600MW機組超臨界直流鍋爐的控制策略

1、600MW機組超臨界直流鍋爐的控制策略一、超臨界直流鍋爐的動態(tài)特性及其控制系統(tǒng)設計特點 與亞臨界機組相比，內置式分離器超臨界直流鍋爐采用聯合變壓運行方式，在機組的起停過程中(圖1)或工況發(fā)生大范圍變化時，水冷壁工質壓力大幅度變化，導致工質的相變點、比容、溫度、汽化潛熱等都發(fā)生較大變化，被控對象的動態(tài)特性復雜，控制難度大。對象動態(tài)特性的復雜性主要表現在以下幾方面。 (1)超臨界壓力直流鍋爐機組在起、停過程中要經歷汽水分離器濕態(tài)-干態(tài)運行的轉換和亞臨界與超臨界壓力運行工況的轉換，因此動態(tài)特性隨負荷變化很大，在不同的運行工況下存在著根本性的差別，呈現出很強的非線性特性和變參數特性。 當汽水分離器濕態(tài)

2、運行時，鍋爐的動態(tài)特性類似于汽包鍋爐，被控參數為分離器水位并維持啟動給水流量，這時給水流量的變化主要影響的是汽水分離器水位，燃料量的變化主要影響汽水分離器出口蒸汽流量和壓力。 當汽水分離器干態(tài)運行且系統(tǒng)處于亞臨界壓力工況時，鍋爐的動態(tài)特性類似于亞臨界直流鍋爐，所要控制的量為蒸汽溫度和給水流量，此時由于直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的各個區(qū)段之間無固定分界線，各參數相互之間的耦合程度遠大于汽包鍋爐，任何擾動都將導致鍋爐出口蒸汽溫度、壓力和流量同時變化，給水、燃燒和汽溫控制之間密切相關，特別在煤水比失調時鍋爐出口汽溫的變化顯著大于汽包鍋爐。當鍋爐處于超臨界壓力工況時，鍋爐汽水流程上的任何環(huán)節(jié)均為單相區(qū)段，此時

3、其動態(tài)特性類似于過熱器或省煤器。 在濕態(tài)-干態(tài)轉換過程中蒸汽溫度可能會發(fā)生較大變化，應特別注意操作控制。在亞臨界-超臨界壓力轉變過程中，由于臨界壓力工況點附近存在著最大比熱容區(qū)，工質定壓比熱容變得很大，工質溫度隨焓值的變化很不敏感，因此機組在亞臨界壓力向超臨界壓力區(qū)域轉換過程中的動態(tài)特性差異非常顯著。 (2)超臨界直流鍋爐蓄熱能力小，慣性較小，對外界擾動的響應速度要快于亞臨界機組，容易超溫超壓。但在對電網調峰要求的適應能力、機組正常運行時的變負荷能力和快速起/停能力等方面超臨界機組優(yōu)于亞臨界機組。 (3)直流鍋爐的一次性通過特性使得工質流和能量流相互耦合，從而在各個控制回路，如給水、汽溫及負荷

4、控制回路之間存在著很強的非線性耦合，機、爐之間相互關聯性強。 (4)當機組主蒸汽壓力達到30MPa以上時，為了獲得更高的熱效率，超臨界機組多采用二次中間再熱，使系統(tǒng)復雜化，導致機組控制特性更加復雜。 由于超臨界直流鍋爐動態(tài)特性的復雜性，采用傳統(tǒng)的線性控制理論設計的控制系統(tǒng)已經難以對超臨界直流鍋爐迸行有效控制，因此控制系統(tǒng)的合理設計、控制性能、可靠性等成為影響超臨界機組發(fā)展的主要因素之一。 超臨界直流鍋爐控制系統(tǒng)的設計特點:(1)嚴格控制燃水比，保證中間點工質溫度或焓值。(2)普遍采用前饋控制技術，各系統(tǒng)間聯系很快;在串級系統(tǒng)中，前饋和反饋信號的配比應盡可能準確，以減小主調的動作。(3)采用變參

5、數、變設定值、解耦技術以及基于對象特性辨識的自適應控制等技術。(4)針對不同運行工況下對象不同的動態(tài)特性，采用變結構的控制技術。二、給水控制系統(tǒng) (1)當汽水分離器濕態(tài)運行，鍋爐控制為汽水分離器液位及最小流量控制。在機組起動階段，分離器的疏水由AA、AN、ANB閥排至除氧器及疏水擴容箱(圖1)。這3個閥門前都有一個電動隔絕門(圖1中未畫出)，當符合一定條件后，電動隔絕門會自動聯鎖打開或關閉。分離器水位經過啟動分離器壓力的修正后分別控制AA、AN、ANB3個液位控制閥。這3個液位控制閥由一套液壓控制系統(tǒng)進行控制，開啟時間很快，通流量也足夠大，以保證疏水的完全排放。這3個疏水閥的動作與分離器水位的

