600MW超临界直流炉机组控制_ppt课件

1、追求卓越追求卓越技术第一技术第一Power Generation l IT Power Solutions华北电科院有限责任公司热控技术研究所华北电科院有限责任公司热控技术研究所n600MW超临界直流炉n机组控制特性分析追求卓越追求卓越技术第一技术第一Power Generation l IT Power Solutions华北电科院有限责任公司热控技术研究所华北电科院有限责任公司热控技术研究所600MW超临界直流炉机组超临界直流炉机组控制特性分析控制特性分析n华北电科院有限责任公司n热控技术研讨所n王玉山600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Gener

2、ation l IT Power Solutions 3 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所一、国际上超临界机组的现状一、国际上超临界机组的现状n 我国一次能源以煤炭为主，火力发电占总发电量的我国一次能源以煤炭为主，火力发电占总发电量的75%75%n 全国平均煤耗为全国平均煤耗为394g/(kWh)394g/(kWh)，较兴隆国家高，较兴隆国家高6080g6080g，年均多耗煤，年均多耗煤60006000万吨，不万吨，不n仅浪费能源，而且呵斥了严重的环境污染，烟尘，仅浪费能源，而且呵斥了严重的环境污染，烟尘，SOx,NOx,CO2SOx,NOx,CO2的排放量大大添的排放

3、量大大添加加n 火电机组随着蒸汽参数的提高，效率相应地提高火电机组随着蒸汽参数的提高，效率相应地提高n亚临界机组亚临界机组(17MPa,538/538 )(17MPa,538/538 )净效率约为净效率约为3738%3738%煤耗煤耗330340g330340gn超临界机组超临界机组(24MPa,538/538 )(24MPa,538/538 )净效率约为净效率约为4041%4041%煤耗煤耗310320g310320gn超超临界机组超超临界机组(30MPa,566/566 )(30MPa,566/566 )净效率约为净效率约为4445%4445%煤耗煤耗290300g290300gn由于效率

4、的提高，污染物排量也相应减少，经济效益十清楚显。由于效率的提高，污染物排量也相应减少，经济效益十清楚显。n 1957 1957年美国投运第一台超临界实验机组，截止年美国投运第一台超临界实验机组，截止19861986年共年共166166台超临界机组投台超临界机组投n运，其中运，其中800MW800MW以上的有以上的有107107台，包括台，包括9 9台台1300MW1300MW。n 1963 1963年原苏联投运第一台超临界年原苏联投运第一台超临界300MW300MW机组，截止机组，截止19851985年共年共187187台超临界机组投台超临界机组投n运，包括运，包括300MW,500MW,80

5、0MW300MW,500MW,800MW，1200MW1200MW。n 1967 1967年日本从美国引进第一台超临界年日本从美国引进第一台超临界600MW600MW机组，截止机组，截止19841984年共年共7373台超临界机组台超临界机组n 投运，其中投运，其中3131台台600MW, 9600MW, 9台台700MW700MW，5 5台台1000MW1000MW，在新增机组中超临界占，在新增机组中超临界占80%80%。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 4 王玉山 华北电科院热控技术

6、研究所华北电科院热控技术研究所二、目前超临界机组的开展方向二、目前超临界机组的开展方向n 90 90年代，日本投运的超临界机组蒸汽温度逐渐由年代，日本投运的超临界机组蒸汽温度逐渐由538/566 538/566 提高到提高到538/593 538/593 ，n566/593 566/593 及及600/600 600/600 ，蒸汽压力坚持在，蒸汽压力坚持在2425MPa2425MPa，容量以，容量以1000MW1000MW为多，参数为多，参数为为31MPa,566/56631MPa,566/566的两台的两台700MW700MW燃气机组于燃气机组于19891989年和年和19901990年在

7、川越电厂投产。目前年在川越电厂投产。目前正在研讨参数为正在研讨参数为34.3MPa,649/59334.3MPa,649/593及及34.3MPa,649/59334.3MPa,649/593的机组。的机组。n 欧洲超临界机组参数多为欧洲超临界机组参数多为25MPa,540/54025MPa,540/540，机组容量中等，机组容量中等，440600MW440600MW。德国。德国n两台两台900MW900MW机组于机组于20192019年投产；年投产；20192019年投运的丹麦一台参数为年投运的丹麦一台参数为28.5MPa,580/580/58028.5MPa,580/580/580的二次中

8、间再热，的二次中间再热， 411MW 411MW机组的净效率到达了机组的净效率到达了4747是目前世是目前世界上效率最高的超临界火电机组。界上效率最高的超临界火电机组。n欧盟制定了欧盟制定了“THERMIETHERMIE700700先进燃煤火电机组开展方案，结合欧洲先进燃煤火电机组开展方案，结合欧洲4040家公司于家公司于20192019年开场，方案用年开场，方案用1717年时间开发年时间开发35MPa,700/720/35MPa,700/720/720720的超超临界机组，其净的超超临界机组，其净效率到达效率到达50%50%以上。以上。n 美国电力科学院美国电力科学院EPRIEPRI从从19

