超临界参数机组控制系统的特点及其控制策略

《超临界参数机组控制系统的特点及其控制策略》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

超临界参数机组控制系统的特点及其控制策略杨景祺，戈黎红，凌荣生(上海发电设备成套设计研究所，上海20()240)摘要：介绍了超临界参数火电机组的技术特点，分析了其控制系统中存在的问题，指出超临界直流锅炉机组是强耦合多变量非线性的控制对象，提出在系统设计中要充分考虑采用变参数变设定值的控制方案代替根据偏差反馈控制的策略，适时的动态时间补偿以及静态平衡动态修正的控制方法。图1参2尖键词：自动控制技术;超临界压力机组;协调控制；非线性控制中图分类号：TP273文献标识码：AFeaturesandStrategiesforControlSystemsofSupercriticalPressureSetsYANGJing2rji,GELtlheig,LINGRon盘sheng(ShanghaiIbwerEquipmentResearchhistitute,Shanghai200240,China)Abstract:ThetechnicalfeaturesofsupercriticalfossiI2firedpowersetsaredescribed,andproblemsexistingintheircontiolsystemsanalyzed.Itispointedoutthatsupercriticalonce2thioughboilersarecontiolobjectsfeaturedbystiongcouplingcharacteristics,multi2variablesandnonlinearity・Apioposalisadvancedthatadesignstrategyofthecontio；systemshouldbeadopted,whichadequatelyconsiderstheuseofvariableparametersandvaiyingsetvalueswithopportunedynamictimecompensationandcorrectionforstaticequilibrium,insteadofthecontrolmethodbybiasecfeedback・Figiandrefs2.Keywords:automaticcontroltechnique;supercriticalpowergeneratingunit;coordinatedcontrol随着电力系统的发展,600MW超临界机组己经成为我国电力行业的主力机组，而超临界机组的冑流运行特性、变参数的运行方式、多变量的控制特点，与亚临界汽包炉相比在控制上具有很大的特耕性。我国在亚临界机组的控制技术方面正在跟上也界先进控制技术的发展，但在超临界机组及其控制技术方面还存在很大的差距。因此，有必要对超昭界机组的运行方式和控制策略进行讨论。收稿日期:20042062151超临界机组的特性1.1超临界火电机组的技术特点八习超临界机组是指过热器出口主蒸汽压力超过22.129MPii的机组。目前运行的超临界机组压力均为24MPa~25MPa，理论上认为:在水的状态参数达到临界点时(压力22.129MR1温度3740，水的汽化会在一瞬间完成，即在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽水共存的二相区存在，二者的参数不再有区别。由于在临界参数下汽水密度相等,因此存招临界乐力下无法鲜持自然循环.即不能再高常规火电厂效率及降低单位容量造价最有效的途径。