超临界机组控制策略探究

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超临界机组控制策略探究【摘要】本文主要分析了超临界直流锅炉和汽包锅炉控制方式的不同点，重点分析了直流锅炉给水控制策略、燃烧控制策略及协调控制策略。【关键词】超临界直流锅炉给水控制协调控制1概述近年来，火电机组装机容量迅猛增加，大容量、高参数的燃煤机组已逐步占据主导地位。随着锅炉朝着大容量高参数的方向发展，超临界机组日益显示出其诸多优点。随着蒸汽参数的提高机组效率也相应地提高。由于效率的提髙，煤耗大大降低，污染物排量相应减少，经济效益十分明显。2超临界机组简介超临界机组是指锅炉过热器出口主蒸汽压力超过22.12MPa的汽轮发电机组。通过理论知识可知，在参数达到临界点时(22・12MPa、374°C),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不再有汽水共存二相区存在，二者参数将趋于相同，也是由于临界参数时汽水密度相同，因而造成在超临界压力下汽水无法维持像汽包锅炉一样的自然循环，所以直流锅炉成为唯一的选择。亚临界汽包炉控制：汽包炉中，汽包把汽水流程分为加热段、蒸发段和过热段，三段受热面的位置和面积是固定不变 的，在给水流量变化时，仅影响汽包水位，不影响蒸汽压力和温度。而燃烧量变化时仅影响蒸汽流量和蒸汽压力，对蒸汽温度影响不大，因此给水、燃烧、温度控制是相对独立的，可以通过控制给水流量、燃烧率、喷水流量分别控制汽包水位、蒸汽流量和蒸汽压力。超临界直流炉控制：直流锅炉没有汽包、没有炉水小循环回路，给水是一次性流过加热段、蒸发段和过热段的，三段受热面没有固定的分界线。当给水流量及燃烧量发生变化时，三段受热面的吸热比率将发生变化，此三个区段的分界线就会发生移动，锅炉出口温度以及蒸汽流量和压力都将发生变化，因此直流炉的给水、汽温、燃烧三者是密切相关的,不能独立控制，应该作为整体进行控制。3超临界机组控制策略从控制结构上比较，超临界机组为由汽机调门、燃料量、给水量三个输入和由机组负荷、主汽压力、分离器出口温度三个输出组成的三输入三输出控制结构；汽包炉机组为由汽机调门、燃料量两个输入和由机组负荷、主汽压力两个输出组成的两输入两输出控制结构，控制策略上差别很大。3.1超临界直流炉特点：(1)启动系统不一样：直流锅炉在点火之前就必须不间断向锅炉进水，建立足够的启动流量，以保证给水连续不断的强制流经受热面，使其得到冷却。(2)变负荷适应能力强：直流锅炉由于蓄热量小和没有像汽包这样巨大的厚壁金属元件故不受温升率的限制，因此可 实现快速启停和调节负荷。但正是由于蓄热较少，在升降负荷时机前压力波动较大。汽包炉主要利用牺牲汽压满足快速变负荷要求。直流炉通过同步变化给水和燃料快速变化机组负荷，牺牲汽温。(1)强非线性：超临界直流锅炉具有很强的非线性，常规的PID控制策略难以达到良好的控制效果。因此需要大量变参数PID和变结构控制策略，以保证在各个负荷点上的控制效果。3.2主汽温度控制策略喷水减温只是一种临时手段，最终汽温的控制必须通过合理的“煤水比”来控制。超临界机组要保证主汽温度的稳定就必须控制汽水流程即控制蒸发点。一般通过控制煤水比来粗调主蒸汽温度，通过焙值修正来细调主蒸汽温度。理论和实践证明要保证直流锅炉汽温的调节性能，维持一定的煤水比来控制汽水流程中分离器出口的焙值为最有效的手段。但目前国内采用焙值控制的电厂较少，原因为DCS控制系统无法进行焙值的实时精确计算；而采用中间点温度(分离器出口温度)控制则直接明了，易于掌握和操作。3.3给水控制策略当直流锅炉运行在湿态方式时，汽水分离器起到汽水分离的作用，控制上基本可以把它看为一个汽包锅炉。这时的给水控 制系统的任务就是保持锅炉最小给水流量不变。机组在启动过程中，省煤器入口流量来自再循环流量和给水旁路流量，再循环流量的设定来自分离器水位，旁路阀流量阀用于维持给水流量的设定（在湿态过程中），此时的给水泵在自动状态，来维持给水操作台前后的差压，当给水主阀全开后，汽泵开始给水流量的控制。超临界以上直流炉干态的给水控制与汽包炉不同，给水的需求信号主要根据总燃料量来决定。锅炉主控输出决定的给水流量，并由锅炉给水流量设定的折线函数修正作为前馈，加上煤水比过热度的调节输出作为锅炉给水流量的修正。在直流锅炉煤水比控制上，可有两种方案，一为以锅炉主控的输出指令形成燃料量的设定，根据燃料的设定形成给水的设定（“水跟煤”）；二为以锅炉主控的输出指令形成给水流量的设定，根据给水流量的设定形成燃料量的设定（"煤跟水”）。上述两种控制策略在机组的控制中都有应用，从控制锅炉主蒸汽温度的角度来考虑，给水流量对中间点温度的影响要快一些，所以采用水跟煤的控制方案有利于主蒸汽温度的控制，但不利于主蒸汽压力的控制。相反，采用煤跟水的控制，不利于主蒸汽温度的控制。只要参数配置合理，两种方案在控制策略没有本质上的区别。3.4协调控制策略炉跟机协调方式指锅炉控制主汽压力来维持锅炉与汽机的能量平衡，汽机调节负荷，与电网负荷要求相适应。图3为超临 界机组典型协调控制及主要子系统控制策略。直流锅炉不存在汽包，所以协调控制系统只能以间接能量平衡的方式来控制，采用煤跟水、炉跟机的协调控制方式,间接能量平衡是以机前压力的偏差来衡量机炉能量的平衡性。煤跟水是指锅炉负荷在手动时跟踪给水流量转换的负荷，在给水手动、燃料主控投入自动后，改变给水流量时，燃料量跟着变化，通过修正燃料量来维持给水与燃料的配比关系。在过热度偏差较大时投入对给水设定的修正，在偏差小时调节器输出不进行修正。水跟煤则是指锅炉负荷在手动时跟踪燃料量转换的负荷，在燃料主控手动、给水投入自动后，改变燃料量时，给水流量跟着变化，通过修正燃料量来维持给水与燃料的配比关系。为了保证锅炉燃烧的安全性和经济性，在直流锅炉控制策略中，专门设计了燃料量与总风量、给水量与燃料量之间的交叉限制。4结语以上是笔者根据大量已经投入生产的超临界机组、超超临界机组的控制策略总结归纳的一套经典控制逻辑，通过机组的生产运行已充分验证了整个控制策略的合理性，该套自动控制策略对同类机组的调试和生产具有一定的借鉴作用，为今后超临界及以上机组的调试及生产运行打下了坚实的基础。参考文献： [1]西安热工研究院•超临界、超超临界燃煤发电技术・北京：中国电力出版社，2008.