1. 項目背景介紹

  發(fā)電機組自啟?？刂葡到y（APS）就是將全廠(chǎng)的主、輔機連貫起來(lái)，以最有效、最可靠、最合適的操作方式組合成控制程序，由電子計算機不斷執行、判斷，去完成全廠(chǎng)的機組啟停任務(wù)。APS能有效簡(jiǎn)化操作、降低勞動(dòng)強度、減少誤操作、縮短啟停時(shí)間、減小機組壽命消耗，提高機組運行的安全性、可靠性和經(jīng)濟性。因此，對發(fā)電機組，特別是大容量超超臨界發(fā)電機組的APS技術(shù)研究，是近年來(lái)電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。由于超超臨界機組容量大、參數高、系統復雜，安全性問(wèn)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，亞臨界機組已有實(shí)際的應用，國內個(gè)別由外國公司總承包的工程也有實(shí)現的例子，如由日本三菱公司總承包的珠海發(fā)電廠(chǎng)2×700MW亞臨界機組，就成功應用了APS。而對超超臨界機組的APS技術(shù)，國內、外多家研究機構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，在本項目之前，超超臨界機組還沒(méi)有APS應用的例子。

  國內首臺百萬(wàn)千瓦超超臨界機組于2006年11月在華能玉環(huán)電廠(chǎng)投入商業(yè)運行，截止到2007年底，共有6臺1000MW機組投入運行，但沒(méi)有一臺能夠實(shí)現APS。其中最大的困難在于：超超臨界機組參數高、耦合特性復雜、關(guān)聯(lián)性強，可控性差，實(shí)現全程自動(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)轉換、旁路轉換等過(guò)程的自動(dòng)控制無(wú)法實(shí)現。另外，鍋爐給水、燃燒、機組負荷等的控制無(wú)法做到全程自動(dòng)。

  華能海門(mén)電廠(chǎng)一期工程2×1036MW超超臨界發(fā)電機組是廣東省電源建設重點(diǎn)項目和國家重點(diǎn)工程。為提高機組運行的可靠性、經(jīng)濟性和自動(dòng)化水平，項目組擬在華能海門(mén)電廠(chǎng)一期工程開(kāi)展超超臨界機組APS技術(shù)的研究和應用。

  從2008年初開(kāi)始，項目組以華能海門(mén)電廠(chǎng)一期工程2×1036MW機組為研究對象，開(kāi)展百萬(wàn)千瓦超超臨界機組APS技術(shù)研究，對百萬(wàn)千瓦超超臨界機組實(shí)現機組自啟?？刂频募夹g(shù)難題進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)研究。

  2. 項目目標與原則

  以華能海門(mén)電廠(chǎng)一期2×1036 MW超超臨界機組為主要研究對象，開(kāi)展百萬(wàn)千瓦超超臨界機組APS技術(shù)研究及應用，對百萬(wàn)千瓦超超臨界機組實(shí)現APS的技術(shù)難題進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)。解決超超臨界機組啟停過(guò)程復雜，無(wú)法實(shí)現啟停過(guò)程自動(dòng)控制的難題；解決超超臨界機組特性復雜，可控性差，無(wú)法實(shí)現全程自動(dòng)控制的難題；解決超超臨界機組一些特殊過(guò)程的強非線(xiàn)性，無(wú)法實(shí)現自動(dòng)控制的難題，實(shí)現百萬(wàn)千瓦超超臨界發(fā)電機組的APS功能，然后，推廣APS技術(shù)到其他機組的應用。

  3. 項目實(shí)施與應用情況詳細介紹

  本項目于2005年開(kāi)始進(jìn)行技術(shù)儲備，主要研究和消化國外亞臨界汽包爐火電機組的APS技術(shù)，并于2006年和2008年分別將APS技術(shù)應用于湛江奧里油發(fā)電廠(chǎng)工程和沙角C電廠(chǎng)控制系統改造工程。從2008年開(kāi)始，本課題正式立項，以華能海門(mén)電廠(chǎng)一期2×1036 MW超超臨界機組為主要研究對象，開(kāi)展百萬(wàn)千瓦超超臨界機組APS技術(shù)研究及應用。

