大型火電廠鍋爐汽機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分析

1、大型火電廠鍋爐-汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分析上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究所 楊景祺目前我國火電站領(lǐng)域的技術(shù)具有快速的發(fā)展，單元機(jī)組的容量已從300MW 發(fā)展到600MW ，外高橋電廠單元機(jī)組容量已達(dá)到900MW 。DCS 系統(tǒng)在火電站的成功應(yīng)用，大大提高了電站控制領(lǐng)域的自動化投入水平。本文主要對大型火電機(jī)組的兩種主要爐型汽包爐和直流爐機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計機(jī)理進(jìn)行概要性的說明。1. 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功能和主要含義協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是我國在80年代引進(jìn)的火電站控制理念，主要設(shè)計思想是將鍋爐和汽機(jī)作為一個整體，完成對機(jī)組負(fù)荷、鍋爐主汽壓力的控制，達(dá)到鍋爐風(fēng)、水、煤的協(xié)調(diào)動作。對于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)而言包含三層含義：

2、機(jī)組與電網(wǎng)需求的協(xié)調(diào)、鍋爐汽輪機(jī)協(xié)調(diào)以及鍋爐風(fēng)、水、煤子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。1.1. 機(jī)組與電網(wǎng)需求的協(xié)調(diào)機(jī)組與電網(wǎng)需求的協(xié)調(diào)主要是機(jī)組最快的響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的要求，包括了電網(wǎng)AGC 控制和電網(wǎng)一次調(diào)頻控制兩個方面。目前華東電網(wǎng)已實現(xiàn)了電網(wǎng)調(diào)度對電廠機(jī)組的負(fù)荷調(diào)度和一次調(diào)頻控制。1.2. 鍋爐汽輪機(jī)的協(xié)調(diào)鍋爐汽輪機(jī)的協(xié)調(diào)被認(rèn)為是機(jī)組的協(xié)調(diào)，主要是協(xié)調(diào)控制鍋爐與汽輪機(jī)，提高機(jī)組對電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度的響應(yīng)性和機(jī)組運行的穩(wěn)定性。從協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)而言，對汽包鍋爐和直流鍋爐都具有相同的控制概念，但由于兩種爐型在汽水循環(huán)上有很大的差別，導(dǎo)致控制系統(tǒng)具有很大的差別。1.3. 鍋爐協(xié)調(diào)鍋爐協(xié)調(diào)主要考慮鍋爐風(fēng)、水、煤之間的協(xié)調(diào)。2

3、. 汽包鍋爐機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)汽輪機(jī)、鍋爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)概念的引出，主要在于汽輪機(jī)和鍋爐對于機(jī)組的負(fù)荷與壓力具有完全不同的控制特性，汽輪機(jī)以控制調(diào)門開度實現(xiàn)對壓力、負(fù)荷的調(diào)節(jié)，具有很快的調(diào)節(jié)特性，而鍋爐利用燃料的燃燒產(chǎn)生的熱量使給水流量變?yōu)檎羝?，其控制燃料的過程取決于磨煤機(jī)、給煤機(jī)、風(fēng)機(jī)的運行，對壓力、負(fù)荷的調(diào)節(jié)具有很慢的調(diào)節(jié)特性。因此協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)就是要以優(yōu)良的控制策略實現(xiàn)對鍋爐-汽輪機(jī)的統(tǒng)一控制。以達(dá)到鍋爐-汽輪機(jī)組對負(fù)荷響應(yīng)的快速性和對壓力控制的穩(wěn)定性。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計包含了兩種協(xié)調(diào)控制方式，一種是以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，這種協(xié)調(diào)控制方式是建立在鍋爐控制壓力、汽機(jī)控制功率的基礎(chǔ)上，具

