1000MW超超临界机组自动控制策略探讨

　　摘 要：本文主要分析超超临界直流锅炉和汽包锅炉控制方式的不同点，重点分析了直流锅炉给水控制策略;燃烧控制策略及协调控制策略。

　　关键词：超超临界直流炉,水煤比控制,给水控制系统,协调控制

　　概述

　　华能沁北电厂三期2×1000MW超超临界机组锅炉为超超临界参数，变压直流炉、对冲燃烧方式、固态排渣、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、全钢构架。汽轮机为哈尔滨汽轮机厂制造的超超临界凝汽式汽轮机，采用一次中间再热、单轴、四缸、四排气、48级(高压II+9级、中压2×7级、低压4×6级)、八段抽汽结构。DCS和DEH控制系统均采用美国EMERSON 公司的OVATION系统，构成一体化的控制。直流锅炉的燃烧自动、给水自动、协调系统相互作用影响，而给水自动控制是核心。

　　1直流锅炉和汽包锅炉控制方式的不同点

　　由图一、二可知：汽包锅炉汽包水位是汽水分界界面，它依靠汽水的重度差而形成自然循环来推动受热面内工质的流动，通过主汽流量，给水流量、汽包水位三冲量调节控制锅炉给水流量，维持汽包水位在合理范围内，既保证了锅炉锅内水自然循环，又使给水流量随时适应主汽流量的变化，满足机组及电网负荷变化的需要。锅炉启动过程中由于主汽流量和给水流量测量信号尚未建立，所以用单冲量调节方式控制给水流量。燃料的燃烧控制由协调控制中生成的锅炉主控指令分别控制给煤、引风、送风、一次风等燃烧调节系统。给水和燃烧调节保持各自的独立回路;根据水--蒸汽性质，超临界以上锅炉在超过临界点后，汽水系统只存在水相和汽相两种状态，而水、汽混合的两相流动状态已不存在，为此，超临界以上锅炉必须要采用直流炉运行。 锅炉在直流状态运行时，汽水通道中的加热区、蒸发区、过热区三部分之间并没有固定的界线，当给水流量、送风量、燃料量和机组负荷有相应扰动时，此三个区段就会发生移动。

　　2水煤比控制策略

　　直流锅炉的核心控制就是给水和燃料的配比控制，当锅炉进入干态运行方式后，机组按照滑压方式(复合变压)运行时，只要将分离器入口蒸汽的过热度控制在设计值上，就可以将锅炉汽水分界面控制在设计值上，分离器入口蒸汽的过热度是指分离器入口温度与分离器压力对应的饱和温度偏差。直流锅炉给水和燃料的配比采用以锅炉主控的输出通过两个不同的折线函数，同时形成给水流量和燃料量的设定。同时对于水煤比控制的输出，为修正给水流量和燃料量的配比，可以修正给水流量的设定或修正燃料量的设定，也可以按照控制的要求依次修正给水流量和燃料量的设定。控制好水煤比的关键是合理的机组滑压曲线选择及锅炉主控控制主汽压力偏差的调节品质。主汽压力的波动会影响分离器压力的波动，从而影响水煤比的调节效果。

　　3给水控制策略

　　当直流锅炉运行在湿态方式时，汽水分离器起到汽水分离的作用，控制上基本可以把它看为一个汽包锅炉。这时的给水控制系统的任务就是保持锅炉最小给水流量不变。机组在启动过程中，省煤器入口流量来自两路，再循环流量和给水旁路流量，再循环流量的设定来自分离器水位，旁路阀流量阀用于维持给水流量的设定(在湿态过程中)，此时的给水泵在自动状态，来维持给水操作台前后的差压，当给水主阀全开后，汽泵开始给水流量的控制。超临界以上直流炉干态的给水控制与汽包炉不同，给水的需求信号主要根据总燃料量来决定。锅炉主控输出决定的给水流量，并由锅炉给水流量设定的折线函数修正作为前馈，加上水煤比过热度的调节输出作为锅炉给水流量的修正。

　　4协调控制策略

　　直流锅炉在正常运行时不存在汽包，从能量平衡的角度考虑，协调控制系统只能以间接能量平衡的方式来控制、采用煤跟水、炉跟机的协调控制方式，间接能量平衡是以机前压力的偏差来衡量机炉能量的平衡性，煤跟水是指锅炉负荷在手动时跟踪给水流量转换的负荷，在给水手动、燃料主控投入自动后，改变给水流量时，燃料量跟着变化，通过修正燃料量来维持给水与燃料的配比关系。在过热度偏差较大时投入对给水设定的修正，在偏差小时调节器输出不进行修正。炉跟机协调方式指锅炉控制主汽压力来维持锅炉与汽机的能量平衡，汽机调节负荷，与电网负荷要求相适应。具体控制策略见图三，机组协调控制及主要子系统控制简图。

　　在直流锅炉中，为了保证锅炉燃烧的安全性和经济性，控制系统设计了燃料量和锅炉总风量、给水量与燃料量之间的交叉限制。

　　(1)风煤交叉限制：根据当前实际的燃料量(经系数修正后)，经过折线函数给出当前总风量指令的下限;根据当前的总风量，经过折线函数给出燃料指令的上限，以确保任何工况下都有足够的风量，保证进入炉膛的燃料充分燃烧。风煤交叉限制功能是考虑燃烧过程中“富风”的控制策略，在实际燃料与设定燃料取大值后作为风量的设定，保证在任何工况下的总风量设定都不小于燃料量的需求。但为了保证锅炉的热效率，通常对风量的设定增加氧量校正。对燃料量的设定是考虑总风量对燃料量设定及给水流量对燃料量设定取小值后形成，以确保锅炉的安全运行。

　　(2)煤水交叉限制：当锅炉进入干态运行时，为了防止给水与燃料出现失调现象，控制系统采用煤水交叉限制，根据当前实际的燃料量(经系数修正后)给出给水流量的最大值和最小值，使得给水流量指令在上下限之内，一旦出现特殊工况，交叉限制功能就能将给水流量自动控制在合理范围内，另外根据当前实际的给水流量给出燃料量指令的最大值，以防止锅炉受热面超温。

　　5.结束语

　　以上是根据华能沁北电厂三期5号机组逻辑图分析出的自动控制策略，该系统自动控制策略将在不同机组调试、试运、生产中不断完善，该机组为超超临界1000WM燃煤汽轮发电机组之一，该机组一次通过168小时满负荷试运行，充分考验了协调控制系统及各个子系统控制策略的合理性，并经过了实践验证，该机组的自动控制策略对同类机组的调试和生产具有一定的借鉴作用，为今后新疆境内超临界以上机组的调试及生产运行打下了坚实的基础。