超临界650MW的给水优化方案

杨凯元*



超临界650MW的给水优化方案

杨凯元*

（华润电力(常熟)有限公司，江苏常熟，215536）

华润常熟电厂650MW超临界直流炉机组，给水调节中频繁出现振荡超调等现象，通过逻辑优化，采用直接水焓控制策略，通过对给水流量指令之间增加二阶惯性及纯迟延的方式，消除了燃料相对滞后的问题，解决了给水自动振荡的问题，同时取消了一级过热器喷水减温器前后温差修正焓定值逻辑，优化锅炉运行参数，适当提高了中间点焓定值，取得了良好的调节品质，给水调节平稳，与燃料调节相适应。为同类型机组提供经验借鉴。

给水；振荡；逻辑

引言：

650MW超临界直流炉机组在我国火力发电机组中占据重要位置，直流锅炉给水控制方案直接影响锅炉响应速率，优化给水控制是解决锅炉超温问题的关键技术，对锅炉的稳定性至关重要，因此给水优化控制日益引起各发电公司的重视。

1 存在的问题

华润常熟电厂650MW超临界直流炉机组给水控制方案存在主要问题为：

（1）燃料存在较大的惯性和迟延，当中间点焓定值增加时，燃料焓控PID输出增加，机组燃料量增加，中间点焓实际值增加。给水控制系统与协调控制系统存在耦合，实际的调节过程比较复杂。燃料量增加引起汽轮机前蒸汽压力增加，锅炉主控PID输出减少，并最终使燃料量恢复到初始状态，给水流量较初始状态有所减少。燃料校正中间点焓控制器PID参数的调节作用整定作用较弱。由于燃料侧存在很大的惯性和迟延，同时控制作用与压力控制存在耦合，导致实际控制效果不理想。

（2）炉主控输出采用一阶惯性滤波，不能满足水煤动态配比的要求。缺点分析：对于燃料侧，制粉系统存在着巨大的惯性和迟延，迟延时间约为30s，惯性时间为180s；对于水侧，给水流量变化则直接导致锅炉水冷壁内水流量变化，惯性时间不超过30s。导致炉主控输出增加时，给水流量和燃料量变化的同时给水流量影响锅炉汽水侧的焓值和温度，燃料量的影响严重滞后，现象是中间点焓及过热度先下降，然后上升。通过焓差修正给水流量指令，导致给水流量在低负荷时出现振荡的情况。

（3）采用一级过热器喷水减温器前后温差修正焓定值在给水动态工况下往往发挥反向作用，导致动态工况下减温水流量变化剧烈。

（4）原控制系统焓煤控制和焓水控制投入/切除逻辑存在问题，协调投入后不允许焓水控制投入自动。同时焓水控制PID参数整定不合适，控制系统存在明显的振荡现象。

（5）中间点焓采用温度和压力计算，实际中温度采用热电偶测量而压力采用压力变送器测量，热电偶存在明显的热惯性而压力变送器的响应则十分迅速，因此导致焓测量存在动态偏差。

2 改进方案

2.1 改进控制方案主要特点为：

（1）整体方案修改为直接的水控焓方式。即由锅炉主控输出折算出给水流量指令基准值，乘以一修正系数得到给水流量指令，修正系数由给水焓控制输出得到。控制逻辑简明，控制作用直接。

（2）锅炉主控输出对给水流量指令之间增加二阶惯性及纯迟延的方式，用来补偿给水流量与燃料量对中间点焓的动态偏差。消除快速变负荷时中间点焓大幅波动的问题。

（3）不投入一级过热器喷水减温器前后温差修正焓定值逻辑。

（4）修改焓煤控制和焓水控制自动的投入/切除允许逻辑，协调投入后，允许焓水控制投入自动，任何情况下不允许焓煤控制投入自动。对焓水控制PID参数进行整定，保证全工况下系统的控制品质。

（5）对计算中间点焓的分离器压力信号进行滤波处理。

（6）修改炉主控与焓定值非线性对应多点折线函数，整体适当提高中间点焓定值，并进行线性化处理。

（7）针对机组存在的金属壁温超温现象，设计了防超温逻辑。一是对过热度取微分修正给水流量，当过热度存在上升趋势时间增加给水流量；二是当过热度高于一定值且继续上升时，自动增加15t/h的给水流量并持续30s。

2.2 逻辑组态

如图1：

图1 逻辑组态

（1）机组发电负荷估计值除以机组发电负荷实际值得到BTU校正系数，为避免变负荷过程中出现偏差，设计有保持逻辑，即锅炉给水流量、锅炉燃料量、汽轮机高压缸进汽调节门开度、汽轮机排汽压力变化值超过额定值的1%时，将BTU校正系数保持为上一时刻计算值，锅炉给水流量、锅炉燃料量、汽轮机高压缸进汽调节门开度、汽轮机排汽压力稳定后200s后恢复。