与同容量亚临界火电机组的热效率相比，采用超临界参数在理论上可提高效率2%〜2.5%，采用 超超临界参数可提高4%〜5%。目前，世界上先进的超临界机组效率已达到47%〜49%<>1.2超临界机组的启动特点超临界锅炉与亚临界自然循环锅炉的结构和工作原理不同，肓动方法也有较大的差异，超临界锅炉与自然循环锅炉相比，有以下的启动特点：(1)设置专门的肓动旁路系统直流锅炉的肓动特点是在锅炉点火前就必须不间断地向锅炉进水，建立足够的肓动流量，以保证给水连续不断地强制流经受热面,使其得到冷却。一般高参数大容量的直流锅炉都采用单元制系统。在单元制系统启动中，汽轮机要求暖机冲转的蒸汽在相应的进汽压力下具有50C以上的过热度，其目的是防止低温蒸汽送入汽轮机后凝结，造成汽轮机的水冲击，因此直流炉需要设置专门的启动旁路系统来排除这些不合格的工质。(2)配置汽水分离器和疏水回收系统超临界机组运行在正常范围内，锅炉给水靠给水泵压头直接流过省煤器水冷壁和过热器，直流运行状态的负荷从锅炉满负荷到直流最小负荷。直流最小负荷一般为25%~45%。低于该直流最小负荷，给水流量要保持恒定。例如在20%负荷时，最小流量为30%就意味着在水冷壁出口有2()%的饱和蒸汽和1()%的饱和水，这种汽水混合物必须在水冷壁出口处分离，干饱和蒸汽被送入过热器，因而在低负荷时超临界锅炉需要汽水分离器和疏水回收系统。疏水回收系统是超临界锅炉在低负荷工作时必需的另一个系统，它的作用是使锅炉安全可靠地肓动及其热损失最小。常用的疏水系统有3种类型：扩容式疏水系统疏水热交换器式系统和辅助循环泵式系统，具有不同的结构和不同的效率。(3)肓动前锅炉要建立启动压力和启动流量启动压力是指直流锅炉在启动过程中水冷壁中工质具有的压力。启动压力升高，汽水体积质量差减小，锅炉水动力特性稳定，工质膨胀小，并且易于控制膨胀过程，但启动压力越高对屏式过热器再热器和过热器的保护越不利。目动流量是指直流锅炉在启动过程中锅炉的给水流量。1.3内這式汽水分离器的控制方式招临虫和攵日目右秫罟才巨刊空章栗禾nrti罟才巨动分离器。外置式分离器只是在启动初期投入运行，经一定时间后就从系统中切除，又称启动分猱器。而内置式分离器不同，运行期间全程投用。耶文仅就内置式启动分离器进行讨论(图1)o温度甘蒸汽流虽给水〜液位7^疏水图1内置式汽水分离器示意图HglSchematicofbiilti2insteamtrap内置式启动分离器在湿态和干态的控制是不相同的，而且随着压力的升高，湿干态的转换是内置式汽水分离器的一个显著特点。(1)内置式汽水分离器的湿态运行如前所述,锅炉负荷小于35%时，超临界锅炉运行在最小流量，所产生的蒸汽要小于最小流量，汽水分离器处于湿态运行，汽水分离器中多余的饱和水通过汽水分离器液位控制系统控制排出。(2)内置式汽水分离器的干态运行当锅炉负荷大于35%以上时，锅炉产生的蒸汽大于最小流量，过热蒸汽通过汽水分离器，此时汽水分离器为干式运行方式，汽水分离器出口温度由像水比控制，即由汽水分离器湿态时的液位控制转关温度控制。(3)汽水分离器湿干态运行转换在湿态运行过程屮锅炉的控制参数是分离器的水位和维持启动给水流量，在干态运行过程屮锅炉的控制参数是温度控制和煤水比控制，在湿干态职换中可能会发生蒸汽温度的变化，故在此转换过秸中必须要保证蒸汽温度的稳定。2超临界机组控制系统概述作为实现机组安全经济运行目标的有效手段，自动控制系统在机组安全运行所起的作用日益重要，其功能也日益复杂，担负着机组主、辅机的参碧控制，冋路调节、联锁保护、顺序控制、参数显示、异常报警、性能计算、趋势记录和报表输出等功能，已从辅助运行人员监控机组运行发展到实现不同程度的设备启停功能、程控和联锁保护的综合体系，成关大型火电机组运行必不可少的组成部分。经过几■+年的发展，冃前超临界发电技术已经相当成熟，其控 别。