4、有負(fù)荷響應(yīng)快的優(yōu)點。另一種是以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，這種協(xié)調(diào)控制方式是建立在汽機(jī)控制壓力、鍋爐控制功率的基礎(chǔ)上。對于爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有必要提到80年代中期引用的直接能量平衡控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的引用，使汽包鍋爐機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)從探索趨于成熟，使汽輪機(jī)-鍋爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)趨于簡單、響應(yīng)性快、穩(wěn)定性高。直接能量平衡控制思想，選用汽機(jī)調(diào)速級壓力（P1）與汽機(jī)自動主汽門前壓力（Pt ）之比乘以機(jī)前壓力定值（Ps ）作為汽機(jī)對鍋爐的能量需求（該信號是直接能量平衡信號P1*Ps/Pt），該信號以動態(tài)前饋及控制指令的形式控制鍋爐的燃料量。直接能量平衡的主要基礎(chǔ)在于P1/PT代表了汽輪機(jī)調(diào)門的

5、開度，在額定參數(shù)下，汽機(jī)調(diào)門開度的變化反映了汽機(jī)進(jìn)汽量的變化，同樣也反應(yīng)了汽機(jī)對鍋爐能量需求的變化。機(jī)前壓力定值Ps 的改變，反映了鍋爐被控參數(shù)對鍋爐輸入量需求的變化。因此P1*Ps/Pt可以反映負(fù)荷對鍋爐燃燒的需求量，也可以滿足鍋爐主汽壓力對燃燒的需求量。而當(dāng)燃料量發(fā)生改變時，由于調(diào)速級壓力P1和機(jī)前壓力Pt 對燃料響應(yīng)的在數(shù)量上和時間上的基本一直性，使P1/Pt基本不變，這樣P1*Ps/Pt就僅僅反映負(fù)荷對鍋爐燃燒的需求量，而不反映燃料量的變化。具有作為燃料需求指令的基本條件。仔細(xì)分析還可以看出，在汽機(jī)調(diào)門維持不變的情況下，P1/Pt維持一定，改變壓力設(shè)定值Ps 即改變了鍋爐的燃料指令，從

6、而達(dá)到了控制負(fù)荷的目的，也就是說直接能量平衡信號不但適用與定壓控制方式，而且適用與滑壓運行方式。直接能量平衡控制系統(tǒng)的另一個重要特點是采用熱量信號（P1+dPd/dt）作為燃料的反饋信號。對于（P1+dPd/dt）進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以使（P1+dPd/dt）在調(diào)門開度的擾動下，P1的正微分面積與dPd/dt負(fù)微分面積基本相等，使（P1+dPd/dt）在調(diào)門開度的擾動下基本不變，而僅反映燃料的變化。直接能量平衡系統(tǒng)就是利用P1*Ps/Pt僅反映汽機(jī)對鍋爐能量需求的特點和（P1+dPd/dt）僅反映燃料變化的特點，實現(xiàn)了機(jī)組負(fù)荷對燃料的需求對于直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐燃燒系統(tǒng)，為克服燃料的擾動和磨煤機(jī)投

7、運/切除過程中對負(fù)荷的影響，增加的燃料控制回路，充分利用了直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐燃料測量速度快的特點，可以更快的克服燃料擾動。機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用的是汽機(jī)控壓力，鍋爐控負(fù)荷的運行方式，這種控制方式由于充分利用了汽機(jī)調(diào)門動作對壓力響應(yīng)快的特點，因此能很好的控制機(jī)組壓力，但由于鍋爐的燃燒特性比較慢，因此機(jī)組對負(fù)荷的響應(yīng)比較慢，在系統(tǒng)的設(shè)計上為提高鍋爐的響應(yīng)性，將機(jī)組指令信號以前饋和反饋的形式作用到鍋爐控制，以加大前饋量的方式提高鍋爐對負(fù)荷的響應(yīng)性。3. 汽包鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的示例3.1. 鍋爐操作主菜單在DCS 的操作環(huán)境中，采用樹狀結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的操作畫面均從主菜單中調(diào)用。在鍋爐操