  3.1 實(shí)施與應用的詳細情況

   課題組的“百萬(wàn)千瓦超超臨界機組自啟?？刂萍夹g(shù)研究及應用”研究成果，于2009年底，成功應用于華能海門(mén)電廠(chǎng)一期2×1036MW兩臺機組，實(shí)現了全廠(chǎng)所有熱工過(guò)程的全程自動(dòng)控制；實(shí)現了鍋爐點(diǎn)火、投油和投煤粉、以及干濕態(tài)轉換、旁路轉換等過(guò)程的自動(dòng)控制；實(shí)現了鍋爐給水、燃燒、機組負荷等的全程自動(dòng)控制。兩臺機組自投產(chǎn)以來(lái)，機組每次啟停都采用了APS功能。

  海門(mén)電廠(chǎng)應用課題組的研究成果后，大大減輕了機組啟停過(guò)程中的人工操作勞動(dòng)強度、規范了機組啟停的操作程序、簡(jiǎn)化操作、減少了誤操作的可能、提高了機組的整體安全性能，同時(shí)也縮短了機組啟停時(shí)間，提高了機組的經(jīng)濟效益。機組啟動(dòng)和停止過(guò)程中，鍋爐加熱膨脹和冷卻收縮均勻、汽輪機受熱和冷卻均勻，大大降低了機組啟停過(guò)程中的熱應力，減小了機組啟停過(guò)程的壽命消耗，延長(cháng)了機組的壽命。機組多次的啟動(dòng)和停止結果表明，采用APS能使機組啟動(dòng)縮短約5小時(shí)、停機過(guò)程縮短約1小時(shí)。

  海門(mén)電廠(chǎng)的給水全程控制、送/引風(fēng)全程控制、燃料全程控制、負荷全程控制、除氧器水位及凝結水泵變頻控制等控制策略的應用，自動(dòng)熱態(tài)清洗、干/濕態(tài)自動(dòng)轉換、主汽溫控制等特殊控制技術(shù)的實(shí)施，機組在啟停過(guò)程中、以及正常運行過(guò)程中，始終保持各控制參數在最佳狀態(tài)，保證了機組的節能經(jīng)濟運行，為機組的節能減排、低碳、經(jīng)濟運行打下基礎。

  研究成果不僅可在1000MW機組上應用，還可在600MW、300MW的新、老機組上推廣應用，目前該項目所涉及的技術(shù)已成功應用到廣東省湛江奧里油電廠(chǎng)2×600MW燃油機組、珠海金灣電廠(chǎng)2×600MW超臨界機組、沙角C廠(chǎng)1、2、3號機組（660MW）控制系統改造、汕尾電廠(chǎng)2×660MW超超臨界機組和江蘇省利港電廠(chǎng)4號機組（300MW）的自啟?？刂葡到y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)已成功應用到沙角A電廠(chǎng)、茂名5、6號機組、惠來(lái)電廠(chǎng)，效果同樣顯著(zhù)。

  3.2 突出項目創(chuàng )新性、重點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題及解決思路等

  針對本項目的重點(diǎn)和難點(diǎn)，提出以下創(chuàng )新性的技術(shù)，實(shí)現了機組自啟停功能。

  一、提出一個(gè)適應百萬(wàn)千瓦超超臨界機組特性的APS體系框架技術(shù)，解決超超臨界機組啟停過(guò)程復雜，無(wú)法實(shí)現啟停過(guò)程自動(dòng)控制的難題。

  超超臨界機組啟停過(guò)程復雜，操作的設備繁多，還有很多設備需要就地操作，同時(shí)現場(chǎng)設備情況復雜多變，有時(shí)還會(huì )遇到某些設備狀態(tài)反饋不正確、閥門(mén)開(kāi)關(guān)不到位等故障，因此，機組每次啟停過(guò)程的操作順序都有可能不一樣，要實(shí)現全自動(dòng)啟?？刂剖欠浅＠щy的。國內曾有按機組正常的啟停操作順序來(lái)設計APS控制程序的例子，結果由于控制程序太過(guò)死板，對現場(chǎng)設備要求太過(guò)苛刻，控制程序根本就無(wú)法運行，以失敗告終，并把失敗的原因歸咎于國產(chǎn)設備的質(zhì)量。其實(shí)，APS沒(méi)能實(shí)現，還有一個(gè)重要原因是沒(méi)能找到一個(gè)合適的APS體系框架結構，致使控制程序靈活性不夠，通用性不強。