但就超临界机组本身而言，其直流炉的运行方式、大范围的变压控制，使超临界机组具有特殊的搖制特点和难点。2.1超临界机组控制中存在的问题2.1.1超临界机组控制难点之一在于非线性耦合由于直流锅炉在汽水流程上的一次性通过的特性,没有汽包这类参数集中的储能元件，在直流运行状态汽水之间没有一个明确的分界点，给水从省蒔器进口就被连续加热蒸发与过热，根据工质(水1蒸汽与过热蒸汽)物理性能的差异，可以划分为加热段蒸发段与过热段三大部分，在流程中每一段的长度都受到燃料给水汽机调门幵度的扰动而发生变化，从而导致了功率压力温度的变化。(1)汽机扰动对锅炉的耦合特性直流锅炉汽水一次性通过特性,使超临界锅炉动态特性受末端阻力的影响远比汽包锅炉大。当汽机主汽阀开度发生变化，影响了机组的功率，同时也直接影响了锅炉出口末端阻力特性，改变了锅炉能被控特性。由于没有汽包的缓冲，汽机侧对直流张炉的影响远大于对汽包锅炉的影响。其特性不但影响了锅炉的出口压力，而且由于压力的变化引起了给水流量的变化，延长了锅炉侧汽水流程的加热段导致了温度的变化。(2)锅炉燃料扰动对压力温度功率的影响燃料发生变化时，由于加热段和蒸发段缩短，锅炉储水量减少，在燃烧率扰动后经过一个较短的延迟，蒸汽量会向增加的方向变化；当燃烧率增加时一开始由于加热段蒸发段的缩短而使蒸发量增加也使压力功率温度增加。(3)给水扰动对压力温度功率的影响当给水流量扰动时，由于加热段蒸发段延长而推出一部分蒸汽，因此幵始压力和功率是增加的，伍由于过热段缩短使汽温下降，虽然蒸汽流量增加化压力和功率还是下降，汽温经过一段时间的延迟后单调下降，最后稳定在一个较低的温度上。(4)被控参数之间的耦合尖联在直流锅炉中，压力是最重要的被控对象，因为压力的变化不仅影响机组负荷的变化，还会影响箜水流量的变化，从而导致对温度的影响。从上面的分析可以看出：直流锅炉的一次性通过特性，使机组的主要控制参数功率压力温度览受到了汽机调门开度燃料量给水量的影响。从帀也说明直流锅炉控制系统是一个三输入rE输出并目右柏■&翔仝伞弾桶咄的焙世。2.1.2强烈的非线性是超临界机组又一主要特征超临界机组采用超临界参数的蒸汽，其机组的运行方式采用滑参数运行，机组在大范围的变负荷运行中，压力运行在10MPa-25MRi之间。超临界机组实际运行在超临界和亚临界两种工况下，在亚临界运行工况下工质具有加热段、蒸发段与过热段三大部分，在超临界运行工况下汽水的密度相同，水在瞬间转化为蒸汽。因此，超临界运行方式和亚临界运行方式机组具有完全不同的控制特性，是特性复杂多变的被控对象。2.2超临界机组的控制策略从上面的分析中已经看到，超临界机组配置的直流锅炉,是具有三输入IE输出的强耦合非线性、多参数的被控对象。针对这一特点，下面将讨论采用怎样的控制策略实现对超临界机组的控制。对于具有内置式目动分离器的超临界机组，具有干式和湿式两种运行方式。在肓动过程中锅炉建立最小工作流量，蒸汽流量小于最小给水流量，锅炉运行在湿式方式，此时机组控制给水流量，利用疏水控制启动分离器水位，启动分离器出口温度处于饱和温度，此时直流锅炉的运行方式与汽包锅炉基本相同。控制策略基本是燃烧系统定燃料控制给水系统定流量控制启动分离器控制水位温度采用喷水控制。当锅炉蒸汽流量大于最小流量，启动分离器内饱和水全部转为饱和蒸汽，直流锅炉运行在干式方式，即直流控制方式。此时锅炉以煤水比控制温度、燃烧控制压力。我们讨论的超临界直流锅炉的控制策略主要讨论锅炉处于直流方式的控制方案。2.2.1变压力运行对直流锅炉控制策略的影响在前面的分析中已经看到：直流锅炉机组具有3个主要的被控参数：功率压力和温度。在这3个被控参数中，功率是外界对机组负荷的需求，是一个变量；压力在任何负荷下代表了机炉之间的能量平衡，温度控制是保证在任何负荷工况下汽水分离是在汽水流程中指定的范围内。