超临界600MW机组控制

1、吕四港发电有限责任公司吕四港发电有限责任公司 （超临界机组控制）（超临界机组控制）主讲人主讲人:周宝柱周宝柱联系邮箱：联系邮箱：Z超临界直流炉机组特点超临界直流炉机组特点当蒸汽压力提到高于当蒸汽压力提到高于22.1Mpa22.1Mpa时就称为超临界机组，如果蒸汽压力超过时就称为超临界机组，如果蒸汽压力超过27Mpa27Mpa，则称为，则称为超超临界火电机组。由于超临界压力下无法维持自然循环即不能采用汽包锅炉，直流超超临界火电机组。由于超临界压力下无法维持自然循环即不能采用汽包锅炉，直流锅炉成为唯一型式。随着锅炉朝着大容量参数的方向发展，超临界机组日益显示其诸锅炉成为唯一型式。随着锅炉朝着大容量

2、参数的方向发展，超临界机组日益显示其诸多优点，不仅煤耗大大降低，污染物排污量也相应减少，经济效益十分明显。超临界多优点，不仅煤耗大大降低，污染物排污量也相应减少，经济效益十分明显。超临界机组与亚临界汽包锅炉结构和工艺过程有着显著不同，其控制具有如下一些特点：机组与亚临界汽包锅炉结构和工艺过程有着显著不同，其控制具有如下一些特点：1 1、超临界直流炉没有汽包环节，给水经加热、蒸发和变成过热蒸汽时一次性连续完成，、超临界直流炉没有汽包环节，给水经加热、蒸发和变成过热蒸汽时一次性连续完成，随着运行工况不同，锅炉将运行在亚临界或超临界压力下，蒸发点会自发的在一个或随着运行工况不同，锅炉将运行在亚临界或

3、超临界压力下，蒸发点会自发的在一个或多个加热区段内移动，汽水之间没有一个明确的分界点。这要求控制系统更为严格保多个加热区段内移动，汽水之间没有一个明确的分界点。这要求控制系统更为严格保持各种比值的关系（如给水量持各种比值的关系（如给水量/ /蒸汽量、燃料量蒸汽量、燃料量/ /给水量及喷水量给水量及喷水量/ /给水量等）。给水量等）。2 2、 由于没有储能作用的汽包环节，锅炉的蓄能显著减小，负荷调节的灵敏性好，可由于没有储能作用的汽包环节，锅炉的蓄能显著减小，负荷调节的灵敏性好，可实现快速启停和调节负荷，但汽压对负荷变动反映灵敏，变负荷性能差，汽压维持比实现快速启停和调节负荷，但汽压对负荷变动反

4、映灵敏，变负荷性能差，汽压维持比较困难。较困难。3 3、直流炉由于汽水是一次完成，因而不象汽包炉那样。汽包在运行中除作为汽水分离、直流炉由于汽水是一次完成，因而不象汽包炉那样。汽包在运行中除作为汽水分离器外，还作为燃水比失调的缓冲器。当燃水比失去平衡时，利用汽包中的存水和空间器外，还作为燃水比失调的缓冲器。当燃水比失去平衡时，利用汽包中的存水和空间容积暂时维持锅炉的工质平衡关系，以保持各断受热面积不变。这使得直流炉汽机与容积暂时维持锅炉的工质平衡关系，以保持各断受热面积不变。这使得直流炉汽机与锅炉之间具有强烈的耦合特性，整个受控对象是一多输入多输出的多变量系统。锅炉之间具有强烈的耦合特性，整个

5、受控对象是一多输入多输出的多变量系统。超临界机组的发电负荷在电网中的比重正在稳步上升，电网要求超临界机组能调超临界机组的发电负荷在电网中的比重正在稳步上升，电网要求超临界机组能调峰运行，其控制策略应保证机组良好的负荷响应性和关键运行参数的稳定。峰运行，其控制策略应保证机组良好的负荷响应性和关键运行参数的稳定。直流锅炉作为一个多输入、多输出的被控对象，其主要输出量为汽温、汽压直流锅炉作为一个多输入、多输出的被控对象，其主要输出量为汽温、汽压和蒸汽流量（负荷），其主要的输入量是给水量、燃烧率和汽机调门开度，和蒸汽流量（负荷），其主要的输入量是给水量、燃烧率和汽机调门开度，由于是强制循环且受热区段之

6、间无固定界限，一种输入量扰动将对各输出量由于是强制循环且受热区段之间无固定界限，一种输入量扰动将对各输出量产生作用，与汽包炉相比，其控制策略最大的区别在于：协调控制系统、给产生作用，与汽包炉相比，其控制策略最大的区别在于：协调控制系统、给水调节系统、减温调节系统。水调节系统、减温调节系统。 以下以大唐乌沙山以下以大唐乌沙山4 4600MW600MW超临界直流炉机组为例，重点介绍其协调、给水及超临界直流炉机组为例，重点介绍其协调、给水及减温的控制方案。减温的控制方案。 超临界机组控制策略超临界机组控制策略 协调控制系统协调控制系统协调控制系统的任务是：最大限度利用蓄能，具有快速响应的发电协调控制