8、作環(huán)境中按下頂部菜單CCS 軟鍵，可調(diào)出鍋爐操作主菜單，鍋爐操作主菜單如圖3-2所示： 鍋爐操作主菜單包含了鍋爐的操作畫面名稱，運行人員只要移動球標(biāo)到操作畫面前的綠框（選擇按鈕），按下球標(biāo)左鍵，就可以調(diào)出這幅操作畫面。例如要調(diào)出機(jī)組指令操作畫面，只要將球標(biāo)移到<機(jī)組指令給定>前面的綠框，按下球標(biāo)左鍵，就可以調(diào)出如圖3所示的機(jī)組指令操作畫面。3.2. 機(jī)組指令操作畫面機(jī)組指令操作畫面如圖3所示，它具有機(jī)組指令顯示操作器及中調(diào)指令顯示器、功率設(shè)定、功率測量、機(jī)組指令上限設(shè)定、機(jī)組指令下限設(shè)定、機(jī)組令變化率設(shè)定、ADS 方式，機(jī)組運行狀態(tài)及機(jī)組控制方式等狀態(tài)顯示及切換按鈕操作畫面中具有獨

9、立的機(jī)組指令顯示操作器，用以實現(xiàn)運行人員對控制系統(tǒng)的操作和對機(jī)組運行狀態(tài)的監(jiān)視。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可接受電網(wǎng)中調(diào)的控制指令，電網(wǎng)中調(diào)的狀態(tài)與指令在中調(diào)指令中顯示。機(jī)組指令操作畫面上還有六個按鈕組，每組四個按鈕，分別顯示系統(tǒng)狀態(tài)及方式選擇。、ADS 方式組（電網(wǎng)中調(diào)方式組）ADS AVAIL：狀態(tài)指示燈，用來顯示電網(wǎng)中調(diào)對機(jī)組AGC 請求。ADS FAIL ：狀態(tài)指示燈。代表了AGC 的解列信號。ADS ACK ：狀態(tài)指示燈，顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)。若系統(tǒng)內(nèi)無故障，系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制投運，該指示燈亮，表明系統(tǒng)允許接受電網(wǎng)中調(diào)信號；ADS ON ：按鈕。在ADS ACK燈亮?xí)r，該按鈕可以掀下并變亮，表明系統(tǒng)工作在

10、電網(wǎng)中調(diào)給定負(fù)荷的工況下；、機(jī)組狀態(tài)組BLCOK ：這是一個狀態(tài)指示燈，代表了協(xié)調(diào)系統(tǒng)目前在閉鎖狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)檢測 到燃料，送引風(fēng)機(jī)達(dá)上下限，機(jī)組指令達(dá)到上下限，出現(xiàn)閉鎖狀態(tài)，此時運行人圖3-3員不能改變機(jī)組負(fù)荷指令。BLOCK INC：是一個狀態(tài)指示燈，對應(yīng)于方向閉鎖，具體指示閉鎖加。BLOCK DEC：是一個狀態(tài)指示燈，對應(yīng)于方向閉鎖，具體指示閉鎖減。BLOCK ACK：按鈕。用于消除AGC 指令加減至240MW 時的閉鎖，持續(xù)按住有效。、機(jī)組指令給定組TRACK ：狀態(tài)指示燈。表明機(jī)組指令目前處于跟蹤方式，機(jī)組指令處于跟蹤狀態(tài)時該燈亮；MAN ：狀態(tài)指示燈。表明機(jī)組指令目前由運行人員給定；

11、、控制功能選擇組：功能選擇按鈕鍵組具有四個有效按鈕。滑壓：狀態(tài)指示燈，控制系統(tǒng)在滑壓控制方式，該指示燈亮；定壓：狀態(tài)指示燈，控制系統(tǒng)在定壓控制方式，該指示燈亮；RUNBACK ON：功能選擇按鈕，代表RUNBACK 功能選擇，燈亮?xí)r代表該功能有效。需要說明的是只有在協(xié)調(diào)控制投運時，RUNBACK 功能選擇才有效，若機(jī)組發(fā)生RUNBACK 條件：如一臺送風(fēng)機(jī)在運行中跳閘，在機(jī)組指令操作畫面上會出現(xiàn)RUNBACK 信息，RUNBACK 信息見表。C-INT LOCK：交叉聯(lián)鎖指示燈，代表風(fēng)煤交叉聯(lián)鎖功能，該指示燈亮，代表風(fēng)煤交叉聯(lián)鎖功能有效。、控制方式狀態(tài)組：這組狀態(tài)指示燈反映了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)目前的