  通過(guò)對超超臨界機組的運行特性進(jìn)行分析研究，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐和試驗，并用仿真進(jìn)行了測試，研究出一個(gè)適應超超臨界機組特性的APS體系框架技術(shù)，成功解決了百萬(wàn)千瓦機組APS無(wú)法實(shí)現的難題！

  (1)提出了一個(gè)能夠實(shí)現百萬(wàn)千瓦機組APS的結構方式。采用了4層金字塔形結構，每層任務(wù)明確，層與層之間接口界限分明、結構清晰。采用這種結構，實(shí)現了SCS與MCS、FSSS等的整合、協(xié)調，靈活、安全、穩定，相對于按機組啟動(dòng)順序的結構方式，能更好地解決問(wèn)題，實(shí)現APS。

  (2)針對百萬(wàn)千瓦機組工藝流程，開(kāi)發(fā)出具有容錯功能的系統功能組，容錯性適應各種工況條件，安全性高。(a)功能組每個(gè)指令完成的條件判斷是根據整個(gè)系統的狀態(tài)來(lái)綜合判斷，而不單是根據現場(chǎng)的反饋信號來(lái)簡(jiǎn)單判斷，這樣更適合于中國的設備情況，系統的局部故障不會(huì )影響到系統的安全；(b)每個(gè)功能組的每一個(gè)指令的設計，均全面考慮到出現故障時(shí)的處理邏輯，確保系統運行的安全。而常規的功能組設計均是按正常情況下來(lái)考慮，若出現局部故障，均需要人手動(dòng)操作來(lái)保證系統的安全，而采用本項目提出的容錯技術(shù)后，局部的故障無(wú)需人為干預，自動(dòng)按最安全的方案進(jìn)行處理，僅僅是發(fā)出報警，提示現場(chǎng)有故障；(c)不管現場(chǎng)的設備開(kāi)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，不用擔心會(huì )出現安全問(wèn)題。如一個(gè)給水泵啟動(dòng)功能組，在泵啟動(dòng)過(guò)程中要先關(guān)出口門(mén)再啟動(dòng)，功能組啟動(dòng)前，若給水泵已被手動(dòng)啟動(dòng)運行，則功能組會(huì )通過(guò)判，自動(dòng)跳過(guò)關(guān)門(mén)及已經(jīng)運行的步驟，自動(dòng)找到未完成的任務(wù)接著(zhù)自動(dòng)完成。而常規的功能組，則不允許啟動(dòng)功能組，若啟動(dòng)，由于沒(méi)有對這個(gè)給水系統進(jìn)行綜合的判斷，會(huì )先關(guān)泵出口門(mén)，這樣就造成在運行的給水泵跳閘，危及機組安全；(d)機組運行時(shí)，運行人員只需看報警，無(wú)需擔心功能運行過(guò)程中會(huì )出現不穩定的發(fā)生。容錯性是保證安全的手段，只有安全得到保證，才能使功能組的運行是“真正自動(dòng)”，無(wú)需人為監視。

  (3)研究和開(kāi)發(fā)了具有自適應控制功能的APS與SCS、MCS的接口技術(shù)，為實(shí)現全程控制打下了基礎。APS系統的成功投運，離不開(kāi)各個(gè)功能組和MCS系統的協(xié)調動(dòng)作、密切配合，各個(gè)系統共同完成。MCS系統與APS系統的接口設計關(guān)系到APS系統成功與否的關(guān)鍵。(a)實(shí)現與APS的接口，提出自動(dòng)自舉的概念。即無(wú)論機組在運行狀態(tài)還是停機狀態(tài)，MCS系統所有調節系統都在自動(dòng)位，等待工藝系統滿(mǎn)足需要調節時(shí)，自動(dòng)系統才進(jìn)行PID運算（自動(dòng)控制方式AUTO CONTROL），否則處于預置值的跟蹤狀態(tài)（自動(dòng)備用AUTO STANDBY），這種由自動(dòng)系統自動(dòng)進(jìn)入PID調節而無(wú)需任何人為干預的控制方式轉換，稱(chēng)為自動(dòng)系統的自動(dòng)自舉；(b)自動(dòng)系統處于自動(dòng)方式后，不論其在A(yíng)UTO CONTROL還是AUTO STANDBY方式，都無(wú)需任何人為的干預，系統能自動(dòng)滿(mǎn)足機組運行的需要；(c) 對于有兩臺設備同時(shí)調節一個(gè)參數時(shí)（如送風(fēng)機、引風(fēng)機、凝結水泵等），第二臺設備進(jìn)入真自動(dòng)時(shí)，則系統會(huì )緩慢將執行機構調平，在調平的過(guò)程中同時(shí)聯(lián)系過(guò)程控制量，若過(guò)程量偏差大則暫停，以實(shí)現平穩的調平過(guò)渡控制；(d) 對于給水泵較為重要和特殊性的設備，設計自動(dòng)并泵/退泵控制回路，當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(kāi)發(fā)出百萬(wàn)千瓦機組自啟停全程控制技術(shù)，解決了超超臨界機組特性復雜，可控性差，無(wú)法實(shí)現全程自動(dòng)控制的難題。

