超臨界講課教材課件

超臨界直流爐

機組控制系統(tǒng)分析華北電力大學動力系谷俊杰超臨界直流爐

機組控制系統(tǒng)分析華北電力大學動力系目錄1、超臨界機組特點概述2、超臨界機組協(xié)調(diào)控制3、超臨界機組給水控制4、超臨界機組汽溫控制5、超臨界機組汽輪機控制6、火電機組控制系統(tǒng)特點分析目錄1、超臨界機組特點概述超臨界機組三個重要平衡關(guān)系1、機爐電與電網(wǎng)的關(guān)系;有功與無功滿足電網(wǎng)的目標要求(一次調(diào)頻和二次調(diào)頻與調(diào)壓）2、機爐之間能量平衡的關(guān)系；分為直接能量平衡與間接能量平衡兩種方法。3、鍋爐內(nèi)部能量的平衡關(guān)系；分為煤水比與煤風比平衡超臨界機組三個重要平衡關(guān)系1、機爐電與電網(wǎng)的關(guān)系;有功與無功

高壓加熱器

低壓加熱器除氧器省煤器水冷壁初級過熱器再熱器給水控制閥鍋爐給水泵除氧器低壓加熱器冷凝水凈化器冷凝水泵高壓加熱器省煤器水冷壁汽水分離器儲水罐汽水分離器水位控制閥啟動排污低溫過熱器屏式過熱器高溫過熱器高溫再熱器高壓缸中壓缸低壓缸冷凝器高壓旁路閥疏水閥

噴水

噴水

低壓旁路閥HPIP低溫再熱器

噴水

噴水

LP

噴水

BCP

360

361帶鍋爐循環(huán)泵BCP高壓加熱器低壓加熱器除氧器省煤器水冷壁初級過熱器再熱器給不帶鍋爐循環(huán)泵BCP

高壓加熱器

低壓加熱器除氧器省煤器水冷壁初級過熱器再熱器給水控制閥鍋爐給水泵除氧器低壓加熱器冷凝水凈化器冷凝水泵高壓加熱器省煤器水冷壁汽水分離器儲水罐汽水分離器水位控制閥啟動排污低溫過熱器屏式過熱器高溫過熱器高溫再熱器高壓缸中壓缸低壓缸冷凝器高壓旁路閥疏水閥

噴水

噴水低壓旁路閥HPIP低溫再熱器

噴水

噴水LP

噴水

361不帶鍋爐循環(huán)泵BCP高壓加熱器低壓加熱器除氧器省煤器水冷1、超臨界直流爐的控制特點■理論上認為：（22.129MPa、溫度374℃），水的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、水共存的兩相區(qū)存在，兩者的參數(shù)不再有區(qū)別。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相等，因此在臨界壓力下無法維持自然循環(huán)，不能再采用汽包鍋爐，直流爐成為唯一的型式。

■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)直流鍋爐在鍋爐點火前就必須不間斷的向鍋爐進水，建立足夠的啟動流量，以保證給水連續(xù)不斷的強制流經(jīng)受熱面，使其得到冷卻。為防止低溫蒸汽送入汽輪機后凝結(jié)，造成汽輪機的水沖擊，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)低于本生流量時，給水流量要保持恒定。因此在本生負荷下超臨界鍋爐需要設(shè)置汽水分離器和疏水回收系統(tǒng)。啟動前鍋爐要建立啟動壓力和啟動流量

■超臨界直流爐，由于鍋爐的蓄質(zhì)和蓄熱量小，因而負荷調(diào)節(jié)的靈敏性好，可實現(xiàn)快速啟、停和調(diào)節(jié)負荷。1、超臨界直流爐的控制特點■理論上認為：（22.129MPa1.1超臨界直流爐的控制特點－存在問題超臨界機組控制中機、爐之間存在嚴重的非線性耦合。直流鍋爐在直流運行狀態(tài)汽水之間沒有一個明確的分界點，在流程中每一段的長度都受到燃料、給水、汽機調(diào)門開度的擾動而變化，從而導致了功率、壓力、溫度的變化，直流鍋爐是一個三輸入/三輸出相互耦合關(guān)聯(lián)極強的被控對象；汽機擾動對鍋爐的耦合特性：汽機調(diào)門開度變化不僅影響了鍋爐出口壓力，還影響了汽水流程的加熱段，導致了溫度的變化；鍋爐燃料擾動對壓力、溫度、功率的影響：燃料率增加，縮短了加熱段和蒸發(fā)段，使壓力、溫度、功率均增加；給水擾動對壓力、溫度、功率的影響：給水量增加，加熱段和蒸發(fā)段延長，推出一部分蒸汽，因此壓力和功率開始是增加的，但由于過熱段的縮短使汽溫下降，導致功率和壓力下降，汽溫一段時間延遲后單調(diào)下降穩(wěn)定在一個較低溫度上。1.1超臨界直流爐的控制特點－存在問題超臨界機組控制中機、1.1超臨界直流爐的控制特點－存在問題強烈的非線性是超臨界機組又一主要特征

