省廠用電80萬kwh/年，累計(jì)節(jié)支40多萬元。以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2臺(tái)機(jī)直接經(jīng)濟(jì)效益共計(jì)3000多萬元/年。再加上APS應(yīng)用后減少了誤操作、減少操作人員支出、減少設(shè)備損耗和維修費(fèi)用支出等其他間接經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用APS后，經(jīng)濟(jì)效益同其他國內(nèi)外同類項(xiàng)目相比處于于領(lǐng)先水平。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)