12、工作狀態(tài)及控制方式。CCS ：代表系統(tǒng)目前工作在協(xié)調(diào)控制方式下。BFT ：代表系統(tǒng)目前工作在鍋爐自動調(diào)壓，汽機(jī)手動的控制方式。TFB ：代表系統(tǒng)目前工作在汽機(jī)自動調(diào)壓，鍋爐手動的控制方式。MAN ：機(jī)組目前工作在手動控制方式。、DEH 狀態(tài)按鈕組：反映了DEH 目前的控制狀態(tài)和方式。PERI DEH ：允許DEH 遙控狀態(tài)指示燈，代表協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)目前運行狀態(tài)良好，DEH 可以參加遙控。DEH ：狀態(tài)指示燈反映了DEH 工作在遙控方式。此時由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制向DEH 發(fā)出控制指令。在機(jī)組指令顯示操作畫面中，除正常操作顯示功能外，還應(yīng)能顯示機(jī)組故障運行的狀態(tài)，RB 是主要的故障運行顯示狀態(tài)。 3.

13、3 協(xié)調(diào)主控操作系統(tǒng) 協(xié)調(diào)主控操作系統(tǒng)主要完成了協(xié)調(diào)控制方式的選擇、定/滑壓方式選擇、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的投入。功率控制器接受機(jī)組指令控制器發(fā)出的負(fù)荷指令信號和機(jī)組的實發(fā)功率信號，控制器的輸出給DEH ，完成對汽機(jī)的控制。DEH控制器是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)與DEH 系統(tǒng)的控制接口。DEH 操作器顯示DEH 系統(tǒng)的控制方式、鍋爐控制系統(tǒng)的汽機(jī)側(cè)的連鎖關(guān)系。DEH控制器的手/自動按鈕可以進(jìn)行手/自動切換，當(dāng)DEH 在本機(jī)控制時，DEH 控制器處于跟蹤狀態(tài)，T 字符出現(xiàn)。在爐跟機(jī)控制方式且爐手動，手動按鈕為粉紅色。當(dāng)DEH 控制器自動時，代表汽機(jī)在自動控制方式。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有滑壓和定壓兩種壓力控制方式。在滑壓控

14、制方式時，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)按照系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置好的負(fù)荷與壓力的關(guān)系自動設(shè)定機(jī)前壓力，控制鍋爐燃燒，汽機(jī)控制機(jī)組負(fù)荷。壓力控制器接受滑壓控制器發(fā)出的壓力指令信號和實測的機(jī)前壓力信號，控制器的輸出給燃料控制器，完成對壓力的控制。3.5 鍋爐燃料控制系統(tǒng)在鍋爐燃料控制系統(tǒng)操作畫面上具有DEB 控制器、燃料控制器和五臺給煤機(jī)控制器。 DEB 控制器作為鍋爐主控，接受機(jī)組主控系統(tǒng)中定壓控制器、滑壓控制器的輸出，向燃料控制器發(fā)出燃料指令。并且顯示直接能量平衡信號和熱量信號，表示壓力的平衡狀態(tài)。燃料控制器控制進(jìn)入爐膛的燃料，進(jìn)入爐膛的燃料具有燃油量和燃煤量，系統(tǒng)中已將燃油按照兩倍的燃煤折算為燃料量。在直接能量平衡系統(tǒng)

15、中，利用直吹式制粉系統(tǒng)燃料可測量的特點，直接控制燃圖3-5料量，可最大限度的克服燃料側(cè)的擾動，這較好的補償了直吹式制粉系統(tǒng)燃料延遲大的，不利于控制的弱點，較好的克服了燃料擾動對機(jī)組壓力、負(fù)荷的影響。五臺給煤機(jī)的控制采用了多輸出系統(tǒng)，實現(xiàn)了任意臺給煤機(jī)手自動切換的無平衡、無擾動。實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動增益修正。在燃料系統(tǒng)的設(shè)計中，考慮了任一臺給煤機(jī)跳閘，多輸出系統(tǒng)的自動平衡作用，確保了在磨煤機(jī)跳閘時燃料的最小擾動。3.5 送風(fēng)控制系統(tǒng)送風(fēng)控制系統(tǒng)主要控制爐膛氧量，保證鍋爐的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)燃燒。送風(fēng)控制系統(tǒng)控制的是進(jìn)入爐膛的總風(fēng)量，包括一次風(fēng)量和二次風(fēng)量。系統(tǒng)的設(shè)計思想是在穩(wěn)定氧量的前提下，盡量減少送風(fēng)系統(tǒng)的