超臨界機組采用超臨界參數(shù)的蒸汽,其機組的運行方式采用滑參數(shù)運行，機組在大范圍的變負荷運行中，壓力運行10MPa~25MPa.之間。超臨界機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，因此在超臨界運行方式和亞臨界運行方式機組具有完全不同的控制特性，是復雜多變的被控對象。

超臨界機組是被控特性復雜多變的對象，隨著機組負荷的變化，機組的動態(tài)特性參數(shù)亦隨之大幅度變化。如燃水比調(diào)節(jié)的溫度對象，在負荷變化50-100%范圍內(nèi)，增益變化達5~6倍，時間常數(shù)的變化也有3倍左右。1.1超臨界直流爐的控制特點－存在問題強烈的非線性是超臨界1.2超臨界直流爐的控制特點－汽包爐的控制汽包爐中，汽包把汽水流程分為加熱段、蒸發(fā)段和過熱段，三段受熱面的位置和面積是固定不變的，在給水流量變化時，僅影響汽包水位，不影響蒸汽壓力和溫度。而燃燒量變化時僅改變蒸汽流量和蒸汽壓力，對蒸汽溫度影響不大，因此給水、燃燒、蒸汽溫度控制系統(tǒng)是可以相對獨立的，可以通過控制給水流量、燃燒率、噴水流量分別控制汽包水位、蒸汽流量和蒸汽壓力。1.2超臨界直流爐的控制特點－汽包爐的控制汽包爐中，汽包把1.3超臨界直流爐的控制特點－直流爐直流鍋爐沒有汽包，又沒有爐水小循環(huán)回路，給水是一次性流過加熱段、蒸發(fā)段和過熱段的，三段受熱面沒有固定的分界線。當給水流量及燃燒量發(fā)生變化時，三段受熱面的吸熱比率將發(fā)生變化，鍋爐出口溫度以及蒸汽流量和壓力都將發(fā)生變化，因此給水、汽溫、燃燒系統(tǒng)是密切相關(guān)的，不能獨立控制，應該作為整體進行控制。直流鍋爐隨著蒸汽壓力的升高，蒸發(fā)段的吸熱比例逐漸減少，而加熱段和過熱段的吸熱比例增加；以及受熱面管徑變小，管壁變厚，因此，隨著蒸汽壓力的升高，鍋爐分離器出口汽溫和鍋爐出口汽溫的慣性增加，時間常數(shù)和延遲時間增加。1.3超臨界直流爐的控制特點－直流爐直流鍋爐沒有汽包，又1.4超臨界直流爐的控制策略壓力控制是直流鍋爐控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，壓力的變化對機組的外特性來說將影響機組的負荷，對內(nèi)特性來說將影響鍋爐的溫度。因為直流爐蓄熱較小，調(diào)門變化時引起的負荷變化較小，而且壓力變化較大，對機組的負面影響較大，所以國外的資料中更推薦在超臨界機組中采用機跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)方式，協(xié)調(diào)鍋爐與汽機的控制。但是在該方案的設(shè)計中應該充分考慮利用鍋爐的儲能加快機組對負荷的響應。在超臨界機組中要保證主蒸汽溫度的穩(wěn)定，必須要控制汽水流程，控制蒸發(fā)點。一般通過控制煤水比來粗調(diào)主蒸汽溫度，通過過熱噴水減溫來細調(diào)主蒸汽溫度。理論和實踐證明要保證直流鍋爐汽溫的調(diào)節(jié)性能，維持特定的燃水比來控制汽水行程中某一點焓（分離器出口焓）為負荷的函數(shù)是切實有效的手段。當給水量或燃料量擾動時，汽水行程中各點工質(zhì)焓值的動態(tài)特性相似；在鍋爐的燃水比保持不變時（穩(wěn)定工況），汽水行程中某點工質(zhì)的焓值保持不變，對于滑壓運行鍋爐，故采用微過熱蒸汽焓替代該點溫度作為燃水比校正信號，其優(yōu)點在于：分離器出口焓（中間點焓）值對燃水比失配的反應快，系統(tǒng)校正迅速；

