300MW超臨界直流鍋爐自動控制系統(tǒng)的運行及優(yōu)化

張首紅

摘 要： 隨著計算機技術的不斷研究和發(fā)展，自動控制系統(tǒng)在電力行業(yè)中的應用也越來越廣泛，本文對300MW超臨界直流鍋爐自動控制系統(tǒng)的相關問題進行分析，并且對自動控制系統(tǒng)的設計進行探討，旨在提高鍋爐自動控制水平，提高電力系統(tǒng)生產(chǎn)效率。

關鍵詞： 300MW；超臨界直流鍋爐；自動控制系統(tǒng)；設計

引言

高效超臨界機組可較大幅度地提高發(fā)電效率，而且可以達到節(jié)約能源、減少污染的目的，從我國當前的實際情況來看，超臨界機組可降低煤耗約20%，在節(jié)能環(huán)保要求下是具有十分廣闊的應用前景。超臨界機組只能采用直流鍋爐，也決定了超臨界機組對電網(wǎng)調峰要求的適應能力以及負荷變化時的啟動和停止能力都要優(yōu)于亞臨界機組。隨著人們對電力產(chǎn)品的需求越來越高，在電力行業(yè)發(fā)展過程中機組的更新也越來越迅速，300 MW超臨界機組已經(jīng)成為電力生產(chǎn)過程中的主要機組，也是未來電力機組發(fā)展的主要方向。雖然超臨界機組具有很多優(yōu)勢，但其鍋爐的蓄熱能力不足，慣性較小，溫度容易超過標準溫度，所以在對超臨界機組進行控制的時候要實現(xiàn)自動化控制，確保超臨界機組的輸入和輸出保持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。當前我國的超臨界機組自動化控制水平與其他的發(fā)達國家電力行業(yè)中的超臨界機組自動控制技術相比還有一定差距，針對300 MW超臨界機組的自動控制系統(tǒng)的運行和研究還要不斷更新。

一、超臨界直流鍋爐的控制特點

超臨界鍋爐的分類方式有很多種，例如根據(jù)控制來分類可以分為內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)和外置式分離器啟動系統(tǒng)。當前我國的超臨界鍋爐主要采用內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)，鍋爐在運行過程中主要采用聯(lián)合變壓運行方式，如果機組運行過程中的情況出現(xiàn)較大的變化，則可能會導致水冷壁工質的壓力產(chǎn)生大幅度變化，工質的相變點、比容、溫度、汽化潛熱等都會出現(xiàn)較大變化。超臨界直流鍋爐控制系統(tǒng)具有以下幾個方面特點：

第一，要嚴格控制鍋爐的燃水比，確保鍋爐運行過程中的某個時間點的溫度或者焓值滿足生產(chǎn)要求。

第二，在超臨界直流鍋爐控制系統(tǒng)中要采用前饋控制技術，確保超臨界直流鍋爐的各個系統(tǒng)之間的聯(lián)系更加緊密，信息傳遞更迅速，而且在串級控制系統(tǒng)中，為了減少主調動作，前饋以及反饋信號之間的配比應該要盡可能保持準確。

第三，在超臨界直流鍋爐的全程運行過程中都要采用參數(shù)變化、設定值變化、解耦技術以及基于對象特性辨識的自適應控制等技術。

在進行超臨界機組自動控制系統(tǒng)設計時，應該要明確自動系統(tǒng)需要滿足的任務要求。主要有以下四個方面：第一，當電網(wǎng)負荷調度指令產(chǎn)生之后，要以最快的速度滿足該指令所需要的蒸汽量。第二，確保鍋爐運行時的蒸汽以及再熱蒸汽的參數(shù)保持穩(wěn)定。第三，確保鍋爐一直保持最佳的燃燒工況，使鍋爐具有最高的燃燒效率。第四，保持爐膛負壓為給定值滿足要求。

二、超臨界直流鍋爐的自動控制系統(tǒng)設計方案

（一）給水控制系統(tǒng)

給水是超臨界直流鍋爐運行過程中的一個重要環(huán)節(jié)，在超臨界直流鍋爐自動控制系統(tǒng)中，要實現(xiàn)對給水過程的自動化控制。在給水控制過程中要根據(jù)汽水狀態(tài)對具體的控制方式進行確定，主要有以幾種不同的狀態(tài)：

1、當汽水分離器保持濕態(tài)運行，此時鍋爐的控制方式是最小流量控制。如圖一所示，當機組處于啟動狀態(tài)的時候，分離器的疏水由AA、AN、ANB閥排至除氧器及疏水擴容箱。AA、AN、ANB這三個閥門前都有一個電動的隔絕門，如果外界的狀態(tài)符合某種條件之后，電動隔絕門就會自聯(lián)鎖打開或關閉。

