論600 MW 超臨界機組協(xié)調(diào)控制策略

摘要：600MW超臨界機組壓力等級高，工作介質(zhì)剛性提高，動態(tài)過程加快，另外直流爐蓄熱能力小，各子系統(tǒng)的相互聯(lián)系更加緊密，在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計中要統(tǒng)籌全局，合理解藕，采用靜態(tài)、動態(tài)前饋，引入汽機側(cè)壓力拉回回路，鍋爐側(cè)加快響應(yīng)，充分利用鍋爐蓄熱，才能提高機組的負荷適應(yīng)性和運行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞： 超臨界機組 協(xié)調(diào)控制策略 耦合

超臨界發(fā)電技術(shù)是一種高效、環(huán)保、可靠的發(fā)電技術(shù)，煤耗低，污染物排污量少；超臨界機組控制技術(shù)是超臨界發(fā)電技術(shù)中的重要一環(huán)，與機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的運行密切相關(guān)。研究和掌握大型超臨界機組的動態(tài)特性，改進和優(yōu)化超臨界機組的控制策略，促進超臨界機組的一些關(guān)鍵控制技術(shù)的提高，對提升我國超臨界機組的自動化水平、促進節(jié)能降耗具有重要意義。

1 600 MW 超臨界機組控制對象的主要特點

600 MW 超臨界機組已經(jīng)成為我國電力行業(yè)的主力機組，超臨界機組的直流運行特性、變參數(shù)的運行方式 、多變量的控制特點 ，與亞臨界汽包爐比較在控制上具有很大的特殊性。

1. 1 直流鍋爐汽水系統(tǒng)的主要特點

強制循環(huán)直流鍋爐的工質(zhì)從水變成為過熱蒸汽的加熱流動完全靠給水泵的壓力來驅(qū)動。

1.1.1各受熱面的大小沒有固定的界限

當(dāng)鍋爐的給水流量或燃燒率改變時，各個受熱面的分界就發(fā)生移動。例如當(dāng)燃燒率增加時，蒸發(fā)段與過熱段之間的分界向前移動 （加熱、蒸發(fā)段縮短，過熱段伸長）；當(dāng)給水流量增加時，蒸發(fā)段與過熱段之間的分界則向后移動。由于受熱面界限的變化，鍋爐的蒸發(fā)量和過熱蒸汽溫度發(fā)生很大的變化。給水流量不變而燃燒率增加時，由于蒸發(fā)所需的熱量不變，因而加熱和蒸發(fā)的受熱面縮短，過熱受熱面增加，所增加的燃燒熱量 全部用于使蒸汽過熱，汽溫將急劇上升。

1. 1 .2 蓄熱量小。

由于直流鍋爐的蓄熱量小，所以直流鍋爐在外界負荷發(fā)生改變時，其主汽壓力的波動要比汽包鍋爐劇烈的多，這給自動控制帶來了巨大的困難。但在主動變負荷時，由于直流爐的熱慣性小，其蒸汽流量變化迅速，所以它的負荷響應(yīng)比汽包鍋爐快，有利于機組的調(diào)峰。

1.2超臨界機組的啟動特點

直流爐與汽包爐最大的不同點在啟動系統(tǒng)上。汽包爐的啟動系統(tǒng)主要是指機組的旁路控制系統(tǒng)，直流爐的啟動系統(tǒng)除包括上述的壓力調(diào)整功能外，還要完成濕態(tài)和干態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。

在濕態(tài)運行過程中鍋爐的主要控制參數(shù)是分離器水位和維持啟動給水流量，在干態(tài)運行過程中鍋爐的控制的主要任務(wù)是鍋爐受熱面溫度控制和控制煤水比穩(wěn)定；在濕干態(tài)轉(zhuǎn)換中可能會發(fā)生蒸汽溫度的變化，故在此轉(zhuǎn)換過程中必須盡量保證各受熱面蒸汽溫度的平穩(wěn)。

1.3雙進雙出正壓直吹式制粉系統(tǒng)的特點

雙進雙出正壓直吹式制粉系統(tǒng)煤種適用范圍廣，靈活性高?？筛鶕?jù)鍋爐負荷要求，實現(xiàn)雙進雙出、單進雙出或半磨運行三種工況；其出力的調(diào)節(jié)是由一次風(fēng)量決定，有利于實現(xiàn)燃水比的自動、精確控制調(diào)節(jié)；其運行工況直接影響鍋爐的燃燒工況； 尤其是制粉系統(tǒng)啟停對鍋爐穩(wěn)定運行和機組負荷響應(yīng)造成比較大的影響。

2超臨界機組協(xié)調(diào)控制策略

作為實現(xiàn)機組安全經(jīng)濟運行目標(biāo)的有效手段，自動控制系統(tǒng)的作用日益重要，功能也日益復(fù)雜，擔(dān)負著機組主、輔機的負荷控制、參數(shù)調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖保護、參數(shù)顯示、異常報警、性能計算等重要功能和降低運行值班員勞動強度，成為大型火電機組運行必不可少的組成部分。

