金贤星
（浙江浙能乐清发电有限责任人公司 浙江乐清 325609）
摘要：随着我国光伏发电、风力发电等新能源机组容量的大幅增长，电网对新能源的消纳能力亟需提高。新的电力供需环境下，火电利用小时数将长期保持在较低水平，火电机组尤其是煤电机组在未来几年持续低负荷或深度调峰将成为新常态。本文主要介绍了某厂燃煤机组深度调峰对锅炉的影响及锅炉自动控制性能优化。
关键词：深度调峰；锅炉；自动控制；优化
1、概述
由于我国新能源发电的迅猛发展，以及煤电产能的过剩，煤电的灵活性改造势在必行。当新能源在电网中的比例逐渐扩大时，对调峰电源的需求也逐渐升高，与新能源等电源相比，煤电具有较好的调峰性能。而对于以煤炭为主要一次能源的国家而言，高调节性的煤电厂就成为了最为现实的可行选择。
预计至少“十三五”前中期电力供需仍将延续总体富余、部分地区明显过剩的格局，电力消费增速减速换挡、煤电机组投产过多、煤电机组承担高速增长的非化石能源发电深度调峰和备用等功能的原因，火电机组尤其是煤电机组在未来几年持续低负荷运行或者深度调峰将成为常态。
2、机组参与调峰运行时的性能要求
当前乐电机组在高负荷段运行状况良好，相应的自动控制系统也能较好地投入；但当机组进入低负荷段后，锅炉燃烧特性变差，风、煤、水的对应关系会出现严重失配，自动控制系统也无法正常投入，只能撤出自动由运行人员手动进行操作，此时的锅炉效率和污染物排放指标都难以得到保证。因此机组的性能优化势在必行，以充分考虑机组各个设备之间的关联性和不同工况下机组运行特性的差异性，当机组的设备和工艺条件发生改变时，自动控制系统也需要进行相应的调整和处理，才能使机组在各种工况下都能获得良好的运行品质，保障机组的安全性和经济性。
通常对中间负荷运行机组的二个基本要求是：一是可以带较高的额定负荷、且有较高的运行经济性；二是机组可以在较大的负荷变化范围内运行、且具有较快的负荷变化速率。
对机组参与变负荷调峰运行的性能要求通常有：
1）良好负荷适应性：燃煤机组（燃用设计煤种时）的最低连续稳定运行负荷（在不投油助燃）应达到40％额定负荷。锅炉的最低稳定运行负荷决定于锅炉的燃烧稳定性，但其影响因素也比较多，如燃用的煤种、燃烧器特性、机组的协调控制能力等。
2）良好的负荷变动率特性：机组的负荷变动率要高，这样机组的升（降）负荷时间短，以满足电网的快速变负荷要求。机组调峰的允许负荷变动率，主要受汽轮机转子疲劳寿命损耗的限制，应尽量从汽轮机的运行和结构上考虑有效的措施，减少汽轮机转子在起动和变负荷过程中的寿命损耗，提高机组的负荷变动率。
3）良好的运行经济性：对不同的部分负荷下的运行经济性进行比较分析，选择最佳方式。
4）满足环保参数的要求。
3、机组性能优化的选择
1）基于主元分析法的锅炉静态特性优化
基于主元分析法（PCA），是对生产数据进行降维，在海量、多维、含噪生产数据获得机组相关控制变量的静态特性。具体步骤包括：
①海量生产数据采集
②剔除坏点；
③低通滤波；
④实时数据的多变量判稳；
⑤实时数据聚类分析；
⑥基于PCA的多变量降维；
⑦基于统计分析方法的拟合。
2）低负荷率下机组控制系统优化
在机组性能优化实施过程中，采用数据驱动的方法，通过数据分析与模型相结合，提高了全范围内的AGC性能和蒸汽压力调节的品质，较项目实施前控制品质有了明显提高。具体工作内容包括：
a）采用智能型动态加速技术，实现协调、锅炉燃烧、氧量、主蒸汽温度等系统间的协调和优化。
b）采用基于零增益模型改善系统动态特性的方法，减小全范围内AGC方式下的汽温控制超调量。
c）基于锅炉热力系统换热特性的再、过热汽温全负荷解耦控制技术，减小再热汽温控制对主汽温的影响，提高全范围内的蒸汽温度调节品质。