16、不必要動作，考慮到在燃料控制的過程中燃料指令的變化比較頻繁，因此系統(tǒng)設(shè)計中沒有采用鍋爐指令作為送風(fēng)控制系統(tǒng)的指令信號，而是采用負(fù)荷指令作為送風(fēng)控制系統(tǒng)的指令，氧量作為修正的設(shè)計方案，同時考慮風(fēng)煤指令的交叉聯(lián)鎖，變負(fù)荷工況下風(fēng)量優(yōu)先的原則。為協(xié)調(diào)送引風(fēng)的關(guān)系保證爐膛負(fù)壓，控制系統(tǒng)設(shè)計中考慮了爐膛負(fù)壓高低對送風(fēng)系統(tǒng)的方向閉鎖，爐膛壓力高時閉鎖送風(fēng)機(jī)開，爐膛壓力低時閉鎖送風(fēng)關(guān)。4. 對超臨界機(jī)組控制系統(tǒng)的討論隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，600MW 超臨界機(jī)組已經(jīng)成為我國電力行業(yè)的主力機(jī)組，但由于超臨界機(jī)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，因此對超

17、臨界機(jī)組的運行方式和控制策略應(yīng)進(jìn)行必要的討論。超臨界機(jī)組的運行特性4.1. 超臨界火電機(jī)組的技術(shù)特點超臨界機(jī)組是指過熱器出口主蒸汽壓力超過22.129Mpa 。目前運行的超臨界機(jī)組運行壓力均為24Mpa25Mpa, 理論上認(rèn)為, 在水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到臨界點時(壓力22.129、溫度374. , 水完全汽化會在一瞬間完成, 即在臨界點時飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區(qū)存在, 二者的參數(shù)不再有區(qū)別。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相等，因此在超臨界壓力下無法維持自然循環(huán)即不能采用汽包鍋爐，直流鍋爐成為唯一型式。提高蒸汽參數(shù)并與發(fā)展大容量機(jī)組相結(jié)合是提高常規(guī)火電廠效率及降低單位容量造價最有效的途徑

18、。與同容量亞臨界火電機(jī)組的熱效率相比, 在理論上采用超臨界參數(shù)可提高效率2%2.5%,采用超超臨界參數(shù)可提高4%5%。目前, 世界上先進(jìn)的超臨界機(jī)組效率已達(dá)到47%49%。超臨界鍋爐與亞臨界自然循環(huán)鍋爐的結(jié)構(gòu)和工作原理不同，啟動方法也有較大的差異，超臨界鍋爐與自然循環(huán)鍋爐相比，有以下的啟動特點： 設(shè)置專門的啟動旁路系統(tǒng)直流鍋爐的啟動特點是在鍋爐點火前就必須不間斷的向鍋爐進(jìn)水，建立足夠的啟動流量，以保證給水連續(xù)不斷的強(qiáng)制流經(jīng)受熱面，使其得到冷卻。一般高參數(shù)大容量的直流鍋爐都采用單元制系統(tǒng)，在單元制系統(tǒng)啟動中，汽輪機(jī)要求暖機(jī)、沖轉(zhuǎn)的蒸汽在相應(yīng)的進(jìn)汽壓力下具有50以上的熱度，其目的是防止低溫蒸汽送入

19、汽輪機(jī)后凝結(jié)，造成汽輪機(jī)的水沖擊，因此直流爐需要設(shè)置專門的啟動旁路系統(tǒng)來排除這些不合格的工質(zhì)。 配置汽水分離器和疏水回收系統(tǒng)超臨界機(jī)組運行在正常范圍內(nèi)，鍋爐給水靠給水泵壓頭直接流過省煤器、水冷壁和過熱器，直流運行狀態(tài)的負(fù)荷從鍋爐滿負(fù)荷到直流最小負(fù)荷，直流最小負(fù)荷一般為25%45%。低于該直流最小負(fù)荷，給水流量要保持恒定。例如在20%負(fù)荷時，最小流量為30%意味著在水冷壁出口有20%的飽和蒸汽和10%的飽和水，這種汽水混合物必須在水冷壁出口處分離，干飽和蒸汽被送入過熱器，因而在低負(fù)荷時超臨界鍋爐需要汽水分離器和疏水回收系統(tǒng)，疏水回收系統(tǒng)是超臨界鍋爐在低負(fù)荷工作時必需的另一個系統(tǒng)，它的作用是使鍋爐