（3）为避免各种干扰，BTU校正系数经过大的滤波、限速、限幅处理。正常情况下BTU校正系数被限制在0.95~1.05之间。

（4）BTU校正系数乘以锅炉实际燃料量后，作为燃料主控的反馈信号。

（5）通过能量平衡原则计算锅炉有效吸热量信号。锅炉总热量包括过热蒸汽吸热量、再热蒸汽吸热量。利用汽水流量、出口入口焓值计算。

（6）利用烟气侧参数计算锅炉排烟损失热量、利用氧量和锅炉负荷估算未完全燃烧损失、利用锅炉负荷估算散热损失和未计损失。

（7）锅炉有效吸热量加排烟损失、未完全燃烧损失、散热损失和未计损失后得到锅炉总热量。

（8）锅炉总热量除以总给煤量后得到煤发热量，锅炉有效吸热量除以锅炉总热量得到锅炉效率。

（9）画面上增加计算得到的煤发热量数值，为运行人员调整燃烧提供依据。

（10）画面上增加锅炉效率数值，为运行人员观察设备运行状态提供依据。

3 参数调试

3.1 煤水动态配比逻辑

（1）煤水配比按照常用煤种直接配比，修正中间点焓调节器输出的引入方式，采用乘积形式引入并设置修正系数。

（2）在锅炉主控输出对给水流量计算处加入二阶惯性及纯迟延补偿，惯性时间升/降负荷时分别为40/90秒，纯迟延时间为15秒。

3.2 焓控给水PID参数

（1）中间点焓控制采用给水调节。

（2）控制器Kp基准值由0.9调整为0.5。

（3）控制器Ti基准值由200调整为240。

（4）控制器Td由0调整为20*0.8。

（5）控制器Kp和控制器Ti做变参数，低负荷时调节作用减弱。

3.3 过热度微分逻辑

（1）采用过热度或中间点温度信号微分，微分时间基准值为25*15，补偿中间点焓控制的微分作用，抵消给水流量对过热度的惯性。。

（2）微分增益采用变参数设计，低负荷时微分作用小，抵消对象增益变化，避免金属壁温超温。。

（3）过热度高于30℃且过热度进一步增加时强减20t/h给水，直至过热度开始降低，防止过热度高时过热度进一步增加引起的金属壁温超温

（4）强减给水量变参数，中间点焓计算处压力引入60s。

4 调试效果

4.1 BTU曲线分析

在常用负荷段内进行负荷扰动实验，验证BTU模型准确性。响应曲线如图2至图3，从曲线可以看出跟踪良好，模型具备可替代性。

图2 负荷扰动对比曲线

图3 负荷扰动对比曲线

4.2 中间点焓曲线分析

在常用负荷段内观察中间点焓自动控制投入情况，记录运行曲线如图4至图5。

图4 投入中间点焓控变负荷实验曲线

图5 投入中间点焓控变负荷实验曲线

图6 投入中间点焓控变负荷实验曲线

图7 投入中间点焓控变负荷实验曲线

图4至图7中关键技术指标为：

（1）负荷变化范围：420MW-630MW，即210MW。

（2）过热度：14℃~30℃，修正过热度随负荷变化趋势，实际波动±4℃。

（3）过热汽温变化范围：550℃~562℃。

各项控制指标良好。

5 结束语

通过分析给水自动调节中出现的问题，通过逻辑优化，给水自动各项调节指标良好，达到了给水自动调节要求，保障了机组的安全稳定运行。

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Water Supply Optimization Scheme for Supercritical 650MW

YANG Kaiyuan*

(Huarun power (Changshu) Co., Ltd. Jiangsu Changshu, 215536, China)

Huarun Changshu power plant 650MW supercritical boiler feedwater control of frequent oscillation overshoot phenomenon, through logic optimization, using the direct water enthalpy control strategy by adding two order inertia and pure delay between the water flow instructions. Fuel lag problem is solved, the problem of the feed water automatic the oscillation problem, but canceled the thermostat before and after temperature correction enthalpy value reduction logic level optimization of boiler superheater spray, operating parameters, improve the appropriate intermediate point enthalpy value, better control quality, water supply regulation stable, compatible with fuel control. Provide experience for the same type of unit.

Water supply; Oscillating; Ligic

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2018.01.060

TK223

A

1672-9129(2018)01-0149-03

杨凯元. 超临界650MW的给水优化方案[J]. 数码设计, 2018, 7(1): 149-151.

YANG Kaiyuan. Water Supply Optimization Scheme for Supercritical 650MW[J]. Peak Data Science, 2018, 7(1): 149-151.

2017-11-03；

2017-12-15。

杨凯元（1983-）男，热控工程师，研究方向：自动控制。E-mail:YANGKAIYUAN5@crpower.com.cn