論600 MW 超臨界機組協調控制策略

摘要：600MW超臨界機組壓力等級高，工作介質剛性提高，動態過程加快，另外直流爐蓄熱能力小，各子系統的相互聯系更加緊密，在協調控制系統設計中要統籌全局，合理解藕，采用靜態、動態前饋，引入汽機側壓力拉回回路，鍋爐側加快響應，充分利用鍋爐蓄熱，才能提高機組的負荷適應性和運行穩定性。

關鍵詞： 超臨界機組 協調控制策略 耦合

超臨界發電技術是一種高效、環保、可靠的發電技術，煤耗低，污染物排污量少；超臨界機組控制技術是超臨界發電技術中的重要一環，與機組的安全、穩定、經濟的運行密切相關。研究和掌握大型超臨界機組的動態特性，改進和優化超臨界機組的控制策略，促進超臨界機組的一些關鍵控制技術的提高，對提升我國超臨界機組的自動化水平、促進節能降耗具有重要意義。

1 600 MW 超臨界機組控制對象的主要特點

600 MW 超臨界機組已經成為我國電力行業的主力機組，超臨界機組的直流運行特性、變參數的運行方式 、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。

1. 1 直流鍋爐汽水系統的主要特點

強制循環直流鍋爐的工質從水變成為過熱蒸汽的加熱流動完全靠給水泵的壓力來驅動。

1.1.1各受熱面的大小沒有固定的界限

當鍋爐的給水流量或燃燒率改變時，各個受熱面的分界就發生移動。例如當燃燒率增加時，蒸發段與過熱段之間的分界向前移動 （加熱、蒸發段縮短，過熱段伸長）；當給水流量增加時，蒸發段與過熱段之間的分界則向后移動。由于受熱面界限的變化，鍋爐的蒸發量和過熱蒸汽溫度發生很大的變化。給水流量不變而燃燒率增加時，由于蒸發所需的熱量不變，因而加熱和蒸發的受熱面縮短，過熱受熱面增加，所增加的燃燒熱量 全部用于使蒸汽過熱，汽溫將急劇上升。

1. 1 .2 蓄熱量小。

由于直流鍋爐的蓄熱量小，所以直流鍋爐在外界負荷發生改變時，其主汽壓力的波動要比汽包鍋爐劇烈的多，這給自動控制帶來了巨大的困難。但在主動變負荷時，由于直流爐的熱慣性小，其蒸汽流量變化迅速，所以它的負荷響應比汽包鍋爐快，有利于機組的調峰。

1.2超臨界機組的啟動特點

直流爐與汽包爐最大的不同點在啟動系統上。汽包爐的啟動系統主要是指機組的旁路控制系統，直流爐的啟動系統除包括上述的壓力調整功能外，還要完成濕態和干態之間的轉換。

在濕態運行過程中鍋爐的主要控制參數是分離器水位和維持啟動給水流量，在干態運行過程中鍋爐的控制的主要任務是鍋爐受熱面溫度控制和控制煤水比穩定；在濕干態轉換中可能會發生蒸汽溫度的變化，故在此轉換過程中必須盡量保證各受熱面蒸汽溫度的平穩。

1.3雙進雙出正壓直吹式制粉系統的特點

雙進雙出正壓直吹式制粉系統煤種適用范圍廣，靈活性高?？筛鶕仩t負荷要求，實現雙進雙出、單進雙出或半磨運行三種工況；其出力的調節是由一次風量決定，有利于實現燃水比的自動、精確控制調節；其運行工況直接影響鍋爐的燃燒工況； 尤其是制粉系統啟停對鍋爐穩定運行和機組負荷響應造成比較大的影響。

2超臨界機組協調控制策略

作為實現機組安全經濟運行目標的有效手段，自動控制系統的作用日益重要，功能也日益復雜，擔負著機組主、輔機的負荷控制、參數調節、聯鎖保護、參數顯示、異常報警、性能計算等重要功能和降低運行值班員勞動強度，成為大型火電機組運行必不可少的組成部分。