  火電廠(chǎng)熱工過(guò)程非線(xiàn)性嚴重，存在時(shí)變性，強耦合性和不確定性，超超臨界機組容量大、參數高、被控參數耦合特性更加復雜、相互間關(guān)聯(lián)性強，而且變化又很快，對象模型在機組啟停過(guò)程中變化特別大，可控性非常差，要實(shí)現全程自動(dòng)控制非常困難，目前國內外也只能做到極為少數的系統實(shí)現全程控制，如給水全程控制，而本項目實(shí)現的整個(gè)熱工過(guò)程全程自動(dòng)控制，這在國內外屬首次。每個(gè)自動(dòng)回路都根據被控制對象特性相應采取了大量的容錯技術(shù)和一些先進(jìn)控制技術(shù)，解決系統的穩定性問(wèn)題，整個(gè)熱工過(guò)程在各種工況下控制穩定、安全可靠，調節品質(zhì)高。

  (1)開(kāi)發(fā)了從鍋爐管道注水到機組帶滿(mǎn)負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，現在的火電機組無(wú)一例外地設計了給水全程控制系統，但由于設備選型限制及受機組自動(dòng)化水平限制等種種因素，目前國內的給水全程控制系統，基本上都不能真正實(shí)現“全程自動(dòng)”，或多或少地需要人為的干預。尤其是在機組啟動(dòng)和停止過(guò)程中，往往需要專(zhuān)人來(lái)負責給水系統的操作，勞動(dòng)強度大，有時(shí)干預不及時(shí)或操作不當，引起給水流量較大的波動(dòng)，甚至造成機組跳閘事故。這在機組啟/停過(guò)程中的給水管路和閥門(mén)的切換、給水泵并列/解列等操作過(guò)程中尤為突出。本項目的給水全程技術(shù)，很好地解決了上述問(wèn)題，實(shí)現了電泵控制系統的自動(dòng)啟動(dòng)和停運、汽動(dòng)給水泵系統的自動(dòng)啟動(dòng)和停運，完成機組啟動(dòng)過(guò)程中旁路給水調節閥、電泵轉速控制、電泵最小流量調節閥、主給水電動(dòng)門(mén)、汽泵轉速控制、汽泵最小流量調節閥等多個(gè)設備的全程自動(dòng)控制以及控制方式的自動(dòng)轉換。主要特點(diǎn)：(a)在1000MW機組上實(shí)現真正意義上的與APS系統相融合的給水程控制，實(shí)現從鍋爐管道注水到機組滿(mǎn)負荷全程給水自動(dòng)控制，無(wú)需任何的人為干預；(b)采取有效措施，實(shí)現了主給水管道采用電動(dòng)閘閥的給水管道無(wú)擾切換；(c)成熟的、完善的、模塊化設計的給水泵無(wú)擾自動(dòng)并列/解列技術(shù)，采用了自適應的并泵/退泵速率、流量偏置、再循環(huán)門(mén)和出水平衡等控制技術(shù)，很好地解決了并泵/退泵過(guò)程中的流量擾動(dòng)問(wèn)題，實(shí)現了又快又穩的并泵/退泵過(guò)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，既提高了機組的自動(dòng)化水平，也確保了機組運行的安全穩定。