9、861986年起不断努力开发年起不断努力开发32MPa,593/593/59332MPa,593/593/593的带中的带中n间负荷的燃煤火电机组。间负荷的燃煤火电机组。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 5 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所二、国内二、国内500及以上超临界直流炉机组投运情况及以上超临界直流炉机组投运情况n 我国自我国自8080年代后期开场注重开展超临界火电机组，国家确定以河南沁北电厂作年代后期开场注重开展超临界火电机组，国家确定以河南沁北电厂作n

10、为国产化依托，将超超临界发电技术列为国家高技术开展方案，方案开发为国产化依托，将超超临界发电技术列为国家高技术开展方案，方案开发30MPa,600/60030MPa,600/600，600MW600MW以上的超超临界机组，供电效率达以上的超超临界机组，供电效率达434345% 45% 。n 我国前期的超临界机组多为从原苏联直接引进，如营口，盘山，伊敏，绥中等我国前期的超临界机组多为从原苏联直接引进，如营口，盘山，伊敏，绥中等n厂，机组运转方式均以定压运转为主，后期主要以从欧洲引进技术的滑压运转机厂，机组运转方式均以定压运转为主，后期主要以从欧洲引进技术的滑压运转机组组 目前国内已投运的目前国内

11、已投运的500MW500MW及以上超临界直流炉机组及以上超临界直流炉机组机机 组组机组容量机组容量投产时间投产时间备备 注注国华盘山国华盘山#1,2500MW2019俄供定压运行俄供定压运行伊敏电厂伊敏电厂#1,2500MW2019俄供定压运行俄供定压运行国华绥中国华绥中#1,2800MW2019俄供定压运行俄供定压运行石洞口二期石洞口二期#1,2600MW1991/1992欧供滑压运行欧供滑压运行外高桥二期外高桥二期#1,2900MW2019欧供滑压运行欧供滑压运行华能沁北华能沁北#1,2600MW2019欧供滑压运行欧供滑压运行常熟电厂常熟电厂#1,2600MW2019欧供滑压运行欧供滑压

12、运行600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 6 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所三、超临界直流炉的控制特点启动系统三、超临界直流炉的控制特点启动系统n实际上以为：在临界点实际上以为：在临界点22.129MPa、温度、温度374，水的汽化会在一瞬间完成，即在临，水的汽化会在一瞬间完成，即在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在，两者的参数不再有区别。界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在，两者的参数不再有区别。由于在临界参数下汽水密度相等

13、，因此在临界压力下无法维持自然循环，不能再采用汽包由于在临界参数下汽水密度相等，因此在临界压力下无法维持自然循环，不能再采用汽包锅炉，直流炉成为独一的型式。锅炉，直流炉成为独一的型式。n 超临界锅炉与亚临界自然循环锅炉的构造和任务原理不同，启动方法也有较大的差别，超临界锅炉与亚临界自然循环锅炉的构造和任务原理不同，启动方法也有较大的差别，n 超临界锅炉与自然循环锅炉相比，有以下的启动特点：超临界锅炉与自然循环锅炉相比，有以下的启动特点：n设置专门的启动旁路系统设置专门的启动旁路系统n直流锅炉在锅炉点火前就必需不延续的向锅炉进水，建立足够的启动流量，以保证给水延直流锅炉在锅炉点火前就必需不延续的

14、向锅炉进水，建立足够的启动流量，以保证给水延续不断的强迫流经受热面，使其得到冷却。为防止低温蒸汽送入汽轮机后凝结，呵斥汽轮机续不断的强迫流经受热面，使其得到冷却。为防止低温蒸汽送入汽轮机后凝结，呵斥汽轮机的水冲击，直流炉需求设置专门的启动旁路系统来排除这些不合格的工质。的水冲击，直流炉需求设置专门的启动旁路系统来排除这些不合格的工质。n配置汽水分别器和疏水回收系统配置汽水分别器和疏水回收系统n 低于本生流量时，给水流量要坚持恒定。因此在本生负荷下超临界锅炉需求设低于本生流量时，给水流量要坚持恒定。因此在本生负荷下超临界锅炉需求设置汽水置汽水n 分别器和疏水回收系统。分别器和疏水回收系统。n启动

15、前锅炉要建立启动压力和启动流量启动前锅炉要建立启动压力和启动流量n 超临界直流炉，由于锅炉的蓄质和蓄热量小，因此负荷调理的灵敏性好，可实现快速超临界直流炉，由于锅炉的蓄质和蓄热量小，因此负荷调理的灵敏性好，可实现快速n 启、停和调理负荷。启、停和调理负荷。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 7 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所三、超临界直流炉的控制特点滑压运转三、超临界直流炉的控制特点滑压运转n现代超临界锅炉的重要特点是变压运转现代超临界锅炉的重要特点是变压运转n

