王嘉毅

【摘 要】東方1000MW超超臨界鍋爐引進(jìn)日立技術(shù)，采用煤跟水的協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)，通過(guò)水燃比控制對(duì)鍋爐負(fù)荷指令產(chǎn)生的基本燃料指令進(jìn)行補(bǔ)償，產(chǎn)生燃燒率指令。根據(jù)水燃比在機(jī)組不同運(yùn)行階段的不同控制方式，對(duì)其結(jié)構(gòu)和各控制對(duì)象進(jìn)行分析，著重介紹干態(tài)運(yùn)行下水燃比對(duì)中間點(diǎn)溫度的控制，以及現(xiàn)場(chǎng)投用效果。

【關(guān)鍵詞】東方鍋爐 超超臨界機(jī)組 水燃比控制 中間點(diǎn)溫度

【Abstract】Dongfang 1000MW ultra supercritical boiler introduction of BHK technology， use coal follow water in coordination？control strategy. FW/FR ratio control compensate basic fuel program from boiler input demand， generate the firing rate demand. Based on the different strategy of FW/FR ratio control in different operational states， analyze its structure and control object， focus on intermediate point temperature control in one-through mode and application effect.

【Key words】Dongfang boiler， ultra supercritical unit， FW/FR ratio control， intermediate point temperature

東方鍋爐廠引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)的1000MW超超臨界參數(shù)、變壓直流鍋爐，采用對(duì)沖燃燒方式、∏型結(jié)構(gòu)布置。其控制原理屬于日系流派，采用煤跟水的協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)。水燃比控制通過(guò)對(duì)鍋爐負(fù)荷指令產(chǎn)生的基本燃料指令進(jìn)行補(bǔ)償，動(dòng)態(tài)保持燃燒率與給水之間的平衡關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)組各運(yùn)行階段的不同控制功能。

1 水燃比控制結(jié)構(gòu)

燃料主控的基本燃料量指令由鍋爐負(fù)荷指令產(chǎn)生，通過(guò)水燃比控制輸出和機(jī)組變負(fù)荷時(shí)有效的鍋爐動(dòng)態(tài)加速指令（BIR）對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，經(jīng)過(guò)水-煤交叉、風(fēng)-煤交叉限制及BTU修正，產(chǎn)生最終的燃燒率指令，如下圖1 所示：

水燃比主控在機(jī)組不同運(yùn)行階段下分別具有分離器入口升溫控制、爐膛排煙溫度控制、主汽壓力控制和中間點(diǎn)溫度控制的功能。當(dāng)燃料主控手動(dòng)時(shí)，水燃比主控跟蹤基本燃料指令與總?cè)剂狭康钠?，使燃料主控在切換自動(dòng)時(shí)無(wú)擾。當(dāng)燃料主控自動(dòng)、水燃比主控手動(dòng)時(shí)，由于煤跟水的協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)，給水指令基本維持鍋爐負(fù)荷指令對(duì)應(yīng)的給水流量，水燃比主控可以作為燃料的偏置器，手動(dòng)調(diào)整燃燒率與給水之間的比值。當(dāng)燃料主控和水燃比主控都在自動(dòng)時(shí)，水燃比主控根據(jù)當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，選擇不同控制對(duì)象，通過(guò)修正燃料指令，自動(dòng)調(diào)整燃燒率與給水之間的比值，使其達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。水燃比主控各階段控制功能如下圖2 所示：

2 濕態(tài)水燃比控制

2.1 分離器入口升溫控制

在機(jī)組啟動(dòng)階段，當(dāng)鍋爐點(diǎn)火且主汽壓力小于沖轉(zhuǎn)壓力時(shí)，若水燃比主控自動(dòng)，則分離器入口升溫控制有效。根據(jù)分離器入口溫度對(duì)應(yīng)的函數(shù)，溫度較低時(shí)對(duì)燃料指令進(jìn)行負(fù)方向修正，隨著溫度升高修正量逐漸歸零，達(dá)到控制分離器入口溫升率的目的。當(dāng)鍋爐升壓至沖轉(zhuǎn)壓力時(shí)，分離器入口升溫控制結(jié)束。