  (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)。常規的送、引風(fēng)控制系統，往往需要人工將送、引風(fēng)機的動(dòng)葉投入自動(dòng)，還需要一定的人為干預（如進(jìn)行設定值操作、手動(dòng)調整出力平衡、手動(dòng)調整偏置等），系統才能正常運行。而要實(shí)現APS功能，送、引風(fēng)的控制必須是全程自動(dòng)、無(wú)需任何人為干預就能正常投入運行，同時(shí)，也必須是安全和穩定可靠的。本項目的送/引風(fēng)全程控制技術(shù)，很好地解決了上述問(wèn)題，實(shí)現了送、引風(fēng)機的自動(dòng)并入和退出，無(wú)論在啟動(dòng)還是停止過(guò)程中，過(guò)程參數均為閉環(huán)監控狀態(tài)，使得系統的啟動(dòng)和停止過(guò)程平穩和安全可靠。實(shí)現兩臺風(fēng)機運行時(shí)出力自動(dòng)平衡功能，保證風(fēng)機的安全運行。主要特點(diǎn)：(a)具有自動(dòng)并、退功能，并退速度是自適應的閉環(huán)控制，非常安全和穩定； (b)風(fēng)力出力平衡自動(dòng)控制，全程無(wú)需運行人員設置偏置，真正做到了全自動(dòng)； (c)考慮了許多防失速、防喘振的措施，還設計了引風(fēng)控制的大偏差控制回路，保證爐膛負壓控制的穩定可靠。

  (3)開(kāi)發(fā)了從鍋爐點(diǎn)火到滿(mǎn)負荷運行的燃料全程控制技術(shù)。如何實(shí)現機組從點(diǎn)火初期到機組投協(xié)調控制（CCS）過(guò)程中燃料的自動(dòng)增加和減少控制，以及降負荷過(guò)程中協(xié)調退出后燃料的減少是實(shí)現百萬(wàn)超超臨界機組APS的一大難題。對百萬(wàn)超超臨界機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)調控制的從鍋爐點(diǎn)火到滿(mǎn)負荷燃料的全程自動(dòng)控制策略，解決了這一重大難題，實(shí)現了從等離子點(diǎn)火、第一臺制粉系統啟動(dòng)到滿(mǎn)負荷過(guò)程中燃料的自動(dòng)增加及制粉系統自動(dòng)啟動(dòng)的全程控制。主要特點(diǎn)：平穩增加燃料，升溫、升壓非常平穩，鍋爐受熱膨脹平穩，減少了鍋爐的應力，效果非常好。

  (4) 開(kāi)發(fā)了機組負荷全程自動(dòng)控制技術(shù)。負荷全程自動(dòng)控制是APS的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國內成功實(shí)現的例子非常少，負荷全程自動(dòng)控制的難點(diǎn)主要是在CCS投運前的負荷控制問(wèn)題。目前現有的機組啟動(dòng)、停止過(guò)程的升降負荷過(guò)程基本上是通過(guò)手動(dòng)控制燃料的增減，使得負荷值的增長(cháng)不穩定，不能很好地滿(mǎn)足機組升負荷的要求，經(jīng)常會(huì )出現超溫、超壓等現象，有時(shí)還造成汽輪機加熱/冷卻過(guò)程不均勻，引起應力增大等問(wèn)題。本項目?jì)?yōu)化高壓旁路壓力控制策略及提出新的升/降負荷控制策略，實(shí)現負荷全程自動(dòng)控制，很好地解決了機組啟、停過(guò)程中的超溫、超壓的問(wèn)題，升降負荷過(guò)程中，汽輪機的加熱、冷卻過(guò)程平穩。