d）采用基于锅炉运行状态偏差补偿的屏式过热器出口温度设定值优化方法，在一定范围内修正屏式过热器出口温度设定值，减少二级减温水为零的概率，提高蒸汽温度调节品质。
e）通过渐进的辨识技术，辨识出减温水、烟气量、燃料量对与各级汽温的模型，相应建立零增益模型，改善系统动态特性的方法，减小全范围内AGC方式下的汽温控制超调量。
f）对DCS中模拟量控制系统进行诊断、改进和整合。通过校正锅炉的部分静态特性关系，满足低负荷率下全范围调节范围内的控制品质要求。
g）通过试验和数据处理的方法，补充、校核240MW～300MW负荷段相关变量之间的静态关系，满足低负荷率下全范围调节范围内的控制品质要求。
3）在线性能评价系统部分
在线性能评价系统部分的主要工作包括：
1）实时数据的有效性验证研究；
2）建立变工况机组性能在线评价模型；
3）应用VC开发变工况机组性能在线评价计算程序；
4）编制PI数据库平台的用户监测界面。
图一
4、机组性能优化效果验证
首先通过锅炉运行方式的工艺优化，针对不同负荷所表现出的主要运行问题，在锅炉各项指标原来就较好情况下，实现40%~50%低负荷段再热气温平均提高3.6℃，锅炉效率平均提高0.19%，SCR入口NOx浓度平均降低42mg/Nm3，如表1所示。锅炉40%~100%全负荷范围内锅炉效率提高0.20%，SCR入口NOx浓度降低24.6mg/Nm3。
根据上述工艺优化试验和调整结果，项目组对锅炉各控制系统进行了组态修改和优化。优化后的先进控制系统在机组低负荷段进行了AGC负荷跟踪和机侧压力控制品质的性能测试，控制曲线如图二所示。
图二
在性能优化模块投运情况下，完成了240MW～300MW的负荷摆动测试，控制曲线如图三所示。
机组在低负荷率下的综合优化与在线性能评价，目的是针对当前机组投运时间和所带负荷（即机组负荷率）都偏低的状况下，通过最新的数据分析、诊断、建模技术和现场试验相结合的方式，研究机组在40%～100%负荷（以下简称全负荷）范围内的锅炉的燃烧特性，确定机组在低负荷率下特别是40%～50%负荷段的锅炉入炉煤煤种、氧量、二次风、SOFA风、一次风压力、磨煤机的运行配置、燃烧器摆角等参量与负荷的关系，从而掌握机组在不同负荷段（特别是低负荷段）各运行参数之间的对应关系以及这些参数与机组DCS中各控制系统的关联性，据此对机组进行工艺和控制系统两方面的综合优化，
使得机组控制系统的设计在不同的负荷段内对机组工艺特性都具有良好的适应性，最后再对优化后的结果实现在线计算和评价，使得部门主管和技术人员随时了解优化后的机组运行状况，如出现异常状况迅速反馈并及时解决，确保机组始终保持良好的运行状态。优化后的机组在全负荷范围内都具备良好的安全性和运行品质，各控制系统的控制品质达到行业标准（DL/T57--2015火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程和DL/T774-2015火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程的规定）和二个细则的要求，并在满足国家最新的排放指标的前提下，实现机组经济效益最优。
图三
参考文献：
[1] 浙能乐清发电有限公司.锅炉运行规程.2016.
[2] 杨定龙，胡斌. 燃煤锅炉SCR法烟气脱硝增效改造实践及探讨[A]. 第七届电力工业节能减排学术研讨会论文集[C]. 2012
[3] 王亚超 大型火电机组运行维护培训教材：锅炉分册
论文作者:金贤星
论文发表刊物:《河南电力》2018年15期
论文发表时间:2019/1/21
标签：机组论文; 负荷论文; 锅炉论文; 范围内论文; 性能论文; 在线论文; 特性论文; 《河南电力》2018年15期论文;