20、安全可靠的啟動及其熱損失最小。 啟動前鍋爐要建立啟動壓力和啟動流量啟動壓力是指直流鍋爐在啟動過程中水冷壁中工質(zhì)具有的壓力，啟動壓力升高。汽水體積質(zhì)量差減小，鍋爐水動力特性穩(wěn)定，工質(zhì)膨脹小，并且易于控制膨脹過程，但啟動壓力越高對屏式過熱器和再熱過熱器的保護(hù)越不利。啟動流量是指直流鍋爐在啟動過程鍋爐的給水流量。超臨界機(jī)組具有外置式啟動分離器和內(nèi)置式啟動分離器。本文僅就內(nèi)置式啟動分離器進(jìn)行討論。內(nèi)置式啟動分離器在濕態(tài)和干態(tài)的控制是不相同的，而且隨著壓力的升高，濕干態(tài)的轉(zhuǎn)換是內(nèi)置式汽水分離器的一個顯著特點。 內(nèi)置式汽水分離器的濕態(tài)運行如前所述，鍋爐負(fù)荷小于35%時，超臨界鍋爐運行在最小水冷壁流量，所產(chǎn)

21、生的蒸汽要小于最小水冷壁流量，汽水分離器濕態(tài)運行，汽水分離器中多余的飽和水通過汽水分離器液位控制系統(tǒng)控制排出。 內(nèi)置式汽水分離器的干態(tài)運行當(dāng)鍋爐負(fù)荷大于35%以上時，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽大于最小水冷壁流量，過熱蒸汽通過汽水分離器，此時汽水分離器為干式運行方式，汽水分離器出口溫度由煤水比控制，即由汽水分離器濕態(tài)時的液位控制轉(zhuǎn)為溫度控制。 汽水分離器濕干態(tài)運行轉(zhuǎn)換在濕態(tài)運行過程中鍋爐的控制參數(shù)是分離器的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參數(shù)是溫度控制和煤水比控制，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)換過程中必須要保證蒸汽溫度的穩(wěn)定。4.2. 超臨界機(jī)組控制系統(tǒng)概述作為實現(xiàn)機(jī)組

22、安全經(jīng)濟(jì)運行目標(biāo)的有效手段, 自動控制系統(tǒng)在機(jī)組安全運行所起的作用日益重要, 其功能也日益復(fù)雜, 擔(dān)負(fù)著機(jī)組主、輔機(jī)的參數(shù)控制、回路調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖保護(hù)、順序控制、參數(shù)顯示、異常報警、性能計算、趨勢記錄和報表輸出的功能, 已從輔助運行人員監(jiān)控機(jī)組運行發(fā)展到實現(xiàn)不同程度的設(shè)備啟停功能、程控和聯(lián)鎖保護(hù)的綜合體系, 成為大型火電機(jī)組運行必不可少的組成部分。經(jīng)過幾十年的發(fā)展, 目前超臨界發(fā)電技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟, 其控制系統(tǒng)從總體上來說與常規(guī)亞臨界發(fā)電機(jī)組相比并沒有本質(zhì)的區(qū)別。但就超臨界機(jī)組本身來說，其直流爐的運行方式、大范圍的變壓控制，使超臨界機(jī)組具有特殊的控制特點和難點。1.1 機(jī)、爐之間耦合嚴(yán)重, 常規(guī)的

23、控制系統(tǒng)難以達(dá)到高的控制效果，超臨界機(jī)組難點之一在于非線性耦合。由于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(jìn)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(jī)調(diào)門開度的擾動而變化，從而導(dǎo)致了功率、壓力、溫度的變化。直流鍋爐汽水一次性循環(huán)特性，使超臨界鍋爐動態(tài)特性受末端阻力的影響遠(yuǎn)比鍋筒式鍋爐大。當(dāng)汽機(jī)主汽閥開度發(fā)生變化，影響了機(jī)組的功率, 同時也直接影響了鍋爐出口末端阻力特性, 改變了鍋爐的被控特性, 由于