焓值代表了過熱蒸汽的作功能力，隨工況改變焓給定值不但有利于負荷控制，而且也能實現(xiàn)過熱汽溫（粗）調(diào)正。

1.4超臨界直流爐的控制策略壓力控制是直流鍋爐控制系統(tǒng)的1.4超臨界直流爐的控制策略超臨界直流爐的設(shè)計中風煤比的控制在靜態(tài)平衡的前提下要考慮動態(tài)下的風煤交叉，保證動態(tài)過程中風大于煤，確保鍋爐燃燒的穩(wěn)定。在超臨界直流爐RB邏輯設(shè)計中需要充分考慮分離器出口溫度，即必須考慮在事故工況下有合適的煤水比。由于超臨界直流爐的強非線性，常規(guī)的控制策略難以達到良好的控制效果。因此需要大量采用變參數(shù)PID，變結(jié)構(gòu)控制策略，以保證在各個負荷點上控制系統(tǒng)具有良好的效果注意微過熱點焓值對燃料率和給水量的響應較慢，響應時間達2～4分鐘。由于燃燒對溫度的動態(tài)響應要比給水對溫度的動態(tài)響應慢的多，因此控制方案設(shè)計中要考慮煤水控制參數(shù)的動態(tài)補償。焓值物理概念明確，用“焓增”來分析各受熱面的吸熱分布更為科學。它不僅受溫度變化影響，還受壓力變化影響，在低負荷壓力升高時（分離器出口溫度有可能進入飽和區(qū)），焓值的明顯變化有助于判斷，進而能及時采取相應措施。

因此，靜態(tài)和動態(tài)燃水比值及隨負荷變化的焓值校正是超臨界直流鍋爐給水系統(tǒng)的主要控制特征。1.4超臨界直流爐的控制策略超臨界直流爐的設(shè)計中風煤比的1.5超臨界直流爐的控制策略－啟動系統(tǒng)

對于具有內(nèi)置式啟動分離器的超臨界機組，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?？刂撇呗曰臼侨紵到y(tǒng)定燃料控制、給水系統(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。1.5超臨界直流爐的控制策略－啟動系統(tǒng)對于具有內(nèi)置式啟2、超臨界機組協(xié)調(diào)控制FGSUB-MULPI+Pt0PSUBMW*-+X1X2∑BIDHSLS形成電路DEHMWDPtMW日立超臨界機組協(xié)調(diào)控制策略基本框圖2、超臨界機組協(xié)調(diào)控制FGSUB-MULPI汽機—鍋爐之間的功率平衡信號選擇需求信號第一方案機組負荷指令(MWD)第二方案汽機第一級壓力(P1)第三方案機組實發(fā)功率(MW)物理意義機組負荷指令(MWD)代表了機組應發(fā)的功率,也代表了鍋爐側(cè)應提供的蒸汽功率。汽機第一級壓力P1可換算為汽機側(cè)當前實際消耗的蒸汽量,也即鍋爐側(cè)當前應提供的蒸汽功率。當前的機組發(fā)電功率代表了當前機組承擔的負荷,也即鍋爐應產(chǎn)生的負荷功率。特點機組為達到一定負荷應當需要的功率.當前發(fā)電汽機實際消耗的功率.機組的實發(fā)電功率.時間關(guān)系時間上MWD信號出現(xiàn)最早.比MWD信號慢,相差一個鍋爐側(cè)時間常數(shù)B。比P1信號慢,相差一個汽機/發(fā)電機時間常數(shù).控制策略思想根據(jù)MWD,控制鍋爐側(cè),因此是一種前饋控制.依照實際的P1(或MW)信號出現(xiàn)后,再反饋到鍋爐側(cè),因此是基于反饋的鍋爐跟蹤汽機設(shè)計汽機—鍋爐之間的功率平衡信號選擇需求信號第一方案第二方案第汽包爐DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)×Σ÷ΔPIΔPIDΣDDΔPIΣΔPINSPPdNP1PTPSP鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力偏差校正汽機調(diào)節(jié)系統(tǒng)+++++++__+++_熱量信號+_P1BμPIPIPIPIPDPDP1P1+dPd/dtP1/PTPSPNSPNPT+++_+___(a)(b)汽包爐DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)×Σ÷ΔPIΔPIDΣDDΔPIΣΔ三井巴布科克超臨界直流爐協(xié)調(diào)控制思想?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS，是指通過控制回路協(xié)調(diào)氣輪機和鍋爐的工作狀態(tài)，同時給鍋爐自動控制系統(tǒng)和氣輪機自動控制系統(tǒng)發(fā)出指令，以達到快速響應負荷變化的目的，盡最大可能發(fā)揮機組的調(diào)頻調(diào)峰能力，同時還要穩(wěn)定運行參數(shù)。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方式大致有爐跟機方式、機跟爐方式、協(xié)調(diào)方式和手動方式四種，根據(jù)單元機組的不同的工況和運行要求，以及鍋爐主控BM和氣輪機主控（TM）所具備的不同的控制方式及組態(tài)，可構(gòu)成多種不同的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方式。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和協(xié)調(diào)控制方式，不同廠商根據(jù)不同的機組需要設(shè)計有不同的控制策略。下圖為三井巴布科克超臨界直流爐協(xié)調(diào)控制原理圖