  (5) 開(kāi)發(fā)了具有凝結水母管壓力自適應的除氧器水位全程控制技術(shù)等。發(fā)電機組將凝結水泵改造為變頻泵，節省了廠(chǎng)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(wèn)題：1、凝結水調節閥無(wú)法全開(kāi)，受凝結水用戶(hù)的限制；2、對凝結水調節閥指令函數進(jìn)行整定，工作量大，運行中常常出現凝結水壓力波動(dòng)大，需手動(dòng)干預；3、為滿(mǎn)足工藝安全的需要，凝結水壓力整定得比較高，節流損失大，沒(méi)有充分利用變頻節能的潛力。如目前投運的1000MW機組為滿(mǎn)足工藝安全的需要，凝結水壓力整定為2.5MPa，且為開(kāi)環(huán)控制，有時(shí)高達3.5MPa，浪費了大量的廠(chǎng)用電。本項目針對上述問(wèn)題，對除氧器水平調節進(jìn)行了全面的優(yōu)化和完善，采用了凝結水母管壓力自適應的技術(shù)，實(shí)現了除氧器水平全程調節，同時(shí)解決了存在的問(wèn)題，實(shí)現了在各個(gè)負荷段凝結水壓力均能保持穩定，而且降低到1.7MPa。與目前常用的控制方案相比，本項技術(shù)，既能保證除氧器水位和凝結水壓力的穩定，同時(shí)節能效果進(jìn)一步提高，節能效果顯著(zhù)。如在海電廠(chǎng)的應用中，凝結水母管壓力由原來(lái)的2.5MPa降至1.7MPa，在原來(lái)變頻已經(jīng)節電的基礎上，可再節電240萬(wàn)kwh/年；原設計在450MW以下才一臺泵運行，采用全程調節后，低于550MW即自動(dòng)停一臺凝泵，節省廠(chǎng)用電80萬(wàn)kwh/年。采用本項技術(shù)，實(shí)現了與APS的接口，全程維持著(zhù)凝結水壓力穩定，保證系統安全運行，真正做到全程高品質(zhì)自動(dòng)調節，同時(shí)，最低的凝結水壓力設置又達到了最佳的節能效果。

  三、提出百萬(wàn)千瓦超超臨界鍋爐自啟停特殊過(guò)程的控制策略，解決了超超臨界機組一些特殊過(guò)程的強非線(xiàn)性，無(wú)法實(shí)現自動(dòng)控制的難題。

  目前，國內外超超臨界機組的一些特殊過(guò)程的自動(dòng)控制一直都未能實(shí)現，這些過(guò)程的非線(xiàn)性特別強，大遲延特別嚴重，自動(dòng)控制極易不穩定而發(fā)散，安全得不到保證。本項目對這些過(guò)程特性進(jìn)行了大量的試驗和仿真，通過(guò)分析研究，每個(gè)自動(dòng)回路都根據被控制對象特性相應采取了大量的容錯技術(shù)和一些先進(jìn)控制技術(shù)，最終實(shí)現了這些過(guò)程的穩定、安全可靠的自動(dòng)控制，解決了超超臨界機組特殊過(guò)程自動(dòng)控制的難題。

  (1)提出了采用BCP泵的鍋爐干/濕態(tài)轉換自動(dòng)控制策略。直流鍋爐干/濕態(tài)轉換過(guò)程前后，控制對象的特性變化太大。如剛轉換到干態(tài)時(shí)，若鍋爐給水流量控制不好，極易造成干/濕態(tài)反復切換、或造成分離器入口溫度過(guò)高引發(fā)鍋爐壁溫超溫等異常情況。本項目采用自適應變參數、曲線(xiàn)函數純比例和模型參數預測等控制方法，把給水控制穩定，保證了干/濕態(tài)轉換的自動(dòng)控制平穩。

  (2)提出了給水、燃料和汽機旁路協(xié)調控制的鍋爐自動(dòng)熱態(tài)清洗控制策略。自動(dòng)熱態(tài)清洗全程自動(dòng)，溫度和壓力穩定，效果顯著(zhù)；采用給水、燃料、汽機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)調的主蒸汽溫度控制策略。(a)針對超超臨界特性，設計的一個(gè)新型控制方法，采用減溫噴水閥作為聯(lián)絡(luò )信號，能始終保持噴水閥在最佳的調節位置，汽溫控制效果更加好。無(wú)論在何種工況，始終使燃料——給水平衡，使一、二級減溫水噴水閥在有效的調節范圍內，從而使主汽溫度始終受控，取得了很好的實(shí)際運行效果，在變負荷和各個(gè)負荷段內，汽溫控制都非常穩定。(b)采用了給水和鍋爐給煤量協(xié)同調節穩定分離器入口過(guò)熱度在正常的范圍內，有效防止屏過(guò)溫度超溫的現象。在進(jìn)行RB試驗時(shí)，分離器入口過(guò)熱度始終保持穩定，相比之前的策略，效果非常明顯。(c) 對于直流爐，汽溫調節始終以維持燃水比為粗調，減溫水為精調。本項技術(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，共同維持主汽溫度的穩定。