2.2 爐膛排煙溫度控制

在主汽壓力達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力且機(jī)組并網(wǎng)之前，若水燃比主控自動(dòng)，則爐膛排煙溫度控制器有效，其目的是為了在機(jī)組啟動(dòng)階段防止燃料過(guò)量使再熱蒸汽管超溫。爐膛排煙溫度控制器是一個(gè)PI控制器，當(dāng)爐膛出口煙氣溫度超過(guò)最大設(shè)定值時(shí)，對(duì)燃料指令進(jìn)行負(fù)方向修正，最大修正量為5t/h。機(jī)組并網(wǎng)后，爐膛排煙溫度控制結(jié)束。

2.3 Standby mode

機(jī)組并網(wǎng)至旁路全關(guān)之前，此時(shí)汽機(jī)手動(dòng)控制負(fù)荷，主汽壓力由旁路控制。為保證汽機(jī)全進(jìn)汽，一般對(duì)燃料的操作是維持不變，因此在此期間水燃比無(wú)實(shí)際控制對(duì)象，不論水燃比主控在自動(dòng)或手動(dòng)，都處于跟蹤狀態(tài)，跟蹤基本燃料指令與總?cè)剂狭康钠睢?/p>

2.4 主汽壓力控制

當(dāng)旁路全關(guān)，汽機(jī)全進(jìn)汽至機(jī)組進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行前，若汽機(jī)依然維持負(fù)荷控制，須由鍋爐控制主汽壓力，則水燃比切換至主汽壓力PI控制器。原因是當(dāng)鍋爐處于濕態(tài)循環(huán)運(yùn)行方式時(shí)，主汽壓力是單由燃料量的多少來(lái)決定的，燃料量的增減直接影響分離器的蒸發(fā)量；此時(shí)改變給水流量只會(huì)影響分離器儲(chǔ)水箱的液位，不會(huì)影響主汽壓力（同汽包爐）。因此，在這種工況下，水燃比主控通過(guò)燃料量控制主汽壓力，直至機(jī)組進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行結(jié)束。

3 干態(tài)水燃比控制（中間點(diǎn)溫度控制）

超超臨界鍋爐在直流工況下是一個(gè)多輸入、多輸出的被控對(duì)象，沒(méi)有汽包環(huán)節(jié)，在不同運(yùn)行工況下，其加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和過(guò)熱區(qū)之間的界限是變動(dòng)的。為了維持汽水行程中各點(diǎn)的溫度、濕度及各區(qū)段的位置在規(guī)定的范圍內(nèi)，要求控制系統(tǒng)嚴(yán)格地保持燃燒率與給水之間的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。因此，將反映燃料和水關(guān)系變化最靈敏的地方稱(chēng)之為中間點(diǎn)溫度，鍋爐運(yùn)行中將中間點(diǎn)溫度控制在一定范圍內(nèi)，就可以認(rèn)為鍋爐汽水系統(tǒng)中的相變點(diǎn)界面被基本固定住，從而達(dá)到了使燃料和水保持一定比值關(guān)系的目的，也保證了過(guò)熱汽溫在可控范圍內(nèi)。

3.1 屏過(guò)出口溫度控制

根據(jù)東鍋1000MW超超臨界鍋爐控制說(shuō)明，選取與以往不同的屏過(guò)出口溫度作為中間點(diǎn)溫度，在調(diào)試和運(yùn)行過(guò)程中也驗(yàn)證了該點(diǎn)對(duì)燃料的響應(yīng)最為靈敏。下圖3 為東鍋1000MW超超臨界鍋爐主蒸汽系統(tǒng)過(guò)程控制畫(huà)面。

