東方1000MW超超臨界鍋爐水燃比控制

王嘉毅

【摘 要】東方1000MW超超臨界鍋爐引進(jìn)日立技術(shù)，采用煤跟水的協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)，通過水燃比控制對(duì)鍋爐負(fù)荷指令產(chǎn)生的基本燃料指令進(jìn)行補(bǔ)償，產(chǎn)生燃燒率指令。根據(jù)水燃比在機(jī)組不同運(yùn)行階段的不同控制方式，對(duì)其結(jié)構(gòu)和各控制對(duì)象進(jìn)行分析，著重介紹干態(tài)運(yùn)行下水燃比對(duì)中間點(diǎn)溫度的控制，以及現(xiàn)場(chǎng)投用效果。

【關(guān)鍵詞】東方鍋爐 超超臨界機(jī)組 水燃比控制 中間點(diǎn)溫度

【Abstract】Dongfang 1000MW ultra supercritical boiler introduction of BHK technology， use coal follow water in coordination？control strategy. FW/FR ratio control compensate basic fuel program from boiler input demand， generate the firing rate demand. Based on the different strategy of FW/FR ratio control in different operational states， analyze its structure and control object， focus on intermediate point temperature control in one-through mode and application effect.

【Key words】Dongfang boiler， ultra supercritical unit， FW/FR ratio control， intermediate point temperature

東方鍋爐廠引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)的1000MW超超臨界參數(shù)、變壓直流鍋爐，采用對(duì)沖燃燒方式、∏型結(jié)構(gòu)布置。其控制原理屬于日系流派，采用煤跟水的協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)。水燃比控制通過對(duì)鍋爐負(fù)荷指令產(chǎn)生的基本燃料指令進(jìn)行補(bǔ)償，動(dòng)態(tài)保持燃燒率與給水之間的平衡關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)組各運(yùn)行階段的不同控制功能。

1 水燃比控制結(jié)構(gòu)

燃料主控的基本燃料量指令由鍋爐負(fù)荷指令產(chǎn)生，通過水燃比控制輸出和機(jī)組變負(fù)荷時(shí)有效的鍋爐動(dòng)態(tài)加速指令（BIR）對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，經(jīng)過水-煤交叉、風(fēng)-煤交叉限制及BTU修正，產(chǎn)生最終的燃燒率指令，如下圖1 所示：

水燃比主控在機(jī)組不同運(yùn)行階段下分別具有分離器入口升溫控制、爐膛排煙溫度控制、主汽壓力控制和中間點(diǎn)溫度控制的功能。當(dāng)燃料主控手動(dòng)時(shí)，水燃比主控跟蹤基本燃料指令與總?cè)剂狭康钠睿谷剂现骺卦谇袚Q自動(dòng)時(shí)無擾。當(dāng)燃料主控自動(dòng)、水燃比主控手動(dòng)時(shí)，由于煤跟水的協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)，給水指令基本維持鍋爐負(fù)荷指令對(duì)應(yīng)的給水流量，水燃比主控可以作為燃料的偏置器，手動(dòng)調(diào)整燃燒率與給水之間的比值。當(dāng)燃料主控和水燃比主控都在自動(dòng)時(shí)，水燃比主控根據(jù)當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，選擇不同控制對(duì)象，通過修正燃料指令，自動(dòng)調(diào)整燃燒率與給水之間的比值，使其達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。水燃比主控各階段控制功能如下圖2 所示：

2 濕態(tài)水燃比控制

2.1 分離器入口升溫控制

在機(jī)組啟動(dòng)階段，當(dāng)鍋爐點(diǎn)火且主汽壓力小于沖轉(zhuǎn)壓力時(shí)，若水燃比主控自動(dòng)，則分離器入口升溫控制有效。根據(jù)分離器入口溫度對(duì)應(yīng)的函數(shù)，溫度較低時(shí)對(duì)燃料指令進(jìn)行負(fù)方向修正，隨著溫度升高修正量逐漸歸零，達(dá)到控制分離器入口溫升率的目的。當(dāng)鍋爐升壓至沖轉(zhuǎn)壓力時(shí)，分離器入口升溫控制結(jié)束。

2.2 爐膛排煙溫度控制

在主汽壓力達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力且機(jī)組并網(wǎng)之前，若水燃比主控自動(dòng)，則爐膛排煙溫度控制器有效，其目的是為了在機(jī)組啟動(dòng)階段防止燃料過量使再熱蒸汽管超溫。爐膛排煙溫度控制器是一個(gè)PI控制器，當(dāng)爐膛出口煙氣溫度超過最大設(shè)定值時(shí)，對(duì)燃料指令進(jìn)行負(fù)方向修正，最大修正量為5t/h。機(jī)組并網(wǎng)后，爐膛排煙溫度控制結(jié)束。

2.3 Standby mode

機(jī)組并網(wǎng)至旁路全關(guān)之前，此時(shí)汽機(jī)手動(dòng)控制負(fù)荷，主汽壓力由旁路控制。為保證汽機(jī)全進(jìn)汽，一般對(duì)燃料的操作是維持不變，因此在此期間水燃比無實(shí)際控制對(duì)象，不論水燃比主控在自動(dòng)或手動(dòng)，都處于跟蹤狀態(tài)，跟蹤基本燃料指令與總?cè)剂狭康钠睢?/p>