  4. 經(jīng)濟效益分析

  本項目研究成果首次實(shí)現了百萬(wàn)千瓦超超臨界發(fā)電機組的自啟?？刂?，從機組啟動(dòng)準備階段的凝結水補水系統啟動(dòng)開(kāi)始，一直到機組滿(mǎn)負荷運行，以及從機組滿(mǎn)負荷到機組完全停止運行的過(guò)程，實(shí)現了“一鍵啟停”和全程自動(dòng)控制，大大減輕了人工操作勞動(dòng)強度、規范了機組啟停的操作程序、簡(jiǎn)化了操作、減少了誤操作的可能、提高了機組的整體安全性能，縮短了機組啟停時(shí)間，提高了機組的經(jīng)濟效益。同時(shí)，全程自動(dòng)控制提高了機組的運行水平，降低了機組的發(fā)電煤耗和廠(chǎng)用電率。機組啟動(dòng)和停止過(guò)程中，鍋爐加熱膨脹和冷卻收縮均勻、汽輪機受熱和冷卻均勻，降低了機組啟停過(guò)程中的熱應力，減小了機組壽命消耗，延長(cháng)了機組的壽命；機組多次的啟動(dòng)和停止結果表明，采用APS使機組啟動(dòng)過(guò)程縮短約5小時(shí)、停機過(guò)程縮短約1小時(shí)；全程自動(dòng)控制，機組在啟停過(guò)程中、正常運行過(guò)程中以及負荷調節的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，始終保持各控制參數在最佳狀態(tài)，保證了機組的經(jīng)濟運行，為節能減排、低碳、經(jīng)濟運行打下基礎。而沒(méi)有應用APS的超超臨界機組，啟停過(guò)程需要大量的人工操作，操作項目繁多，判斷條件繁多，人工的勞動(dòng)強度高，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、汽機膨脹/冷卻過(guò)程不均勻，增加壽命消耗；另外，沒(méi)有全程自動(dòng)控制，參數偏離設計值較大，增加了機組的煤耗和廠(chǎng)用電率，經(jīng)濟性能較差。

  目前國內1000MW超超臨界機組額定工況穩定運行供電標準煤耗已經(jīng)達到國際水平。但機組實(shí)際運行過(guò)程中，需要參與電網(wǎng)負荷調節，則實(shí)際煤耗仍然較高，離國際水平還有一段很大的差距，這主要是由于機組參與負荷調節的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，機組控制水平仍然落后于國際水平。目前已投運的1000MW機組中，大部分沒(méi)有采用APS技術(shù)，造成機組啟/停、正常負荷調節的運行過(guò)程中，煤耗偏高。華能海門(mén)電廠(chǎng)應用本項研究成果后，提高了機組控制水平，運行參數按最優(yōu)進(jìn)行控制，不僅機組在啟停過(guò)程節約大量燃煤，而且正常運行過(guò)程中、以及機組參與電網(wǎng)負荷調節的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，也有著(zhù)較低的煤耗和廠(chǎng)用電率。

   根據海門(mén)電廠(chǎng)每臺機組投運一年的統計結果，APS系統投運后，啟動(dòng)過(guò)程節約廠(chǎng)用電15多萬(wàn)度電、提前發(fā)電增加400多萬(wàn)度電的發(fā)電量，停止過(guò)程節約廠(chǎng)用電3多萬(wàn)度電、提前發(fā)電增加80多萬(wàn)度電的發(fā)電量，累計節支504多萬(wàn)元；給水全程控制，在機組啟動(dòng)過(guò)程中，電泵節能每年就可節省約4萬(wàn)度電，累計節支2萬(wàn)元；機組正常運行的負荷調節過(guò)程中，全程自動(dòng)控制使運行參數穩定，與實(shí)施APS前對比，機組供電煤耗降低了2g/kWh，每年每臺機組發(fā)電量按60億度電來(lái)計算，節支967多萬(wàn)元；除氧器水位全程調節，凝結水泵在原來(lái)變頻已經(jīng)節電的基礎上，可再增加節電量240多萬(wàn)kWh/年，累計節支120多萬(wàn)元；采用全程調節后，低于550MW即自動(dòng)停一臺凝泵，節省廠(chǎng)用電80萬(wàn)kwh/年，累計節支40多萬(wàn)元。以上數據統計，2臺機直接經(jīng)濟效益共計3000多萬(wàn)元/年。再加上APS應用后減少了誤操作、減少操作人員支出、減少設備損耗和維修費用支出等其他間接經(jīng)濟效益，應用APS后，經(jīng)濟效益同其他國內外同類(lèi)項目相比處于于領(lǐng)先水平。