當啟動分離器對分離器水位進行修正之后可以對三個控制閥進行分別控制，確定不同的開啟和閉合狀態(tài)，這三個閥門由一套液壓控制系統(tǒng)進行控制，開啟閥門的時間很快，而且流量十分充足，可以保證疏水排放要求。其中ANB閥的疏水是通往除氧器中的，當鍋爐運行正常的時候，分離器的壓力比較高，為了保證除氧器安全運轉，在ANB閥及隔離閥上都可以加上聯(lián)鎖保護。當除氧器中的壓力增加到一定值的時候，可以強制關閉閥門，當壓力降低到安全值之后才可以開啟閥門。

2、當汽水分離器處于干態(tài)運行時，鍋爐的控制要變?yōu)?，主蒸汽溫度控制及給水流量控制。在鍋爐的給水控制過程中，一般采用串接方式，汽水分離器出口是一個中間的連接點，當汽水分離器處于干態(tài)運行的時候，控制系統(tǒng)的流程如下圖所示。

在這種狀態(tài)下，汽水分離器的出口溫度對燃水比進行修正，確保鍋爐給水狀態(tài)保持正常。通常將超臨界壓力鍋爐的中間點選在汽水分離器出口，主要原因有幾個方面：能夠反映出燃料的變化情況；基本不會受減溫水流量變化的影響，即使減溫水量大幅度增加或者減少，鍋爐的給水量依舊可以保持正常；汽水分離器的出口保持過熱狀態(tài)，溫度測量比較準確、靈敏。在對給水過程進行控制的時候，正常的汽水分離器出口溫度是汽水分離器壓力的函數(shù)，可以為給水控制系統(tǒng)提供第一反饋修正信號，以過熱器的總噴水流量以及給水流量的比值作為控制系統(tǒng)的第二個反饋修正信號，通過兩次修正，可以確保給水控制系統(tǒng)的信號更加準確。當機組在運行過程中壓力超過臨界壓力的時候，汽水分離器的出口附近會出現(xiàn)最大比熱區(qū)，分離器出口溫度的敏感性會隨著焓值的變化而降低，不能反映出燃水比的變化情況，但此時過熱器的總噴水流量與給水流量的比值正好能反映出燃水比的變化。

3、用給水流量控制中間點溫度。在本系統(tǒng)中，給水流量可以對中間點的溫度進行控制，在傳統(tǒng)的亞臨界直流鍋爐中一般采用中儲式制粉系統(tǒng)，采用燃料用量來控制中間點的溫度或者焓值，但是對于超臨界鍋爐而言，直吹式制粉系統(tǒng)的慣性較大，如果依舊使用控制燃料數(shù)量來控制中間點的溫度，會產(chǎn)生一定的延遲，為了超臨界鍋爐的熱應力，并且延長鍋爐的壽命，可以實現(xiàn)動態(tài)溫度控制，減少壓力控制模式，給水流量控制可以達到更加靈活的控制目標。

4、給水流量信號的產(chǎn)生。隨著超臨界鍋爐的不斷運行，其需水量也不斷增加，系統(tǒng)會產(chǎn)生給水流量需求信號，給水流量需求信號的產(chǎn)生主要是根據(jù)總燃料量、燃燒器擺角、分離器出口溫度等各種參數(shù)綜合決定的。

（二）過熱蒸汽噴水減溫控制系統(tǒng)

對于超臨界直流鍋爐而言，直流鍋爐中蒸汽流量等于給水量和減溫水量之和，如果燃水比沒有保持正常值，出現(xiàn)失調的時候，就會嚴重影響過熱器的出口汽溫。在控制的時候，如果采用噴水減溫的方法控制過熱器出口汽溫，給水量會隨著噴水量的增加而逐漸減少，導致燃水比的失調現(xiàn)象進一步擴大。因此對于超臨界直流鍋爐要采用保持燃水比作為維持過熱器出口汽溫的主要方法，并且采用噴水減溫的方式作為微調手段，實現(xiàn)對超臨界直流鍋爐溫度的有效控制。超臨界直流鍋爐自動控制系統(tǒng)中采用屏式過熱器汽溫控制系統(tǒng)對溫度進行控制，主要有以下幾個方面內(nèi)容：第一，產(chǎn)生屏式過熱器入口汽溫修正信號。當末級過熱器的噴水量沒有達到標準的時候，可以改變屏式過熱器出口汽溫，從而使得末級過熱器的噴水量回歸到一定范圍之內(nèi)。第二，屏式過熱器汽溫控制主要是通過鍋爐的負荷函數(shù)得到相應的入口汽溫設定值，然后再加上修正信號，與實際的屏式過熱器入口汽溫的偏差一起綜合決定噴水閥的開放程度。第三，要對屏式過熱器入口汽溫進行合理設置，防止由于汽溫過熱而出現(xiàn)超溫的現(xiàn)象，可以預先增加噴水，防止溫度超出規(guī)定范圍。

結語

綜上所述，隨著電力生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，超臨界直流鍋爐在電力生產(chǎn)過程中的應用也越來越廣泛，超臨界直流鍋爐自動控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對鍋爐的自動化控制，提高鍋爐運行水平，在設計自動控制系統(tǒng)的時候要加強對各個關鍵子系統(tǒng)地設計，對參數(shù)進行合理計算?！?/p>

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