当直流锅炉处在定压力控制方式、在任何负荷工况下机组保证锅炉的出口压力，汽轮机改变调门满足电网负荷的需求，温度为该压力下分离器出口的微过热度。因此，机组负荷压力温度3个过程变量中就具有2个是常量：一个是压力，另一个是温度。因为压力一定时分离器出口的微过热温度也就确定了。在机组负荷变化过程中对压力和温度的控 在锅炉变压力运行时，压力的控制根据负荷按照预定的滑压曲线控制，分离器出口温度必须按廉分离器出口压力的饱和温度加上微过热度控制。B此在变压力运行时机组负荷、压力、温度是3个变化的被控量。协调控制系统建立方案时应该以变负荷、变压力、变温度的控制特征考虑控制策略。2.2.2超临界机组协调控制系统设计方案的研究(1)机炉协调控制方案的研究超临界机组变负荷、变压力的运行方式决定了机组变参数、变设定值、强耦合的运行特性，机炉之间的耦合，参数之间的耦合使控制方式变得更加复朵O前面的分析中已经指出：压力控制是直流锅常控制系统的关键坏节，压力的变化对机组的外特性来说将影响机组的负荷，对内特性来说将影响锅炉的温度。控制压力是稳定控制超临界机组的基础。山于汽机调压比锅炉调压对机组具有更好的稳定性,g此在国外的资料中更推荐在超临界机组中采用汽机跟踪的协调控制方式。在超临界机组协调控制系统的设计中,应该更加注重锅炉和汽轮机的不同特性，协调控制锅炉和汽轮机。以下4点是应该考虑的因素：①根据锅炉特性慢和汽轮机特性快的特征，在控制系统屮设置动态补偿环节，协调锅炉与汽机的控制。②在汽柳调功控制回路中考虑压力偏差对功率控制器的I牙锁。③在汽机功率给定信号中，考虑压力偏差对功率给定信号的修正，在牺牲功率保证压力的方案牛更能保证机组的稳定。④由于汽机跟踪为基础的协调控制系统在超临界机组的控制屮具有一定的优势，在该方案的设计中应该考虑利用锅炉的储能加快机组对负荷的响应。(2)锅炉协调方案的研究在超临界机组中锅炉的协调比汽包炉更加复杂,锅炉的协调主要为风、水、煤的协调，其控制指标为2个：一个是控制风煤比确保氧量；另一个是控制煤水比确保微过热温度。在系统的设计中风煤比笊控制是在静态平衡的前提下考虑动态下的风煤交叉联锁，保证动态过程中风大于煤，确保锅炉的稳定燃烧。由于风的动态特性远快于煤，风煤静态参数笊设置保证了在各负荷工况下燃烧的过剩空气，因此风煤比的控制在稳定负荷工况和变负荷工况下均可然而煤水比的控制就要复杂得多。其复杂的原因主要在于煤、水对温度的动态特性。对于直流炸来说在燃烧率增加时由于加热段蒸发段缩短、过热段增加使温度升高，而给水流量增加将加热段蒸发段增加导致温度降低，因此理论上认为在直流炉的控制上应采用煤水比控制温度。但对于直吹式制粉系统的锅炉来说，发出燃烧指令到改变进入锅炉矗燃料要经过给煤机的控制和磨煤机制粉的过程，燃烧对温度的动态响应要比给水对温度的动态响应慢得多。因此，在动态过程中必须考虑煤水控制参数的动态补偿。(3)辅机故障状态控制方案的研究对于DCS控制的大型机组来说，控制系统必级要完成机组的稳定负荷控制、变负荷控制、主要辅柳故障工况下的快速减负荷控制。因此机组指令控制系统必须适吋监视风、水、煤系统的运行状况，一目检测到机组主要辅机出现跳闸，控制系统必须要以特定的控制方式，特定的机组负荷变化率，特定的柳组日标负荷发出快速减负荷指令，适时地控制机纺的负荷、压力、温度，完成RUNBACK功能。在直流锅炉中，事故处理情况下必须要考虑分离器出口温度，这就必须考虑在事故工况下有合迢的煤水比。系统设计必须要以适当的控制方案保证煤水比的控制。在超临界直流锅炉中，最典型的设计是实测的燃料量信号实现煤水比的控制。比起用锅炉指令实现煤水比控制来说，这种设计的主要轻点是在于任何燃料的扰动都反映到煤水比的控制上0(4)需要探讨的问题超临界直流锅炉机组是强耦合、多参数、非线性的控制对象，在系统控制中，应尽可能保证机组的稔定性。