。超臨界機組是高參數(shù)、大容量的被控對象，機組的變負荷率應滿足鍋爐的運行要求。目前制造廠對超臨界直流鍋爐的變負荷率限制在1%/分。在滿足機組負荷變化率的要求下，為穩(wěn)定機組壓力，對超臨界機組來說以機跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)不失是一個好的控制方案。三井巴布科克超臨界直流爐協(xié)調(diào)控制思想?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS，是三井巴布科克直流爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理圖壓力定值微分前饋壓力限制功率微分前饋燃燒響應AGC負荷指令壓力調(diào)節(jié)器功率調(diào)節(jié)器三井巴布科克直流爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理圖壓力定值微分前饋壓力限制沁北電廠600MW協(xié)調(diào)方式下鍋爐主控沁北電廠600MW協(xié)調(diào)方式下鍋爐主控雙入雙出磨煤機燃料控制雙入雙出磨煤機燃料控制機組負荷指令形成邏輯

機組負荷指令形成邏輯汽機主控汽機主控鍋爐主控鍋爐主控3、超臨界直流鍋爐給水控制系統(tǒng)鍋爐的運行中，煤水比不是恒定不變的，它隨著負荷的變化而改變，（不考慮機組再熱）則煤水比

式中：：煤發(fā)熱量，kJ/kg；：鍋爐效率；

、：分別為給水焓值，過熱蒸汽焓值，J/kg；

：給水流量，t/h；：燃料量，t/h；超臨界壓力下工質(zhì)的大比熱特性3、超臨界直流鍋爐給水控超臨界直流爐給水控制方案1超臨界直流爐給水控制方案1中間點焓值給水控制中間點焓值給水控制中間點溫度給水控制（方案2）中間點溫度給水控制（方案2）結(jié)論：（1）中間點溫度控制煤水比，可以減小蒸汽溫度調(diào)節(jié)的滯后時間，及時控制水冷壁的工質(zhì)溫度，防止水冷壁發(fā)生傳熱惡化，且對于運行人員來講，溫度控制比焓值控制更直觀。（2）對于一定壓力，超臨界機組工質(zhì)存在一個大的比熱區(qū)（工質(zhì)溫度隨吸熱量變化不大），負荷變化時，在大比熱區(qū)控制中間點溫度容易造成給水控制失調(diào)。焓值的物理概念明確，用“焓增”來分析各受熱面的吸熱分布更為科學。（3）焓值比中間點溫度靈敏度高。（4）過熱蒸汽焓值代表過熱蒸汽的做功能力，控制微過熱蒸汽的焓值，有利于負荷控制結(jié)論：（1）中間點溫度控制煤水比，可以減小蒸汽溫度調(diào)節(jié)的滯后中間點溫度給水控制實例中間點溫度給水控制實例4、過熱汽溫串級控制系統(tǒng)