16、现代超临界机组采用复合变压运转的方式，即在高负荷及低负荷区，现代超临界机组采用复合变压运转的方式，即在高负荷及低负荷区，负荷调理采用改动汽轮机调理阀开度的方式，而蒸汽压力坚持不变；在中间负负荷调理采用改动汽轮机调理阀开度的方式，而蒸汽压力坚持不变；在中间负荷范围，采用变压运转，用改动锅炉主蒸汽压力的方式调理负荷。荷范围，采用变压运转，用改动锅炉主蒸汽压力的方式调理负荷。 如上海石洞口二厂如上海石洞口二厂600MW机组滑压曲线机组滑压曲线 如上海外高桥二厂如上海外高桥二厂900MW机组滑压曲线机组滑压曲线自然滑压曲线修正滑压曲线滑压运转较定压运转的相对效率要高滑压运转较定压运转的相对效率要高26

17、00MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 8 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所三、超临界直流炉的控制特点启动系统三、超临界直流炉的控制特点启动系统n剧烈的非线性是超临界机组又一主要特征剧烈的非线性是超临界机组又一主要特征n超临界机组采用超临界参数的蒸汽超临界机组采用超临界参数的蒸汽,其机组的运转方式采用滑参数运转，机组在大范其机组的运转方式采用滑参数运转，机组在大范围的变负荷运转中，压力运转围的变负荷运转中，压力运转10MPa25MPa.之间。超临界机组实践运转在超临界之间

18、。超临界机组实践运转在超临界和亚临界两种工况下，在亚临界运转工况给水具有加热段、蒸发段与过热段三大部分，和亚临界两种工况下，在亚临界运转工况给水具有加热段、蒸发段与过热段三大部分，在超临界运转工况汽水的密度一样，水在瞬间转化为蒸汽，因此在超临界运转方式和在超临界运转工况汽水的密度一样，水在瞬间转化为蒸汽，因此在超临界运转方式和亚临界运转方式机组具有完全不同的控制特性，是复杂多变的被控对象。亚临界运转方式机组具有完全不同的控制特性，是复杂多变的被控对象。超临界机组是被控特性复杂多变的对象，随着机组负荷的变化，机组的动态特超临界机组是被控特性复杂多变的对象，随着机组负荷的变化，机组的动态特 性性参

19、数亦随之大幅度变化。如燃水比调理的温度对象，在负荷变化参数亦随之大幅度变化。如燃水比调理的温度对象，在负荷变化50-100%范围内，范围内，增益变化达增益变化达56倍，时间常数的变化也有倍，时间常数的变化也有3倍左右。倍左右。n超临界机组控制中机、炉之间存在严重的非线性耦合。直流锅炉在直流运转形状汽水之间没超临界机组控制中机、炉之间存在严重的非线性耦合。直流锅炉在直流运转形状汽水之间没有一个明确的分界点有一个明确的分界点 ，在流程中每一段的长度都遭到燃料、给水、汽机调门开度的扰动而变，在流程中每一段的长度都遭到燃料、给水、汽机调门开度的扰动而变化，从而导致了功率、压力、温度的变化，直流锅炉是一

20、个三输入化，从而导致了功率、压力、温度的变化，直流锅炉是一个三输入/ /三输出相互耦合关联极强三输出相互耦合关联极强的被控对象；的被控对象；n减温是暂时手段，最终还要经过维持合理的煤水比来控制主汽温度。减温是暂时手段，最终还要经过维持合理的煤水比来控制主汽温度。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 9 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所三、超临界直流炉的控制特点启动系统三、超临界直流炉的控制特点启动系统n减温是暂时手段，最终还要经过维持合理的煤水比来控制主汽温度减温是暂

21、时手段，最终还要经过维持合理的煤水比来控制主汽温度n喷水减温本质上是调整工质流量在水冷壁和过热器之间分配比例，减温水量普通喷水减温本质上是调整工质流量在水冷壁和过热器之间分配比例，减温水量普通占额定给水流量的占额定给水流量的10，以下图给出了不同的工质流量分配比例对各区段工质温，以下图给出了不同的工质流量分配比例对各区段工质温度的影响。减温水量的变化改动了进入省煤器和水冷壁的给水量，这一区段的热度的影响。减温水量的变化改动了进入省煤器和水冷壁的给水量，这一区段的热量量/水量比值随之改动，因此区段内工质温度发生了相应变化。但无论减温水有多水量比值随之改动，因此区段内工质温度发生了相应变化。但无论

22、减温水有多大的变化，因进入锅炉的总给水流量未改动，即燃水比未改动，稳态时锅炉出口大的变化，因进入锅炉的总给水流量未改动，即燃水比未改动，稳态时锅炉出口过热汽温也不会改动，也就是说减温水只能改动瞬态的过热汽温。显然最终的主过热汽温也不会改动，也就是说减温水只能改动瞬态的过热汽温。显然最终的主汽温度的控制还需求熄灭比来控制。汽温度的控制还需求熄灭比来控制。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 10 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所三、超临界直流炉的控制特点汽机调门扰动三、