24、沒有汽包的緩沖，汽機(jī)側(cè)對直流鍋爐的影響遠(yuǎn)大于對汽包鍋爐的影響。其特性不但影響了鍋爐的出口壓力，而且由于壓力的變化引起了給水流量的變化，延長了鍋爐側(cè)汽水流程的加熱段，導(dǎo)致了溫度的變化。燃料發(fā)生變化時，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。當(dāng)給水流量擾動時，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，最后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在

25、直流鍋爐中，壓力控制是最重要的被控對象，因為壓力的變化不僅影響機(jī)組負(fù)荷的變化，還會影響給水流量的變化，從而導(dǎo)致對溫度的影響。從上面的分析可以看出，直流鍋爐的一次循環(huán)特性，使機(jī)組的主要控制參數(shù)功率、壓力、溫度均受到了汽機(jī)調(diào)門開度、燃料量、給水量的影響。從而也說明直流鍋爐是一個三輸入/三輸出相互耦合關(guān)聯(lián)及強(qiáng)的被控特性。超臨界機(jī)組采用超臨界參數(shù)的蒸汽, 其機(jī)組的運行方式采用滑參數(shù)運行，機(jī)組在大范圍的變負(fù)荷運行中，壓力運行在10MPa25MPa.之間。超臨界機(jī)組實際運行在超臨界和亞臨界兩種工況下，在亞臨界運行工況給水具有加熱段、蒸發(fā)段與過熱段三大部分，在超臨界運行工況汽水的密度相同，水在瞬間轉(zhuǎn)化為蒸汽

26、，因此在超臨界運行方式和亞臨界運行方式機(jī)組具有完全不同的控制特性，是復(fù)雜多變的被控對象。4.3. 超臨界機(jī)組的控制策略從上面的分析中已經(jīng)看到，超臨界機(jī)組是以汽水一次循環(huán)為特征的直流鍋爐，是具有三輸入/三輸出的強(qiáng)耦合、非線性、多參數(shù)的被控對象。接下來討論采用怎樣的控制策略實現(xiàn)對超臨界機(jī)組的控制。對于具有內(nèi)置式啟動分離器的超臨界機(jī)組，具有干式和濕式兩種運行方式。在啟動過程鍋爐建立最小工作流量，蒸汽流量小于最小給水流量，鍋爐運行在濕式方式，此時機(jī)組控制給水流量，利用疏水控制啟動分離器水位，啟動分離器出口溫度處于飽和溫度，此時直流鍋爐的運行方式與汽包鍋爐基本相同。控制策略基本是燃燒系統(tǒng)定燃料控制、給水

27、系統(tǒng)定流量控制、啟動分離器控制水位、溫度采用噴水控制。當(dāng)鍋爐蒸汽流量大于最小流量，啟動分離器內(nèi)飽和水全部轉(zhuǎn)為飽和蒸汽，直流鍋爐運行在干式方式，即直流控制方式。此時鍋爐以煤水比控制溫度、燃燒控制壓力。我們討論的超臨界直流鍋爐的控制策略主要討論鍋爐處于直流方式的控制方案。假如直流鍋爐處在定壓力控制方式，那末對于直流鍋爐機(jī)組負(fù)荷、壓力、溫度三個過程變量中就具有兩個穩(wěn)定點，一個是壓力，另一個是溫度。因為壓力一定分離器出口的微過熱溫度也就確定了。在機(jī)組負(fù)荷變化過程中對壓力和溫度的控制應(yīng)該是定值控制。在鍋爐變壓力運行時，機(jī)組負(fù)荷、壓力、溫度是三個變化的控制量，在負(fù)荷發(fā)生變化時，壓力的控制根據(jù)負(fù)荷按照預(yù)定的滑壓曲線控制，分離器出口溫度按照分離器出口壓力的飽和溫度加上微過熱度控制。協(xié)調(diào)