在目前锅炉的运行中，多数不能达到设计煤种的运行要求，并且煤种的变化多样，因此在众多笊系统设计屮考虑了BTU修正。在汽包炉中，通常用热量信号修正燃料的热值，这种方法主要考虑了锅炉热量信号的整定，使热量信号仅代表燃料的变化，不反映汽机调门外扰的役化，它利用了直吹式燃烧系统中给煤量可以直接测量的优豹，燃烧控制系统可以较快地克服燃料侧笊扰动，同时热量信号又可以在线对燃料的热值进冇修正。直流锅炉蓄能较小无法得到类似于汽包锅炉笊热量信号，因此在直流炉中BTU修正中最多的是采用蒸汽流量对热值的修正，考虑的基本点是根据设 计煤种的热值，所燃烧的煤量应该产牛的热量与实际煤种产生的热量的偏差对燃料进行补偿。这和B7U修正的方法在实际应用中往往造成系统的不稔定。燃料回路作为控制系统的内环应尽快克服燃料的扰动，英控制目的是在稳定的负荷工况下保证压力或负荷的稳定，任何汽机侧的外扰不应该构成对燃料的扰动。如果以蒸汽流量修正燃料量，当汽柳调门发生扰动（如一次调频）使蒸汽流量发生变化必然导致燃料的变化，使燃料控制系统不能稳定地运行。因此，在系统中可以考虑用设计煤种的热值与实际煤种的热值对燃料进行修正，电厂应每天刘燃料収样热值通知运行，运行人员根据燃料的产地煤输入燃料热值,保证燃烧控制的稳定。3结论超临界直流锅炉机组是强耦合、多变量、非线性的控制对象，在系统设计屮要充分考虑采用变参数、变设定值的控制方案。适时的动态吋间补偿是直流锅炉协调控制的有效手段;在控制时,仍可采用静态平衡动态修正的控制方法。参考文献：1许海，等.600MW超临界机组启动系统及控制系统的特点J.吉林电力,2001（4）.2汪祖鑫.超临界压力600NW机组的启动和运行北京:中国电力出版社J996.下期待发表论文摘要预报煤气化2固体氧化物燃料电池混合循环系统分析张斌，李政，倪维斗（清华大学热能工程系，北京100084）摘要：煤气化2固体氧化物燃料电池（SOFC）混合循环.采用了圳损较小的电化学反应过程，效率可以突破卡诺從环的限制，达到60%以上。但目前其操作参数对混合系统性能的影响还不清楚，为此，利用ASPENILUS"建立了滔合循环系统，考察了SOFC工作压力空气过量系数及补燃等参数对发电效率及各部分发电份额的影响，并详细分析了造成这些影响的原因。结果表明：过量空气系数和SOFCI作压力是影响系统效率的尖键参数。系统模拟统果中.SOFC阳极出口的CO.浓度高达55%.因此可以采用低成本的物理溶剂洗涤法，如Sele^）l，分离CD2，降低GO、曲坤：曲木C下期待发表论文摘要预报子午面成型对超临界汽轮机调节级喷嘴固体颗粒冲蚀特性的影响戴丽萍，俞茂铮（西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，西安710049）摘要：建立了氧化铁颗粒撞击12Cr的冲蚀率模型，并将此模型与超临界汽轮机喷嘴三维流场和固体颗粒运动轻性的数值计算相结合，计算与分析了1台超临界汽轮机调节级喷嘴顶部采用平直子午面和收缩子午面两种情况下氧化铁颗粒撞击喷嘴叶片的撞击区域和撞击参数以及叶片表面的冲蚀量分布，确定了子午面成型对超临界汽轮初调节级喷嘴固体颗粒冲蚀特性的影响。计算结果表明：子午面收缩能够有效减小叶片表面上受严重侵蚀的范围并降低最大当地冲蚀量。与平直子午面喷嘴相比，子午面外端壁收缩喷嘴表面受严重侵蚀的区域面积降低约60% df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,・xmv/・，nizxlkjvolfdjiojvkldffilc:///DI/新建MicrosoftWord文档.txt2012/8/216:09:56