4、過熱汽溫串級控制系統(tǒng)過熱器一級減溫過熱器一級減溫過熱器二級減溫過熱器二級減溫溫差控制

溫差控制5、汽輪機控制原理5、汽輪機控制原理D

E

H控制系統(tǒng)原理D

E

H一次調(diào)頻一次調(diào)頻是為了使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定而采取的措施。大功率機組需要在頻率變化較小的時候保證負荷值，所以并不是機組轉(zhuǎn)速偏離3000R/M調(diào)頻控制器就動作，而是有一定的范圍，這個范圍被稱為死區(qū)，死區(qū)可調(diào)。當機組功率大于一定值且系統(tǒng)自動時，一次調(diào)頻功能就投入。

一次調(diào)頻一次調(diào)頻是為了使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定而采取的措施。大功率機組單閥/順序閥流量關(guān)系圖單閥/順序閥流量關(guān)系圖不同重疊度下調(diào)節(jié)級流量和效率曲線不同重疊度下調(diào)節(jié)級流量和效率曲線6、火電機組控制系統(tǒng)特點分析串級三沖量給水系統(tǒng)的方框圖6、火電機組控制系統(tǒng)特點分析串級三沖量給水系統(tǒng)的方框圖開環(huán)與閉環(huán)的優(yōu)缺點開環(huán)與閉環(huán)的優(yōu)缺點閉環(huán)控制器的作用閉環(huán)控制器的作用PI控制器與新型控制器PI控制器與新型控制器總結(jié)閉環(huán)控制是基礎(chǔ),是系統(tǒng)穩(wěn)定和消除偏差的關(guān)鍵前饋控制是提高負荷響應速度和克服干擾的關(guān)鍵重視前饋控制控制的微分作用,微分作用的大小是系統(tǒng)平衡的關(guān)鍵總結(jié)閉環(huán)控制是基礎(chǔ),是系統(tǒng)穩(wěn)定和消除偏差的關(guān)鍵超臨界直流爐

機組控制系統(tǒng)分析華北電力大學動力系谷俊杰超臨界直流爐

機組控制系統(tǒng)分析華北電力大學動力系目錄1、超臨界機組特點概述2、超臨界機組協(xié)調(diào)控制3、超臨界機組給水控制4、超臨界機組汽溫控制5、超臨界機組汽輪機控制6、火電機組控制系統(tǒng)特點分析目錄1、超臨界機組特點概述超臨界機組三個重要平衡關(guān)系1、機爐電與電網(wǎng)的關(guān)系;有功與無功滿足電網(wǎng)的目標要求(一次調(diào)頻和二次調(diào)頻與調(diào)壓）2、機爐之間能量平衡的關(guān)系；分為直接能量平衡與間接能量平衡兩種方法。3、鍋爐內(nèi)部能量的平衡關(guān)系；分為煤水比與煤風比平衡超臨界機組三個重要平衡關(guān)系1、機爐電與電網(wǎng)的關(guān)系;有功與無功

高壓加熱器

低壓加熱器除氧器省煤器水冷壁初級過熱器再熱器給水控制閥鍋爐給水泵除氧器低壓加熱器冷凝水凈化器冷凝水泵高壓加熱器省煤器水冷壁汽水分離器儲水罐汽水分離器水位控制閥啟動排污低溫過熱器屏式過熱器高溫過熱器高溫再熱器高壓缸中壓缸低壓缸冷凝器高壓旁路閥疏水閥

噴水

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低壓旁路閥HPIP低溫再熱器

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LP

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361帶鍋爐循環(huán)泵BCP高壓加熱器低壓加熱器除氧器省煤器水冷壁初級過熱器再熱器給不帶鍋爐循環(huán)泵BCP

高壓加熱器

低壓加熱器除氧器省煤器水冷壁初級過熱器再熱器給水控制閥鍋爐給水泵除氧器低壓加熱器冷凝水凈化器冷凝水泵高壓加熱器省煤器水冷壁汽水分離器儲水罐汽水分離器水位控制閥啟動排污低溫過熱器屏式過熱器高溫過熱器高溫再熱器高壓缸中壓缸低壓缸冷凝器高壓旁路閥疏水閥