2.1超臨界機組控制特點之一在于非線性耦合

直流鍋爐在汽水流程上的一次性循環(huán)特性，沒有汽包這類參數(shù)集中的儲能元件，在直流運行狀態(tài)汽水之間沒有一個明確的分界點，給水從省煤器進口就被連續(xù)加熱、蒸發(fā)與過熱，根據(jù)水、濕蒸汽與過熱蒸汽物理性能的差異，可以劃分為加熱段、蒸發(fā)段與過熱段三大部分，在流程中每一段的長度都受到燃料、給水、汽機調(diào)門開度的擾動而變化，從而導(dǎo)致功率、壓力、溫度的變化。直流鍋爐控制系統(tǒng)是一個三輸入三輸出并具有相互耦合關(guān)聯(lián)極強的特性。

2.2汽機擾動對鍋爐的耦合特性

直流鍋爐汽水一次性通過特性，使超臨界鍋爐動態(tài)特性受末端阻力的影響遠比汽包鍋爐大。汽機主汽調(diào)門開度發(fā)生變化，影響機組功率的同時也直接改變鍋爐出口末端阻力特性，直接改變了鍋爐的被控特性。其特性不但影響了鍋爐的出口壓力，壓力的變化引起給水流量的變化，改變了鍋爐側(cè)汽水流程的加熱段，從而導(dǎo)致了各受熱面溫度的變化。

2.3鍋爐燃料擾動對壓力、溫度、功率的影響

燃料量增加擾動時，由于加熱段和蒸發(fā)段縮短，鍋爐儲水量減少，在燃燒率擾動后經(jīng)過一個較短的延遲，蒸汽量會向增加的方向變化；當(dāng)燃燒率增加時，一開始由于加熱段蒸發(fā)段的縮短而使蒸發(fā)量增加，也使壓力、功率、溫度增加。燃料量減少擾動，原理相同。

2.4給水?dāng)_動對壓力、溫度、功率的影響

給水流量增加擾動，由于加熱段、蒸發(fā)段延長而推出一部分蒸汽，因此開始壓力和功率是增加的，但由于過熱段縮短使汽溫下降，雖然蒸汽流量增加但壓力和功率還是下降，汽溫經(jīng)過一段時間的延遲后單調(diào)下降，最后穩(wěn)定在一個較低的溫度上。給水流量減少擾動，依此類推。

2.5超臨界機組的控制策略選擇

機組的變負荷率應(yīng)滿足鍋爐安全穩(wěn)定運行的要求。目前制造廠對超臨界直流鍋爐的變負荷率一般限制在1%MCR/分鐘。在滿足機組負荷變化率的要求下，為穩(wěn)定機組壓力，對超臨界機組來說以機跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)不失是一個好的控制方案。

對于DCS系統(tǒng)控制的大型機組來說，控制系統(tǒng)必須要完成機組的穩(wěn)定負荷控制、變負荷控制和主要輔機故障工況下的快速減負荷控制。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)方案建立應(yīng)以變負荷、變壓力、變溫度的控制特征考慮控制策略。

超臨界機組的基本控制策略是燃燒系統(tǒng)定燃料控制、給水系統(tǒng)定流量控制、溫度采用噴水控制（輔以燃燒器擺角）、汽機調(diào)門控制負荷。鍋爐以煤水比控制溫度、燃燒控制壓力。

在低負荷段，主汽壓力變化幅度大，汽機調(diào)門、容量風(fēng)調(diào)門均處非線性區(qū)，還有低負荷穏燃壓力，控制難度比較大，可以在完善滑壓定值曲線、改變一次總風(fēng)壓上做點文章。

目前鍋爐的運行中多數(shù)不能達到設(shè)計煤種的運行要求，并且煤種的變化多樣，因此在眾多的系統(tǒng)設(shè)計中考慮了BTU修正。直流鍋爐蓄能較小無法得到類似于汽包鍋爐的熱量信號，因此在直流爐中BTU修正中最多的是采用給水流量對熱值的修正，考慮的基本點是根據(jù)設(shè)計煤種的熱值，所燃燒的煤量應(yīng)該產(chǎn)生的熱量與實際煤種產(chǎn)生的熱量的偏差對燃料進行補償。

3 結(jié)束語

由于600MW超臨界機組壓力等級高，工作介質(zhì)剛性提高，動態(tài)過程加快，另外直流爐蓄熱能力小，各子系統(tǒng)的相互聯(lián)系更加緊密，機爐之間，給水、燃燒、汽溫之間等各系統(tǒng)的控制是一個相互藕合的過程，因此在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計中要統(tǒng)籌全局，合理解藕，采用靜態(tài)、動態(tài)前饋，引入汽機側(cè)壓力拉回回路，鍋爐側(cè)加快響應(yīng)，充分利用鍋爐蓄熱，才能提高機組的負荷適應(yīng)性和運行穩(wěn)定性。

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作者簡介：

王先明 男，1976年12月生，山西大同，畢業(yè)于華北電力大學(xué)動力工程系。中國能源建設(shè)集團山西電力建設(shè)一公司儀表分公司工程師，主要從事火力發(fā)電廠自動化控制技術(shù)及自動化儀表技術(shù)及管理工作。