23、超临界直流炉的控制特点汽机调门扰动汽机调阀增大，蒸汽流量D急剧添加，汽压P迅速降低，如给水压力和给水调阀不变，给水流量会自动添加，稍高于原来的程度。汽压降低使锅炉金属和工质释放蓄热，产生附加蒸发量。随后，蒸汽流量将逐渐减少，最终与给水流量相等，坚持平衡。同时汽压降低的速度也变缓慢，约10分钟后到达最终的稳定值。燃料量不变，给水流量略有添加，主汽温t略微降低。从才干平衡角度，最初当主汽流量显著增大时，汽温应显著降低，但由于过热器金属释放蓄热的补偿作用，汽温没有显著的变化。汽机调阀增大，蒸汽流量D急剧添加，功率也显著上升，这部分多发功率来自锅炉的蓄热。由于燃料量没有变化，功率又逐渐恢复到原来的程度

24、。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 11 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所三、超临界直流炉的控制特点锅炉燃料扰动三、超临界直流炉的控制特点锅炉燃料扰动n锅炉燃料扰动对压力、温度、功率的影响：燃料率添加，缩短了加热段和蒸发段，使压力、锅炉燃料扰动对压力、温度、功率的影响：燃料率添加，缩短了加热段和蒸发段，使压力、温度、功率均添加；温度、功率均添加；燃料量忽然增大，蒸汽流量D在短暂迟延后将发生一次向上的动摇，随后稳定下来与给水量坚持平衡。燃料变化时，烟气侧的反响较快，

25、蒸发量变化的缓慢主要是传热与金属容量的影响，动摇过程超越给水量的额外蒸发量是由于热水段和蒸发段的缩短，随着蒸汽流量的添加，锅炉压力也逐渐升高，故给水流量自动减少。蒸汽压力在短暂延迟后逐渐上述，最后稳定在较高的程度。最初的上升是由于蒸发量的增大，随后坚持在较高的程度是由于汽温的升高，蒸汽容积流量增大，而汽机调速阀开度不变，流动阻力增大所致。汽轮机功率的变化，最初的上升是由于蒸汽流量的添加；随后的上升是由于新汽焓的添加。燃水比即使改动很小，汽温也会发生明显的偏向，在初始阶段由于蒸发量与熄灭放热量几乎按比例变化，再加以管壁金属蓄热所起的延缓作用，所以主汽温要经过一定时滞后才逐渐变化。600MW超临界

26、直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 12 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所三、超临界直流炉的控制特点锅炉给水流量扰动三、超临界直流炉的控制特点锅炉给水流量扰动n给水扰动对压力、温度、功率的影响：给水量添加，加热段和蒸发段延伸，推出一部分蒸给水扰动对压力、温度、功率的影响：给水量添加，加热段和蒸发段延伸，推出一部分蒸汽，因此压力和功率开场是添加的，但由于过热段的缩短使汽温下降，导致功率和压力下汽，因此压力和功率开场是添加的，但由于过热段的缩短使汽温下降，导致功率和压力下降，汽温一段时

27、间延迟后单调下降稳定在一个较低温度上。降，汽温一段时间延迟后单调下降稳定在一个较低温度上。给水量骤增时，蒸汽流量也会增大。但由于燃料量不变，热水段和蒸发段都要延伸。在最初阶段，蒸汽流量只是逐渐上升，在终稳定形状，蒸发量必将等于给水量，到达新的平衡由于锅炉蓄热的延缓作用，汽温的变化与燃料量扰动时类似，在过热器起始部分和出口端都有一定的时滞，然后逐渐变化到稳定值。 过热蒸汽的压力由于蒸汽流量添加而升高，当汽温下降，容积流量减小时，又有所降低，最后稳定在稍高的程度上。汽轮机功率最初由于蒸汽流量添加而添加，随后那么由于汽温降低而减少。由于燃料量未变，所以最终的功率根本不变，只是由于蒸汽参数的下降而稍低

28、于原有程度600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 13 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所三、超临界直流炉的控制特点汽包炉的控制三、超临界直流炉的控制特点汽包炉的控制n汽包炉中，汽包把汽水流程分为加热段、蒸发段和过热段，三段受热面的位置和面积汽包炉中，汽包把汽水流程分为加热段、蒸发段和过热段，三段受热面的位置和面积是固定不变的，在给水流量变化时，仅影响汽包水位，不影响蒸汽压力和温度。而熄是固定不变的，在给水流量变化时，仅影响汽包水位，不影响蒸汽压力和温度。而熄灭量变化时仅

29、改动蒸汽流量和蒸汽压力，对蒸汽温度影响不大，因此给水、熄灭、蒸灭量变化时仅改动蒸汽流量和蒸汽压力，对蒸汽温度影响不大，因此给水、熄灭、蒸汽温度控制系统是可以相对独立的，可以经过控制给水流量、熄灭率、喷水流量分别汽温度控制系统是可以相对独立的，可以经过控制给水流量、熄灭率、喷水流量分别控制汽包水位、蒸汽流量和蒸汽压力。控制汽包水位、蒸汽流量和蒸汽压力。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 14 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所三、超临界直流炉的控制特点直流炉三、超临界直