屏過(guò)出口溫度設(shè)定值由負(fù)荷指令MWD產(chǎn)生，其與實(shí)際屏過(guò)出口溫度的偏差被送至積分控制器，同時(shí)把溫度偏差作為積分控制器的輸出前饋，即比例環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)分開(kāi)，這樣做是為了在變負(fù)荷或水燃比超馳動(dòng)作時(shí)，閉鎖積分器的增減，防止水燃比控制反向作用和積分飽和。由于在不同負(fù)荷下過(guò)熱蒸汽的壓力不同，改變同樣蒸汽溫度所需要吸收和放出的能量也不同，因此通過(guò)蒸汽比熱容對(duì)比例增益和積分時(shí)間常數(shù)進(jìn)行修正。屏過(guò)出口溫度控制輸出由此比例+積分產(chǎn)生。

3.2 水燃比溫度控制前饋

為了保證各受熱面溫度和過(guò)熱器噴水流量在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，將上游頂棚出口溫度偏差和過(guò)熱器總噴水流量控制偏差的比例控制作為前饋加在屏過(guò)出口溫度控制的比例環(huán)節(jié)上，協(xié)助過(guò)熱器噴水流量控制，形成最終的水燃比中間點(diǎn)溫度控制輸出，其原理如下圖4 所示：

3.3 水燃比超馳控制

在機(jī)組進(jìn)入干態(tài)以后，為了防止頂棚出口過(guò)熱度過(guò)高或過(guò)低，在控制系統(tǒng)中設(shè)置了根據(jù)分離器出口壓力產(chǎn)生的頂棚出口溫度上限和下限的函數(shù)，當(dāng)頂棚出口溫度超過(guò)該上限或下限時(shí)，水燃比按比例超馳減少或增加燃料，最大超馳量±6t/h（Oil base），同時(shí)閉鎖屏過(guò)出口溫度控制的積分環(huán)節(jié)。

3.4 水燃比溫度控制與過(guò)熱器減溫水控制的協(xié)調(diào)

由于屏過(guò)出口溫度作為中間點(diǎn)由水燃比控制，因此過(guò)熱器一級(jí)噴水只需要單回路控制，根據(jù)東鍋1000MW超超臨界鍋爐控制說(shuō)明，過(guò)熱器一級(jí)噴水控制一級(jí)噴水流量，保證其在各負(fù)荷段基本保持在設(shè)計(jì)流量，并通過(guò)各受熱面（頂棚出口、低過(guò)出口、屏過(guò)進(jìn)口、屏過(guò)出口）溫度的偏差對(duì)流量設(shè)定進(jìn)行修正。過(guò)熱器二級(jí)噴水仍采用常規(guī)串級(jí)調(diào)節(jié)，精確控制主汽溫度。下圖5 為國(guó)電漢川電廠5號(hào)1000MW機(jī)組水燃比控制曲線(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

東方1000MW超超臨界鍋爐水燃比控制結(jié)合其協(xié)調(diào)控制方案在控制理念上突出機(jī)組全程控制的思想，這就對(duì)機(jī)組自動(dòng)化控制水平和設(shè)備可靠性提出了更高的要求。其在過(guò)熱汽溫的控制上講求全系的兼顧，因此在調(diào)試過(guò)程中尤其需要注意各控制偏差的權(quán)重分配及水燃比與噴水減溫的協(xié)調(diào)，保證汽溫控制的穩(wěn)定。同時(shí)，在調(diào)試和運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)屏過(guò)出口溫度的變化可以視作主汽壓力變化的前饋，中間點(diǎn)溫度的穩(wěn)定，也利于主汽壓力控制的穩(wěn)定；但是通過(guò)燃料調(diào)節(jié)汽溫，其慣性時(shí)間較長(zhǎng)，還受爐膛配風(fēng)、吹灰狀況及煤質(zhì)變化等燃燒工況的影響，這也是造成東鍋煤跟水的控制方案有利于汽壓控制、不利于汽溫控制的原因之一。

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