火电厂600mw超临界机组控制系统存在问题和控制策略

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火电厂600MW超临界机组控制系统存在问题和控制策略　　【摘要】近年来，我国电力行业发展迅速，600MW超临界机组得到了广泛应用。但在实际运行中，依然存在一些问题亟待解决。本文分析了目前火电厂600MW超临界机组控制系统存在的一些问题，并提出了合理的建议。【关键词】火电厂600MW超临界机组控制系统问题控制策略随着电力系统的发展，600MW超临界机组已经成为我国电力行业的主力机组。经过几十年的发展，超临界发电技术已经相当成熟，其控制系统从总体上来说与常规亚临界发电机组相比并没有本质的区别。但就超临界机组本身来说，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控制特点和难点。一、超临界机组控制中存在的问题机、炉之间耦合严重，常规的控制系统难以达到高的控制效果，超临界机组难点之一在于非线性耦合。5 由于直流锅炉在汽水流程上的一次性循环特性，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，给水从省煤器进口就被连续加热、蒸发与过热，根据水、湿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、汽机调门开度的扰动而变化，从而导致了功率、压力、温度的变化。二、超临界机组的控制策略超临界机组是以汽水一次循环为特征的直流锅炉，是具有三输入/三输出的强耦合、非线性、多参数的被控对象。接下来讨论采用怎样的控制策略实现对超临界机组的控制。对于具有内置式启动分离器的超临界机组，具有干式和湿式两种运行方式。在启动过程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。5 假如直流锅炉处在定压力控制方式，那末对于直流锅炉机组负荷、压力、温度三个过程变量中就具有两个稳定点，一个是压力，另一个是温度。因为压力一定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制应该是定值控制。在锅炉变压力运行时，机组负荷、压力、温度是三个变化的控制量，在负荷发生变化时，压力的控制根据负荷按照预定的滑压曲线控制，分离器出口温度按照分离器出口压力的饱和温度加上微过热度控制。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。在前面的分析中已经提出，压力控制是直流锅炉控制系统的关键环节，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。因此无论协调控制系统采用机跟炉为基础还是采用炉跟机为基础的协调方式，均应考虑汽机调门变化和锅炉燃烧变化对压力的动态响应，协调锅炉与汽机的控制。在直流锅炉中采用煤水比控制温度，在超临界机组中仍应采用煤水比的控制方案，一般来说煤水比控制的温度的选择应以控制特性快为主要考虑依据。目前对内置式启动分离器的超临界直流锅炉一般取分离器出口温度。在超临界状态下由于汽水转换可以在瞬间完成，蒸汽的热容量很大，此时的温度控制性能很好，温度控制稳定。但在湿干态转换过程中温度变化很大，系统设计应考虑湿干态转换过程中温度的控制。5 对于直吹式制粉系统来说，燃烧过程对压力、温度影响较慢，系统设计应考虑煤水的时间协调。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，应尽可能的保证机组的稳定性。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，因此在众多的系统设计中考虑了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变化，这种修正较好的利用了直吹式给煤机燃料可以直接测量的优势，燃烧控制系统可以较快的克服燃料侧的扰动，同时热量信号又可以在线对燃料的热值进行修正。直流锅炉蓄能较小无法得到类似于汽包锅炉的热量信号，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生的热量与实际煤种产生的热量的偏差对燃料进行补偿。这种BTU修正的方法在实际应用中往往造成系统的不稳定。燃料回路作为控制系统的内环应尽快克服燃料的扰动，其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。5 超临界机组是高参数、大容量的被控对象，机组的变负荷率应满足锅炉的运行要求。目前制造厂对超临界直流锅炉的变负荷率限制在1%/分。在满足机组负荷变化率的要求下，为稳定机组压力，对超临界机组来说以机跟炉为基础的协调控制系统不失是一个好的控制方案。对于DCS系统控制的大型机组来说，控制系统必须要完成机组的稳定负荷控制、变负荷控制、主要辅机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时监视风、水、煤系统的运行状况，一旦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，特定的机组目标负荷发出快速减负荷指令，适时的控制机组的负荷、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适的煤水比。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，这种设计的主特点是在任何燃料的扰动都反映到煤水比的控制。5