30、流炉的控制特点直流炉n直流锅炉没有汽包，又没有炉水小循环回路，给水是一次性流过加热段、蒸发段和直流锅炉没有汽包，又没有炉水小循环回路，给水是一次性流过加热段、蒸发段和过热段的，三段受热面没有固定的分界限。当给水流量及熄灭量发生变化时过热段的，三段受热面没有固定的分界限。当给水流量及熄灭量发生变化时 ，三段，三段受热面的吸热比率将发生变化，锅炉出口温度以及蒸汽流量和压力都将发生变化，受热面的吸热比率将发生变化，锅炉出口温度以及蒸汽流量和压力都将发生变化，因此给水、气温、熄灭系统是亲密相关的，不能独立控制，应该作为整体进展控制。因此给水、气温、熄灭系统是亲密相关的，不能独立控制，应该作为整体进展控

31、制。直流锅炉随着蒸汽压力的升高，蒸发段的吸热比例逐渐减少，而加热段和过热段的直流锅炉随着蒸汽压力的升高，蒸发段的吸热比例逐渐减少，而加热段和过热段的吸热比例添加；以及受热面管径变小，管壁变厚，因此，随着蒸汽压力的升高，锅吸热比例添加；以及受热面管径变小，管壁变厚，因此，随着蒸汽压力的升高，锅炉分别器出口气温暖锅炉出口气温的惯性添加，时间常数和延迟时间添加。炉分别器出口气温暖锅炉出口气温的惯性添加，时间常数和延迟时间添加。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 15 王玉山 华北电科院热控技术研

32、究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制战略四、超临界直流炉的控制战略n压力控制是直流锅炉控制系统的关键环节，压力的变化对机组的外特性来说将影响机压力控制是直流锅炉控制系统的关键环节，压力的变化对机组的外特性来说将影响机组的负荷，对内特性来说将影响锅炉的温度。由于直流炉蓄热较小，调门变化时引起组的负荷，对内特性来说将影响锅炉的温度。由于直流炉蓄热较小，调门变化时引起的负荷变化较小，而且压力变化较大，对机组的负面影响较大的负荷变化较小，而且压力变化较大，对机组的负面影响较大 ，所以国外的资料中，所以国外的资料中更引荐在超临界机组中采用机跟炉为根底的协调方式，协调锅炉与汽机的控制。但是更

33、引荐在超临界机组中采用机跟炉为根底的协调方式，协调锅炉与汽机的控制。但是在该方案的设计中应该充分思索利用锅炉的储能加快机组对负荷的呼应。在该方案的设计中应该充分思索利用锅炉的储能加快机组对负荷的呼应。n在超临界机组中要保证主蒸汽温度的稳定，必需求控制汽水流程，控制蒸发点。普统在超临界机组中要保证主蒸汽温度的稳定，必需求控制汽水流程，控制蒸发点。普统统过控制煤水比来粗调主蒸汽温度，经过过热喷水减温来细调主蒸汽温度。实际和实统过控制煤水比来粗调主蒸汽温度，经过过热喷水减温来细调主蒸汽温度。实际和实际证明要保证直流锅炉汽温的调理性能，维持特定的燃水比来控制汽水行程中某一点际证明要保证直流锅炉汽温的调

34、理性能，维持特定的燃水比来控制汽水行程中某一点焓分别器出口焓为负荷的函数是真实有效的手段。当给水量或燃料量扰动时，汽焓分别器出口焓为负荷的函数是真实有效的手段。当给水量或燃料量扰动时，汽水行程中各点工质焓值的动态特性类似；在锅炉的燃水比坚持不变时稳定工况，水行程中各点工质焓值的动态特性类似；在锅炉的燃水比坚持不变时稳定工况，汽水行程中某点工质的焓值坚持不变，对于滑压运转锅炉，故采用微过热蒸汽焓替代汽水行程中某点工质的焓值坚持不变，对于滑压运转锅炉，故采用微过热蒸汽焓替代该点温度作为燃水比校正信号，其优点在于：该点温度作为燃水比校正信号，其优点在于：分别器出口焓中间点焓值对燃水比失配的反响快，系

35、统校正迅速；分别器出口焓中间点焓值对燃水比失配的反响快，系统校正迅速； 焓值代表了过热蒸汽的作功才干，随工况改动焓给定值不但有利于负荷控制，而且焓值代表了过热蒸汽的作功才干，随工况改动焓给定值不但有利于负荷控制，而且也能实现过热汽温粗调正。也能实现过热汽温粗调正。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 16 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制战略四、超临界直流炉的控制战略n超临界直流炉的设计中风煤比的控制在静态平衡的前提下要思索动态下的风煤交叉，超临

36、界直流炉的设计中风煤比的控制在静态平衡的前提下要思索动态下的风煤交叉，保证动态过程中风大于煤，确保锅炉熄灭的稳定。保证动态过程中风大于煤，确保锅炉熄灭的稳定。n在超临界直流炉在超临界直流炉RB逻辑设计中需求充分思索分别器出口温度，即必需思索在事故工逻辑设计中需求充分思索分别器出口温度，即必需思索在事故工况下有适宜的煤水比。况下有适宜的煤水比。n由于超临界直流炉的强非线性，常规的控制战略难以到达良好的控制效果。因此需由于超临界直流炉的强非线性，常规的控制战略难以到达良好的控制效果。因此需求大量采用变参数求大量采用变参数PID，变构造控制战略，以保证在各个负荷点上控制系统具有良，变构造控制战略，以