6、關系見圖2，開度控制有一定的重疊度，以改善水位控制疏水排放的特性。 通過ANB閥的疏水是通往除氧器的，正常運行時，分離器壓力很高，為保證除氧器的安全，在ANB閥及隔離閥上都加上聯鎖保護。當除氧器壓力大于一定值時，此閥將強制關閉，只有當除氧器壓力降至一定值下，才允許重新開啟。 (2)當汽水分離器干態(tài)運行，鍋爐控制為主蒸汽溫度控制及給水流量控制。給水控制系統(tǒng)如圖3所示，其采用的控制策略有如下特點。 超臨界直流鍋爐的中間點選在汽水分離器出口，原因是汽水分離器出口溫度能更早、更迅速、不受其它因素影響地反映出主蒸汽溫度變化趨勢，且在鍋爐負荷(35%100)MCR范圍內，汽水分離器出口始終處于過熱狀態(tài)，溫

7、度測量準確、靈敏。汽水分離器出口溫度是汽水分離器壓力的函數，該信號作為給水控制系統(tǒng)的第-反饋信號，以過熱器的總噴水流量與給水流量的比值作為給水控制系統(tǒng)的第二反饋信號。因為此比值也間接反映了燃水比的變化，比值偏高，說明中間點的焓值偏高，引入此信號的目的是:將過熱器的噴水流量控制在規(guī)定范圍內，使噴水減溫在任何工況下均保持有可調節(jié)余地。當機組過臨界壓力時，汽水分離器出口附近工質均會經歷最大比熱容區(qū)，分離器出口溫度隨焓值變化很不敏感，不能準確反映燃水比的變化，而此時過熱器的總噴水流量與給水流量的比值仍能較好地反映燃水比的變化。 中間點溫度或焓值可用燃料量控制也可用給水流量控制，一般亞臨界直流鍋爐采用中

8、貯式制粉系統(tǒng)，用燃料量控制中間點溫度或焓值為主要手段;而超臨界鍋爐采用直吹式制粉系統(tǒng)，慣性較大，用燃料量控制中間點溫度或焓值比用給水流量控制遲延大，而從減少鍋爐熱應力及鍋爐壽命考慮，動態(tài)溫度控制應優(yōu)先于壓力控制。因此，超臨界機組以給水流量控制中間點溫度或焓值為主要策略。 與汽包爐不同，給水流量需求信號設定值主要根據總燃料量設定，在此基礎上加上燃燒器擺角修正、分離器出口溫度校正、分離器出口溫度微分信號產生。 實際給水流量信號為省煤器入口流量加噴水量再減去分離器疏水量。給水流量需求指令送到給水泵轉速控制器，通過改變給水泵轉速來維持給水流量。三、過熱蒸汽噴水減溫控制系統(tǒng) 為獲得較好的蒸汽品質，對于直

9、流鍋爐，必須用保持燃水比作為維持過熱器出口汽溫的主要粗調手段，用噴水減溫作為細調手段。本文所討論的對象，在后屏過熱器(屏過)的入口和末級過熱器的入口設有兩級噴水減溫器(圖1)。兩級減溫水的控制原理基本相同，現以后屏過熱器屏過汽溫控制系統(tǒng)為例加以說明。屏過汽溫控制系統(tǒng)如圖4所示，其采用的控制策略有如下特點。 (1)屏過出口汽溫為主被調量，其設定值由鍋爐負荷函數與末級過熱器噴水函數的差值得到。引入末級過熱器噴水指令的目的是當末級過熱器噴水量大于或小于一定范圍后，應按圖4中旁圖(b)所示調節(jié)改變屏過入口汽溫(噴水后蒸汽溫度)，最終通過改變屏過出口汽溫使末級過熱器的噴水量回復到規(guī)定范圍內，以保證其有一

10、定的可調范圍。 (2)煤水比修正信號是通過前饋方式送到副回路，目的是快速消除燃料量擾動對屏過出口汽溫的影響。燃燒器擺角控制用來調節(jié)再熱蒸汽溫度，但當燃燒器擺角發(fā)生變化時，會破壞過熱蒸汽溫度調節(jié)的平衡，因此在給水控制和過熱蒸汽噴水減溫控制中采用燃燒器噴嘴傾角對控制信號進行修正，修正曲線如圖3中右旁的曲線圖所示，當燃燒器擺角向上擺動時，減少給水量，增加減溫水量，擺角向下擺動時則相反。 (3)基本的屏過入口汽溫設定值由鍋爐負荷的函數得到，再加上主調節(jié)器輸出以及前述各修正信號得出屏過入口汽溫的最終設定值。鍋爐負荷與屏過入口汽溫設定值的曲線如圖4旁圖(a)所示，從圖上可看出屏過入口汽溫設定值有一個最低點(屏過出口汽溫設定值的曲線也與此類似)，此最低點與分離器濕態(tài)-干態(tài)轉換點相對應。這是因為在起動過程中，鍋爐燃料量逐漸增大，分離器由濕態(tài)轉向干態(tài)運行。當爐內燃料量增加時，爐膛出口煙溫也增加，使爐膛內單位煙氣的放熱量反而減少，也就是說前、后屏過熱器中單位重量蒸汽的吸熱量反而減少，而通過前屏過熱器的蒸汽流量是增加的，從而導致屏過汽溫隨負荷的增加反而減少(相當于輻射過熱器的汽溫特性)。當分離器干態(tài)運行后，其汽溫變化隨負荷(燃料量)的增加而增加。因此在濕態(tài)-干態(tài)轉換的短時間內，應注意過熱汽溫出現快速的嚴重超溫現象。為了避免出現這種情