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361不帶鍋爐循環(huán)泵BCP高壓加熱器低壓加熱器除氧器省煤器水冷1、超臨界直流爐的控制特點■理論上認為：（22.129MPa、溫度374℃），水的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、水共存的兩相區(qū)存在，兩者的參數(shù)不再有區(qū)別。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相等，因此在臨界壓力下無法維持自然循環(huán)，不能再采用汽包鍋爐，直流爐成為唯一的型式。

■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)直流鍋爐在鍋爐點火前就必須不間斷的向鍋爐進水，建立足夠的啟動流量，以保證給水連續(xù)不斷的強制流經(jīng)受熱面，使其得到冷卻。為防止低溫蒸汽送入汽輪機后凝結(jié)，造成汽輪機的水沖擊，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)低于本生流量時，給水流量要保持恒定。因此在本生負荷下超臨界鍋爐需要設(shè)置汽水分離器和疏水回收系統(tǒng)。啟動前鍋爐要建立啟動壓力和啟動流量

■超臨界直流爐，由于鍋爐的蓄質(zhì)和蓄熱量小，因而負荷調(diào)節(jié)的靈敏性好，可實現(xiàn)快速啟、停和調(diào)節(jié)負荷。1、超臨界直流爐的控制特點■理論上認為：（22.129MPa1.1超臨界直流爐的控制特點－存在問題超臨界機組控制中機、爐之間存在嚴重的非線性耦合。直流鍋爐在直流運行狀態(tài)汽水之間沒有一個明確的分界點，在流程中每一段的長度都受到燃料、給水、汽機調(diào)門開度的擾動而變化，從而導致了功率、壓力、溫度的變化，直流鍋爐是一個三輸入/三輸出相互耦合關(guān)聯(lián)極強的被控對象；汽機擾動對鍋爐的耦合特性：汽機調(diào)門開度變化不僅影響了鍋爐出口壓力，還影響了汽水流程的加熱段，導致了溫度的變化；鍋爐燃料擾動對壓力、溫度、功率的影響：燃料率增加，縮短了加熱段和蒸發(fā)段，使壓力、溫度、功率均增加；給水擾動對壓力、溫度、功率的影響：給水量增加，加熱段和蒸發(fā)段延長，推出一部分蒸汽，因此壓力和功率開始是增加的，但由于過熱段的縮短使汽溫下降，導致功率和壓力下降，汽溫一段時間延遲后單調(diào)下降穩(wěn)定在一個較低溫度上。1.1超臨界直流爐的控制特點－存在問題超臨界機組控制中機、1.1超臨界直流爐的控制特點－存在問題強烈的非線性是超臨界機組又一主要特征

超臨界機組采用超臨界參數(shù)的蒸汽,其機組的運行方式采用滑參數(shù)運行，機組在大范圍的變負荷運行中，壓力運行10MPa~25MPa.之間。超臨界機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，因此在超臨界運行方式和亞臨界運行方式機組具有完全不同的控制特性，是復雜多變的被控對象。