37、保证在各个负荷点上控制系统具有良好的效果好的效果n留意微过热点焓值对燃料率和给水量的呼应较慢，呼应时间达留意微过热点焓值对燃料率和给水量的呼应较慢，呼应时间达24分钟。由于熄灭分钟。由于熄灭对温度的动态呼应要比给水对温度的动态呼应慢的多，因此控制方案设计中要思索对温度的动态呼应要比给水对温度的动态呼应慢的多，因此控制方案设计中要思索煤水控制参数的动态补偿。煤水控制参数的动态补偿。焓值物理概念明确，用焓值物理概念明确，用焓增焓增来分析各受热面的吸热分布更为科学。它不仅受温度来分析各受热面的吸热分布更为科学。它不仅受温度变化影响，还受压力变化影响，在低负荷压力升高时分别器出口温度有能够进入变化影响

38、，还受压力变化影响，在低负荷压力升高时分别器出口温度有能够进入饱和区，焓值的明显变化有助于判别，进而能及时采取相应措施。饱和区，焓值的明显变化有助于判别，进而能及时采取相应措施。 因此，静态和动态燃水比值及随负荷变化的焓值校正是超临界直流锅炉给水系统因此，静态和动态燃水比值及随负荷变化的焓值校正是超临界直流锅炉给水系统的主要控制特征。的主要控制特征。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 17 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制战略启动系统四、超临界

39、直流炉的控制战略启动系统n 对于具有内置式启动分别器的超临界机组，具有干式和湿式两种运转方式。在启动对于具有内置式启动分别器的超临界机组，具有干式和湿式两种运转方式。在启动过程锅炉建立最小任务流量，蒸汽流量小于最小给水流量，锅炉运转在湿式方式，过程锅炉建立最小任务流量，蒸汽流量小于最小给水流量，锅炉运转在湿式方式，此时机组控制给水流量，利用疏水控制启动分别器水位，启动分别器出口温度处于此时机组控制给水流量，利用疏水控制启动分别器水位，启动分别器出口温度处于饱和温度，此时直流锅炉的运转方式与汽包锅炉根本一样。控制战略根本是熄灭系饱和温度，此时直流锅炉的运转方式与汽包锅炉根本一样。控制战略根本是熄

40、灭系统定燃料控制、给水系统定流量控制、启动分别器控制水位、温度采用喷水控制。统定燃料控制、给水系统定流量控制、启动分别器控制水位、温度采用喷水控制。n当锅炉蒸汽流量大于最小流量，启动分别器内饱和水全部转为饱和蒸汽，直流锅炉当锅炉蒸汽流量大于最小流量，启动分别器内饱和水全部转为饱和蒸汽，直流锅炉运转在干式方式，即直流控制方式。此时锅炉以煤水比控制温度、熄灭控制压力。运转在干式方式，即直流控制方式。此时锅炉以煤水比控制温度、熄灭控制压力。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 18 王玉山 华北电

41、科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所五、超临界直流炉给水控制的典型方案五、超临界直流炉给水控制的典型方案600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 19 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所六、三井巴布科克六、三井巴布科克 超临界直流炉协调控制思想超临界直流炉协调控制思想n协调控制系统协调控制系统CCS，是指经过控制回路协调汽轮机和锅炉的任务形状，同时给锅炉自，是指经过控制回路协调汽轮机和锅炉的任务形状，同时给锅炉自动控制系统和汽轮机自动控制系统发出指令，以到达快速呼应负

42、荷变化的目的，尽最动控制系统和汽轮机自动控制系统发出指令，以到达快速呼应负荷变化的目的，尽最大能够发扬机组的调频调峰才干，同时还要稳定运转参数。协调控制系统的运转方式大能够发扬机组的调频调峰才干，同时还要稳定运转参数。协调控制系统的运转方式大致有炉跟机方式、机跟炉方式、协调方式和手动方式四种，根据单元机组的不同的大致有炉跟机方式、机跟炉方式、协调方式和手动方式四种，根据单元机组的不同的工况和运转要求，以及锅炉主控工况和运转要求，以及锅炉主控BM和汽轮机主控和汽轮机主控TM所具备的不同的控制方式及所具备的不同的控制方式及组态，可构成多种不同的单元机组协调控制系统的运转方式。组态，可构成多种不同的

43、单元机组协调控制系统的运转方式。n协调控制系统和协调控制方式，不同厂商根据不同的机组需求设计有不同的控制战协调控制系统和协调控制方式，不同厂商根据不同的机组需求设计有不同的控制战略。以下图为三井巴布科克超临界直流炉协调控制原理图略。以下图为三井巴布科克超临界直流炉协调控制原理图 。n超临界机组是高参数、大容量的被控对象，机组的变负荷率应满足锅炉的运转要求。超临界机组是高参数、大容量的被控对象，机组的变负荷率应满足锅炉的运转要求。目前制造厂对超临界直流锅炉的变负荷率限制在目前制造厂对超临界直流锅炉的变负荷率限制在1%/分。在满足机组负荷变化率的分。在满足机组负荷变化率的要求下，为稳定机组压力，对