2.1超臨界機組控制特點之一在于非線性耦合

直流鍋爐在汽水流程上的一次性循環特性，沒有汽包這類參數集中的儲能元件，在直流運行狀態汽水之間沒有一個明確的分界點，給水從省煤器進口就被連續加熱、蒸發與過熱，根據水、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、汽機調門開度的擾動而變化，從而導致功率、壓力、溫度的變化。直流鍋爐控制系統是一個三輸入三輸出并具有相互耦合關聯極強的特性。

2.2汽機擾動對鍋爐的耦合特性

直流鍋爐汽水一次性通過特性，使超臨界鍋爐動態特性受末端阻力的影響遠比汽包鍋爐大。汽機主汽調門開度發生變化，影響機組功率的同時也直接改變鍋爐出口末端阻力特性，直接改變了鍋爐的被控特性。其特性不但影響了鍋爐的出口壓力，壓力的變化引起給水流量的變化，改變了鍋爐側汽水流程的加熱段，從而導致了各受熱面溫度的變化。

2.3鍋爐燃料擾動對壓力、溫度、功率的影響

燃料量增加擾動時，由于加熱段和蒸發段縮短，鍋爐儲水量減少，在燃燒率擾動后經過一個較短的延遲，蒸汽量會向增加的方向變化；當燃燒率增加時，一開始由于加熱段蒸發段的縮短而使蒸發量增加，也使壓力、功率、溫度增加。燃料量減少擾動，原理相同。

2.4給水擾動對壓力、溫度、功率的影響

給水流量增加擾動，由于加熱段、蒸發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，雖然蒸汽流量增加但壓力和功率還是下降，汽溫經過一段時間的延遲后單調下降，最后穩定在一個較低的溫度上。給水流量減少擾動，依此類推。

2.5超臨界機組的控制策略選擇

機組的變負荷率應滿足鍋爐安全穩定運行的要求。目前制造廠對超臨界直流鍋爐的變負荷率一般限制在1%MCR/分鐘。在滿足機組負荷變化率的要求下，為穩定機組壓力，對超臨界機組來說以機跟爐為基礎的協調控制系統不失是一個好的控制方案。

對于DCS系統控制的大型機組來說，控制系統必須要完成機組的穩定負荷控制、變負荷控制和主要輔機故障工況下的快速減負荷控制。協調控制系統方案建立應以變負荷、變壓力、變溫度的控制特征考慮控制策略。

超臨界機組的基本控制策略是燃燒系統定燃料控制、給水系統定流量控制、溫度采用噴水控制（輔以燃燒器擺角）、汽機調門控制負荷。鍋爐以煤水比控制溫度、燃燒控制壓力。

在低負荷段，主汽壓力變化幅度大，汽機調門、容量風調門均處非線性區，還有低負荷穏燃壓力，控制難度比較大，可以在完善滑壓定值曲線、改變一次總風壓上做點文章。

目前鍋爐的運行中多數不能達到設計煤種的運行要求，并且煤種的變化多樣，因此在眾多的系統設計中考慮了BTU修正。直流鍋爐蓄能較小無法得到類似于汽包鍋爐的熱量信號，因此在直流爐中BTU修正中最多的是采用給水流量對熱值的修正，考慮的基本點是根據設計煤種的熱值，所燃燒的煤量應該產生的熱量與實際煤種產生的熱量的偏差對燃料進行補償。

3 結束語

由于600MW超臨界機組壓力等級高，工作介質剛性提高，動態過程加快，另外直流爐蓄熱能力小，各子系統的相互聯系更加緊密，機爐之間，給水、燃燒、汽溫之間等各系統的控制是一個相互藕合的過程，因此在協調控制系統設計中要統籌全局，合理解藕，采用靜態、動態前饋，引入汽機側壓力拉回回路，鍋爐側加快響應，充分利用鍋爐蓄熱，才能提高機組的負荷適應性和運行穩定性。

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作者簡介：

王先明 男，1976年12月生，山西大同，畢業于華北電力大學動力工程系。中國能源建設集團山西電力建設一公司儀表分公司工程師，主要從事火力發電廠自動化控制技術及自動化儀表技術及管理工作。