超臨界機組是被控特性復雜多變的對象，隨著機組負荷的變化，機組的動態(tài)特性參數(shù)亦隨之大幅度變化。如燃水比調(diào)節(jié)的溫度對象，在負荷變化50-100%范圍內(nèi)，增益變化達5~6倍，時間常數(shù)的變化也有3倍左右。1.1超臨界直流爐的控制特點－存在問題強烈的非線性是超臨界1.2超臨界直流爐的控制特點－汽包爐的控制汽包爐中，汽包把汽水流程分為加熱段、蒸發(fā)段和過熱段，三段受熱面的位置和面積是固定不變的，在給水流量變化時，僅影響汽包水位，不影響蒸汽壓力和溫度。而燃燒量變化時僅改變蒸汽流量和蒸汽壓力，對蒸汽溫度影響不大，因此給水、燃燒、蒸汽溫度控制系統(tǒng)是可以相對獨立的，可以通過控制給水流量、燃燒率、噴水流量分別控制汽包水位、蒸汽流量和蒸汽壓力。1.2超臨界直流爐的控制特點－汽包爐的控制汽包爐中，汽包把1.3超臨界直流爐的控制特點－直流爐直流鍋爐沒有汽包，又沒有爐水小循環(huán)回路，給水是一次性流過加熱段、蒸發(fā)段和過熱段的，三段受熱面沒有固定的分界線。當給水流量及燃燒量發(fā)生變化時，三段受熱面的吸熱比率將發(fā)生變化，鍋爐出口溫度以及蒸汽流量和壓力都將發(fā)生變化，因此給水、汽溫、燃燒系統(tǒng)是密切相關(guān)的，不能獨立控制，應該作為整體進行控制。直流鍋爐隨著蒸汽壓力的升高，蒸發(fā)段的吸熱比例逐漸減少，而加熱段和過熱段的吸熱比例增加；以及受熱面管徑變小，管壁變厚，因此，隨著蒸汽壓力的升高，鍋爐分離器出口汽溫和鍋爐出口汽溫的慣性增加，時間常數(shù)和延遲時間增加。1.3超臨界直流爐的控制特點－直流爐直流鍋爐沒有汽包，又1.4超臨界直流爐的控制策略壓力控制是直流鍋爐控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，壓力的變化對機組的外特性來說將影響機組的負荷，對內(nèi)特性來說將影響鍋爐的溫度。因為直流爐蓄熱較小，調(diào)門變化時引起的負荷變化較小，而且壓力變化較大，對機組的負面影響較大，所以國外的資料中更推薦在超臨界機組中采用機跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)方式，協(xié)調(diào)鍋爐與汽機的控制。但是在該方案的設(shè)計中應該充分考慮利用鍋爐的儲能加快機組對負荷的響應。在超臨界機組中要保證主蒸汽溫度的穩(wěn)定，必須要控制汽水流程，控制蒸發(fā)點。一般通過控制煤水比來粗調(diào)主蒸汽溫度，通過過熱噴水減溫來細調(diào)主蒸汽溫度。理論和實踐證明要保證直流鍋爐汽溫的調(diào)節(jié)性能，維持特定的燃水比來控制汽水行程中某一點焓（分離器出口焓）為負荷的函數(shù)是切實有效的手段。當給水量或燃料量擾動時，汽水行程中各點工質(zhì)焓值的動態(tài)特性相似；在鍋爐的燃水比保持不變時（穩(wěn)定工況），汽水行程中某點工質(zhì)的焓值保持不變，對于滑壓運行鍋爐，故采用微過熱蒸汽焓替代該點溫度作為燃水比校正信號，其優(yōu)點在于：分離器出口焓（中間點焓）值對燃水比失配的反應快，系統(tǒng)校正迅速；

焓值代表了過熱蒸汽的作功能力，隨工況改變焓給定值不但有利于負荷控制，而且也能實現(xiàn)過熱汽溫（粗）調(diào)正。

1.4超臨界直流爐的控制策略壓力控制是直流鍋爐控制系統(tǒng)的1.4超臨界直流爐的控制策略超臨界直流爐的設(shè)計中風煤比的控制在靜態(tài)平衡的前提下要考慮動態(tài)下的風煤交叉，保證動態(tài)過程中風大于煤，確保鍋爐燃燒的穩(wěn)定。在超臨界直流爐RB邏輯設(shè)計中需要充分考慮分離器出口溫度，即必須考慮在事故工況下有合適的煤水比。由于超臨界直流爐的強非線性，常規(guī)的控制策略難以達到良好的控制效果。因此需要大量采用變參數(shù)PID，變結(jié)構(gòu)控制策略，以保證在各個負荷點上控制系統(tǒng)具有良好的效果注意微過熱點焓值對燃料率和給水量的響應較慢，響應時間達2～4分鐘。由于燃燒對溫度的動態(tài)響應要比給水對溫度的動態(tài)響應慢的多，因此控制方案設(shè)計中要考慮煤水控制參數(shù)的動態(tài)補償。焓值物理概念明確，用“焓增”來分析各受熱面的吸熱分布更為科學。它不僅受溫度變化影響，還受壓力變化影響，在低負荷壓力升高時（分離器出口溫度有可能進入飽和區(qū)），焓值的明顯變化有助于判斷，進而能及時采取相應措施。