44、超临界机组来说以机跟炉为根底的协调控制系统不失要求下，为稳定机组压力，对超临界机组来说以机跟炉为根底的协调控制系统不失是一个好的控制方案。是一个好的控制方案。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 20 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所三井巴布科克直流炉协调控制系统原理图三井巴布科克直流炉协调控制系统原理图压力定值微分前馈压力限制功率微分前馈熄灭呼应AGC负荷指令压力调理器功率调理器600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Gener

45、ation l IT Power Solutions 21 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.1、 协调控制画面协调控制画面600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 22 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.1A、 直流炉给水系统图直流炉给水系统图600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 23 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究

46、所6.1B、给水控制系统原理图、给水控制系统原理图1温差控制器焓值调理器本生流量锅炉主指令微过热点焓值省煤器入口焓值循环流量炉主控前馈省煤器入口给水流量定值600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 24 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.1B 、给水控制系统原理图、给水控制系统原理图2 省煤器入口给水流量平衡算法块A泵转速定值B泵转速定值负荷指令电泵勺管控制旁路调理阀600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l

47、IT Power Solutions 25 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.2A 、锅炉启动系统图、锅炉启动系统图600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 26 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.2B 、锅炉给水再循环和分别器水位原理图、锅炉给水再循环和分别器水位原理图限制流量方式下给水流量维护再循环阀小溢流阀大溢流阀锅炉厂已取消600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Po

48、wer Solutions 27 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.3A 、直流炉风量控制系统、直流炉风量控制系统600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 28 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所未任务熄灭器风量燃料量给定O2调理器OFA总站调理器过量空气系数主汽流量熄灭器区过量空气系数实际空气量总OFA风量给定任务熄灭器区过量空气系数600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Po

49、wer Solutions 29 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.3C 、过燃风、过燃风OFA控制原理图控制原理图 后墙OFA控制前墙OFA控制600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 30 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所过量空气系数校正A磨一次风量A磨总二次量氧量校正A磨给煤量600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 31 王玉山 华北电科院

50、热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.4A 、一级减温水控制原理图、一级减温水控制原理图蒸汽过热度维护焓值校正负荷的微分前馈温差调理器定值变PID参数600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 32 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.4B 、二级减温水控制原理图、二级减温水控制原理图蒸汽过热度维护焓值校正负荷的微分前馈变PID参数屏过出口温度设定值600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power

51、Solutions 33 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所 600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 34 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.1C、给水控制系统原理阐明、给水控制系统原理阐明1n省煤器入口给水流量加减温喷水流量必需与蒸汽流量相顺应。这个根本要求还经过过热汽温控制来调理，以维持负荷变化后在分别器出口的焓。蒸汽和给水及喷水流量会使炉膛内系统的蒸发点挪动。 n假设一级过热器出口温度太低，那么调理器就要求添加分别器出口的焓以恢复这一点的温

52、度。温度调理器的输出与负荷指数前馈信号在模块29里相加作为焓值调理器模块30的设定值。n调整给水流量来控制分别器出口焓和一级减温器前后的温度降。对于一个稳定的蒸气流量，添加给水流量的速率将使蒸发点挪动，从而减少了分别器出口焓，伴随着一级过热器出口温度和焓的减少，一级减温器前后的温差将添加。n由模块37到模块58设置了额定给水流量的设定值，作为负荷的函数。几个修正量被加到这个需求中。在设计的BMCR稳态运转工况下，给水需求与实际上的需求相顺应。当蒸汽或水回路偏离设计条件时这个需求指令需作调整。其中，首先要思索的是蒸气温度的变化。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析P

53、ower Generation l IT Power Solutions 35 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.1C、给水控制系统原理阐明、给水控制系统原理阐明2n焓值解耦回路焓值解耦回路n 焓值控制器的输出的任何变化将会立刻影响给水量，而后由于锅炉入口和出口焓值焓值控制器的输出的任何变化将会立刻影响给水量，而后由于锅炉入口和出口焓值的改动将需求改动熄灭率。这将依次改动水蒸汽回路的焓值，而且能够会出现不稳定的的改动将需求改动熄灭率。这将依次改动水蒸汽回路的焓值，而且能够会出现不稳定的工况。这个焓值解耦逻辑把这种影响减到最小。工况。这个焓值解耦逻辑把这种影响减到最小。