2.4 主汽壓力控制

當(dāng)旁路全關(guān)，汽機(jī)全進(jìn)汽至機(jī)組進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行前，若汽機(jī)依然維持負(fù)荷控制，須由鍋爐控制主汽壓力，則水燃比切換至主汽壓力PI控制器。原因是當(dāng)鍋爐處于濕態(tài)循環(huán)運(yùn)行方式時(shí)，主汽壓力是單由燃料量的多少來決定的，燃料量的增減直接影響分離器的蒸發(fā)量；此時(shí)改變給水流量只會(huì)影響分離器儲(chǔ)水箱的液位，不會(huì)影響主汽壓力（同汽包爐）。因此，在這種工況下，水燃比主控通過燃料量控制主汽壓力，直至機(jī)組進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行結(jié)束。

3 干態(tài)水燃比控制（中間點(diǎn)溫度控制）

超超臨界鍋爐在直流工況下是一個(gè)多輸入、多輸出的被控對(duì)象，沒有汽包環(huán)節(jié)，在不同運(yùn)行工況下，其加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和過熱區(qū)之間的界限是變動(dòng)的。為了維持汽水行程中各點(diǎn)的溫度、濕度及各區(qū)段的位置在規(guī)定的范圍內(nèi)，要求控制系統(tǒng)嚴(yán)格地保持燃燒率與給水之間的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。因此，將反映燃料和水關(guān)系變化最靈敏的地方稱之為中間點(diǎn)溫度，鍋爐運(yùn)行中將中間點(diǎn)溫度控制在一定范圍內(nèi)，就可以認(rèn)為鍋爐汽水系統(tǒng)中的相變點(diǎn)界面被基本固定住，從而達(dá)到了使燃料和水保持一定比值關(guān)系的目的，也保證了過熱汽溫在可控范圍內(nèi)。

3.1 屏過出口溫度控制

根據(jù)東鍋1000MW超超臨界鍋爐控制說明，選取與以往不同的屏過出口溫度作為中間點(diǎn)溫度，在調(diào)試和運(yùn)行過程中也驗(yàn)證了該點(diǎn)對(duì)燃料的響應(yīng)最為靈敏。下圖3 為東鍋1000MW超超臨界鍋爐主蒸汽系統(tǒng)過程控制畫面。

屏過出口溫度設(shè)定值由負(fù)荷指令MWD產(chǎn)生，其與實(shí)際屏過出口溫度的偏差被送至積分控制器，同時(shí)把溫度偏差作為積分控制器的輸出前饋，即比例環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)分開，這樣做是為了在變負(fù)荷或水燃比超馳動(dòng)作時(shí)，閉鎖積分器的增減，防止水燃比控制反向作用和積分飽和。由于在不同負(fù)荷下過熱蒸汽的壓力不同，改變同樣蒸汽溫度所需要吸收和放出的能量也不同，因此通過蒸汽比熱容對(duì)比例增益和積分時(shí)間常數(shù)進(jìn)行修正。屏過出口溫度控制輸出由此比例+積分產(chǎn)生。

3.2 水燃比溫度控制前饋

為了保證各受熱面溫度和過熱器噴水流量在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，將上游頂棚出口溫度偏差和過熱器總噴水流量控制偏差的比例控制作為前饋加在屏過出口溫度控制的比例環(huán)節(jié)上，協(xié)助過熱器噴水流量控制，形成最終的水燃比中間點(diǎn)溫度控制輸出，其原理如下圖4 所示：

3.3 水燃比超馳控制

在機(jī)組進(jìn)入干態(tài)以后，為了防止頂棚出口過熱度過高或過低，在控制系統(tǒng)中設(shè)置了根據(jù)分離器出口壓力產(chǎn)生的頂棚出口溫度上限和下限的函數(shù)，當(dāng)頂棚出口溫度超過該上限或下限時(shí)，水燃比按比例超馳減少或增加燃料，最大超馳量±6t/h（Oil base），同時(shí)閉鎖屏過出口溫度控制的積分環(huán)節(jié)。

3.4 水燃比溫度控制與過熱器減溫水控制的協(xié)調(diào)

由于屏過出口溫度作為中間點(diǎn)由水燃比控制，因此過熱器一級(jí)噴水只需要單回路控制，根據(jù)東鍋1000MW超超臨界鍋爐控制說明，過熱器一級(jí)噴水控制一級(jí)噴水流量，保證其在各負(fù)荷段基本保持在設(shè)計(jì)流量，并通過各受熱面（頂棚出口、低過出口、屏過進(jìn)口、屏過出口）溫度的偏差對(duì)流量設(shè)定進(jìn)行修正。過熱器二級(jí)噴水仍采用常規(guī)串級(jí)調(diào)節(jié)，精確控制主汽溫度。下圖5 為國電漢川電廠5號(hào)1000MW機(jī)組水燃比控制曲線。

4 結(jié)語

東方1000MW超超臨界鍋爐水燃比控制結(jié)合其協(xié)調(diào)控制方案在控制理念上突出機(jī)組全程控制的思想，這就對(duì)機(jī)組自動(dòng)化控制水平和設(shè)備可靠性提出了更高的要求。其在過熱汽溫的控制上講求全系的兼顧，因此在調(diào)試過程中尤其需要注意各控制偏差的權(quán)重分配及水燃比與噴水減溫的協(xié)調(diào)，保證汽溫控制的穩(wěn)定。同時(shí)，在調(diào)試和運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)屏過出口溫度的變化可以視作主汽壓力變化的前饋，中間點(diǎn)溫度的穩(wěn)定，也利于主汽壓力控制的穩(wěn)定；但是通過燃料調(diào)節(jié)汽溫，其慣性時(shí)間較長，還受爐膛配風(fēng)、吹灰狀況及煤質(zhì)變化等燃燒工況的影響，這也是造成東鍋煤跟水的控制方案有利于汽壓控制、不利于汽溫控制的原因之一。

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