因此，靜態(tài)和動態(tài)燃水比值及隨負荷變化的焓值校正是超臨界直流鍋爐給水系統(tǒng)的主要控制特征。1.4超臨界直流爐的控制策略超臨界直流爐的設(shè)計中風煤比的1.5超臨界直流爐的控制策略－啟動系統(tǒng)

對于具有內(nèi)置式啟動分離器的超臨界機組，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?？刂撇呗曰臼侨紵到y(tǒng)定燃料控制、給水系統(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。1.5超臨界直流爐的控制策略－啟動系統(tǒng)對于具有內(nèi)置式啟2、超臨界機組協(xié)調(diào)控制FGSUB-MULPI+Pt0PSUBMW*-+X1X2∑BIDHSLS形成電路DEHMWDPtMW日立超臨界機組協(xié)調(diào)控制策略基本框圖2、超臨界機組協(xié)調(diào)控制FGSUB-MULPI汽機—鍋爐之間的功率平衡信號選擇需求信號第一方案機組負荷指令(MWD)第二方案汽機第一級壓力(P1)第三方案機組實發(fā)功率(MW)物理意義機組負荷指令(MWD)代表了機組應發(fā)的功率,也代表了鍋爐側(cè)應提供的蒸汽功率。汽機第一級壓力P1可換算為汽機側(cè)當前實際消耗的蒸汽量,也即鍋爐側(cè)當前應提供的蒸汽功率。當前的機組發(fā)電功率代表了當前機組承擔的負荷,也即鍋爐應產(chǎn)生的負荷功率。特點機組為達到一定負荷應當需要的功率.當前發(fā)電汽機實際消耗的功率.機組的實發(fā)電功率.時間關(guān)系時間上MWD信號出現(xiàn)最早.比MWD信號慢,相差一個鍋爐側(cè)時間常數(shù)B。比P1信號慢,相差一個汽機/發(fā)電機時間常數(shù).控制策略思想根據(jù)MWD,控制鍋爐側(cè),因此是一種前饋控制.依照實際的P1(或MW)信號出現(xiàn)后,再反饋到鍋爐側(cè),因此是基于反饋的鍋爐跟蹤汽機設(shè)計汽機—鍋爐之間的功率平衡信號選擇需求信號第一方案第二方案第汽包爐DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)×Σ÷ΔPIΔPIDΣDDΔPIΣΔPINSPPdNP1PTPSP鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力偏差校正汽機調(diào)節(jié)系統(tǒng)+++++++__+++_熱量信號+_P1BμPIPIPIPIPDPDP1P1+dPd/dtP1/PTPSPNSPNPT+++_+___(a)(b)汽包爐DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)×Σ÷ΔPIΔPIDΣDDΔPIΣΔ三井巴布科克超臨界直流爐協(xié)調(diào)控制思想?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS，是指通過控制回路協(xié)調(diào)氣輪機和鍋爐的工作狀態(tài)，同時給鍋爐自動控制系統(tǒng)和氣輪機自動控制系統(tǒng)發(fā)出指令，以達到快速響應負荷變化的目的，盡最大可能發(fā)揮機組的調(diào)頻調(diào)峰能力，同時還要穩(wěn)定運行參數(shù)。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方式大致有爐跟機方式、機跟爐方式、協(xié)調(diào)方式和手動方式四種，根據(jù)單元機組的不同的工況和運行要求，以及鍋爐主控BM和氣輪機主控（TM）所具備的不同的控制方式及組態(tài)，可構(gòu)成多種不同的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方式。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和協(xié)調(diào)控制方式，不同廠商根據(jù)不同的機組需要設(shè)計有不同的控制策略。下圖為三井巴布科克超臨界直流爐協(xié)調(diào)控制原理圖

。超臨界機組是高參數(shù)、大容量的被控對象，機組的變負荷率應滿足鍋爐的運行要求。目前制造廠對超臨界直流鍋爐的變負荷率限制在1%/分。在滿足機組負荷變化率的要求下，為穩(wěn)定機組壓力，對超臨界機組來說以機跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)不失是一個好的控制方案。三井巴布科克超臨界直流爐協(xié)調(diào)控制思想?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS，是三井巴布科克直流爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理圖壓力定值微分前饋壓力限制功率微分前饋燃燒響應A