54、n启动给水调理原理启动给水调理原理n 在低负荷时，调整电泵的速度以维持启动阀两端的差压为一固定值约在低负荷时，调整电泵的速度以维持启动阀两端的差压为一固定值约59bar。启动时，当给水启动调理阀封锁时，电动给水泵以最小转速运转。在负荷。启动时，当给水启动调理阀封锁时，电动给水泵以最小转速运转。在负荷添加而且开场产汽时，给水阀将开启以维持流过省煤器的本生流量。添加而且开场产汽时，给水阀将开启以维持流过省煤器的本生流量。n省煤器出口和一级过热器入口之间吸热量的计算省煤器出口和一级过热器入口之间吸热量的计算n 经过水经过水/汽和水冷壁管金属质量的吸热模型，计算给水和热量需求的变化，汽和水冷壁管金属质

55、量的吸热模型，计算给水和热量需求的变化，以满足负荷需求的变化，然后按给水和金属部件所吸收的热量添加燃料。同时以满足负荷需求的变化，然后按给水和金属部件所吸收的热量添加燃料。同时还可以保证给水调理系统运转在本生负荷以下时，给水流量一定本生流量，还可以保证给水调理系统运转在本生负荷以下时，给水流量一定本生流量，由于加热器的退出导致给水温度偏低，上面逻辑可以经过计算水冷壁入口焓的由于加热器的退出导致给水温度偏低，上面逻辑可以经过计算水冷壁入口焓的变化，及时调整给水流量。变化，及时调整给水流量。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT

56、 Power Solutions 36 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6.1C、储水箱液位控制原理阐明、储水箱液位控制原理阐明n任务原理任务原理n 汽水混合物进入分别器容器，蒸汽流向过热器，水流向储水箱。在负荷非常低时，水没有被蒸发而全部进入储水汽水混合物进入分别器容器，蒸汽流向过热器，水流向储水箱。在负荷非常低时，水没有被蒸发而全部进入储水箱，然后利用一台循环泵把水泵回到省煤器入口。循环流量的变化是储水箱液位的函数。在启动期间，水膨胀在储水箱，然后利用一台循环泵把水泵回到省煤器入口。循环流量的变化是储水箱液位的函数。在启动期间，水膨胀在储水箱里会呵斥很高的液位，靠两

57、个排放阀的延续排放，排掉一些水。随着负荷的添加，更多的水转化成蒸汽，储水箱的箱里会呵斥很高的液位，靠两个排放阀的延续排放，排掉一些水。随着负荷的添加，更多的水转化成蒸汽，储水箱的液位降低。这个过程经过减少循环流量来相互配合，直到液位低时水泵跳闸为止。在本生负荷点以上，一切水都转化液位降低。这个过程经过减少循环流量来相互配合，直到液位低时水泵跳闸为止。在本生负荷点以上，一切水都转化成蒸汽。在减负荷时应采取一些特殊的措施以防止不用要的水排放。成蒸汽。在减负荷时应采取一些特殊的措施以防止不用要的水排放。n溢流阀溢流阀n 溢流阀的功能就是将循环泵和循环调理阀正常运转而不能排除的储水箱多余水排掉。溢流阀

58、的开度由储水箱液位和溢流阀的功能就是将循环泵和循环调理阀正常运转而不能排除的储水箱多余水排掉。溢流阀的开度由储水箱液位和压力决议。压力高时制止溢流阀的开启。在继续高负荷运转期间，储水箱可以充以暖泵管道来的水，此时必需防止循压力决议。压力高时制止溢流阀的开启。在继续高负荷运转期间，储水箱可以充以暖泵管道来的水，此时必需防止循环阀和溢流阀的开启，因此设置循环流量低于环阀和溢流阀的开启，因此设置循环流量低于80%本生流量，制止开溢流阀逻辑。本生流量，制止开溢流阀逻辑。n循环流量循环流量n 要求的循环流量在要求的循环流量在F(x)模块模块24上设定。在稳定形状或缓慢变化工况下，这个信号成为流量调理器的

59、设定值。水位和上设定。在稳定形状或缓慢变化工况下，这个信号成为流量调理器的设定值。水位和流量控制系统在动态时相互不受影响。延迟模块流量控制系统在动态时相互不受影响。延迟模块27防止容器液位小的变化时液位和流量控制系统之间的相互作用。然防止容器液位小的变化时液位和流量控制系统之间的相互作用。然而在液位快速变化期间，循环流量设定值是立刻变化的。在循环流量控制和主给水控制系统之间存在着相互作用的风而在液位快速变化期间，循环流量设定值是立刻变化的。在循环流量控制和主给水控制系统之间存在着相互作用的风险。这种相互作用可以经过控制循环阀和溢流阀的开启速率来减少。在循环泵已启动和流量调理阀处于自动调理形状险

60、。这种相互作用可以经过控制循环阀和溢流阀的开启速率来减少。在循环泵已启动和流量调理阀处于自动调理形状并且储水箱处于高液位时，必需求防止循环流量忽然添加，由于这种添加会呵斥锅炉当前条件下给水流量不正确的减并且储水箱处于高液位时，必需求防止循环流量忽然添加，由于这种添加会呵斥锅炉当前条件下给水流量不正确的减少。少。“限制流量方式逻辑对于防止上面问题很有效。限制流量方式逻辑对于防止上面问题很有效。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析Power Generation l IT Power Solutions 37 王玉山 华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所6