论600 MW 超临界机组协调控制策略

摘要：600MW超临界机组压力等级高，工作介质刚性提高，动态过程加快，另外直流炉蓄热能力小，各子系统的相互联系更加紧密，在协调控制系统设计中要统筹全局，合理解藕，采用静态、动态前馈，引入汽机侧压力拉回回路，锅炉侧加快响应，充分利用锅炉蓄热，才能提高机组的负荷适应性和运行稳定性。

关键词： 超临界机组 协调控制策略 耦合

超临界发电技术是一种高效、环保、可靠的发电技术，煤耗低，污染物排污量少；超临界机组控制技术是超临界发电技术中的重要一环，与机组的安全、稳定、经济的运行密切相关。研究和掌握大型超临界机组的动态特性，改进和优化超临界机组的控制策略，促进超临界机组的一些关键控制技术的提高，对提升我国超临界机组的自动化水平、促进节能降耗具有重要意义。

1 600 MW 超临界机组控制对象的主要特点

600 MW 超临界机组已经成为我国电力行业的主力机组，超临界机组的直流运行特性、变参数的运行方式 、多变量的控制特点 ，与亚临界汽包炉比较在控制上具有很大的特殊性。

1. 1 直流锅炉汽水系统的主要特点

强制循环直流锅炉的工质从水变成为过热蒸汽的加热流动完全靠给水泵的压力来驱动。

1.1.1各受热面的大小没有固定的界限

当锅炉的给水流量或燃烧率改变时，各个受热面的分界就发生移动。例如当燃烧率增加时，蒸发段与过热段之间的分界向前移动 （加热、蒸发段缩短，过热段伸长）；当给水流量增加时，蒸发段与过热段之间的分界则向后移动。由于受热面界限的变化，锅炉的蒸发量和过热蒸汽温度发生很大的变化。给水流量不变而燃烧率增加时，由于蒸发所需的热量不变，因而加热和蒸发的受热面缩短，过热受热面增加，所增加的燃烧热量 全部用于使蒸汽过热，汽温将急剧上升。

1. 1 .2 蓄热量小。

由于直流锅炉的蓄热量小，所以直流锅炉在外界负荷发生改变时，其主汽压力的波动要比汽包锅炉剧烈的多，这给自动控制带来了巨大的困难。但在主动变负荷时，由于直流炉的热惯性小，其蒸汽流量变化迅速，所以它的负荷响应比汽包锅炉快，有利于机组的调峰。

1.2超临界机组的启动特点

直流炉与汽包炉最大的不同点在启动系统上。汽包炉的启动系统主要是指机组的旁路控制系统，直流炉的啟动系统除包括上述的压力调整功能外，还要完成湿态和干态之间的转换。

在湿态运行过程中锅炉的主要控制参数是分离器水位和维持启动给水流量，在干态运行过程中锅炉的控制的主要任务是锅炉受热面温度控制和控制煤水比稳定；在湿干态转换中可能会发生蒸汽温度的变化，故在此转换过程中必须尽量保证各受热面蒸汽温度的平稳。

1.3双进双出正压直吹式制粉系统的特点

双进双出正压直吹式制粉系统煤种适用范围广，灵活性高。可根据锅炉负荷要求，实现双进双出、单进双出或半磨运行三种工况；其出力的调节是由一次风量决定，有利于实现燃水比的自动、精确控制调节；其运行工况直接影响锅炉的燃烧工况； 尤其是制粉系统启停对锅炉稳定运行和机组负荷响应造成比较大的影响。

2超临界机组协调控制策略

作为实现机组安全经济运行目标的有效手段，自动控制系统的作用日益重要，功能也日益复杂，担负着机组主、辅机的负荷控制、参数调节、联锁保护、参数显示、异常报警、性能计算等重要功能和降低运行值班员劳动强度，成为大型火电机组运行必不可少的组成部分。

2.1超临界机组控制特点之一在于非线性耦合

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，从而导致功率、压力、温度的变化。直流锅炉控制系统是一个三输入三输出并具有相互耦合关联极强的特性。

2.2汽机扰动对锅炉的耦合特性

直流锅炉汽水一次性通过特性，使超临界锅炉动态特性受末端阻力的影响远比汽包锅炉大。汽机主汽调门开度发生变化，影响机组功率的同时也直接改变锅炉出口末端阻力特性，直接改变了锅炉的被控特性。其特性不但影响了锅炉的出口压力，压力的变化引起给水流量的变化，改变了锅炉侧汽水流程的加热段，从而导致了各受热面温度的变化。

2.3锅炉燃料扰动对压力、温度、功率的影响

燃料量增加扰动时，由于加热段和蒸发段缩短，锅炉储水量减少，在燃烧率扰动后经过一个较短的延迟，蒸汽量会向增加的方向变化；当燃烧率增加时，一开始由于加热段蒸发段的缩短而使蒸发量增加，也使压力、功率、温度增加。燃料量减少扰动，原理相同。

2.4给水扰动对压力、温度、功率的影响

给水流量增加扰动，由于加热段、蒸发段延长而推出一部分蒸汽，因此开始压力和功率是增加的，但由于过热段缩短使汽温下降，虽然蒸汽流量增加但压力和功率还是下降，汽温经过一段时间的延迟后单调下降，最后稳定在一个较低的温度上。给水流量减少扰动，依此类推。

2.5超临界机组的控制策略选择

机组的变负荷率应满足锅炉安全稳定运行的要求。目前制造厂对超临界直流锅炉的变负荷率一般限制在1%MCR/分钟。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、变负荷控制和主要辅机故障工况下的快速减负荷控制。协调控制系统方案建立应以变负荷、变压力、变温度的控制特征考虑控制策略。

超临界机组的基本控制策略是燃烧系统定燃料控制、给水系统定流量控制、温度采用喷水控制（辅以燃烧器摆角）、汽机调门控制负荷。锅炉以煤水比控制温度、燃烧控制压力。

在低负荷段，主汽压力变化幅度大，汽机调门、容量风调门均处非线性区，还有低负荷穏燃压力，控制难度比较大，可以在完善滑压定值曲线、改变一次总风压上做点文章。

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。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给水流量对热值的修正，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。

3 结束语

由于600MW超临界机组压力等级高，工作介质刚性提高，动态过程加快，另外直流炉蓄热能力小，各子系统的相互联系更加紧密，机炉之间，给水、燃烧、汽温之间等各系统的控制是一个相互藕合的过程，因此在协调控制系统设计中要统筹全局，合理解藕，采用静态、动态前馈，引入汽机侧压力拉回回路，锅炉侧加快响应，充分利用锅炉蓄热，才能提高机组的负荷适应性和运行稳定性。

参考文献：

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[2]钱庆生.600MW超临界机组控制系统特点与协调控制策略[J].热电技术.2008.02.

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[4]张朝阳，李卫华，宋兆星.600MW超临界直流炉机组协调控制系统策略[J].华北电力技术.2007.01.

作者简介：

王先明 男，1976年12月生，山西大同，毕业于华北电力大学动力工程系。中国能源建设集团山西电力建设一公司仪表分公司工程师，主要从事火力发电厂自动化控制技术及自动化仪表技术及管理工作。