7、系统的任务是：最大限度利用蓄能，具有快速响应的发电负荷控制，发电负荷控制与锅炉控制解耦，在所有工况下，锅炉指负荷控制，发电负荷控制与锅炉控制解耦，在所有工况下，锅炉指令都基于汽机的能量需求，保证锅炉与汽机相协调。本台机组的协令都基于汽机的能量需求，保证锅炉与汽机相协调。本台机组的协调控制系统共设计了五种运行方式：调控制系统共设计了五种运行方式：1）基本方式）基本方式BASE：锅炉主控、汽机主控均在手动，锅炉主控控制：锅炉主控、汽机主控均在手动，锅炉主控控制燃料料，汽机主控遥控燃料料，汽机主控遥控DEH控制汽机调门开度。控制汽机调门开度。2）汽机跟随方式）汽机跟随方式TF：汽机主控自动，锅炉主控

8、手动，汽机主控通：汽机主控自动，锅炉主控手动，汽机主控通过调节汽机调门开度保证汽压，锅炉主控控制燃料量。过调节汽机调门开度保证汽压，锅炉主控控制燃料量。3）锅炉跟随方式）锅炉跟随方式BF：锅炉主控自动，汽机主控手动，锅炉主控通：锅炉主控自动，汽机主控手动，锅炉主控通过控制燃料量保证汽压，汽机主控遥控过控制燃料量保证汽压，汽机主控遥控DEH控制调门开度。控制调门开度。4）炉跟机协调方式）炉跟机协调方式CCS：本模式是以锅炉跟随为基础的协调控制：本模式是以锅炉跟随为基础的协调控制模式，即锅炉主控、汽机主控均在自动位，锅炉主控调节汽压，汽模式，即锅炉主控、汽机主控均在自动位，锅炉主控调节汽压，汽机主

9、控调节功率。机主控调节功率。5）机跟炉协调方式）机跟炉协调方式CCS：本模式是以汽机跟随为基础的协调控制：本模式是以汽机跟随为基础的协调控制模式，即锅炉主控、汽机主控均在自动位，汽机主控调节汽压，锅模式，即锅炉主控、汽机主控均在自动位，汽机主控调节汽压，锅炉主控调节功率。炉主控调节功率。炉跟机协调方案炉跟机协调方案 考虑到汽机对负荷的响应快，负荷控制精度高，机组投考虑到汽机对负荷的响应快，负荷控制精度高，机组投AGCAGC运行时优先采用炉运行时优先采用炉跟机协调方式，充分利用锅炉的蓄能，但压力控制是直流锅炉控制系统的关跟机协调方式，充分利用锅炉的蓄能，但压力控制是直流锅炉控制系统的关键环节，压

10、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，且直流炉机组的滑压运行范围大在将影响锅炉的温度，且直流炉机组的滑压运行范围大在10Mpa10Mpa24Mpa24Mpa之间，之间，这些都对汽压的调节品质提出了更严格的要求。机组炉跟机协调方案设计如这些都对汽压的调节品质提出了更严格的要求。机组炉跟机协调方案设计如下：下：炉跟机控制方案炉跟机控制方案图1炉跟机协调控制方案炉跟机协调控制方案引入压力拉回回路：压力偏差信号修正实发功率。当机前压力偏差较小时，引入压力拉回回路：压力偏差信号修正实发功率。当机前压力偏

11、差较小时，由锅炉主控维持压力；当机前压力偏差较大时，汽机主控由调节负荷转到调由锅炉主控维持压力；当机前压力偏差较大时，汽机主控由调节负荷转到调节机前压力和负荷，牺牲部分功率，两者共同作用稳定机前压力，保证机组节机前压力和负荷，牺牲部分功率，两者共同作用稳定机前压力，保证机组内部稳定运行。内部稳定运行。2 2）引入三阶惯性环节：机前压力设定值速率限制后，经过三阶惯性环节再进）引入三阶惯性环节：机前压力设定值速率限制后，经过三阶惯性环节再进行行PIDPID的运算，使压力定值充分接近实际压力的过程特性，保证变负荷时机前的运算，使压力定值充分接近实际压力的过程特性，保证变负荷时机前压力偏差不会太大。由

12、于直流炉的蓄热能力弱，同样，功率设定值也经过时压力偏差不会太大。由于直流炉的蓄热能力弱，同样，功率设定值也经过时间参数更快的三阶惯性环节的处理，避免变负荷初始阶段，汽机调门的快速间参数更快的三阶惯性环节的处理，避免变负荷初始阶段，汽机调门的快速响应造成的压力波动。响应造成的压力波动。3 3）负荷变动时，通过汽轮机调门的适当动作响应负荷需求，与此同时，必须）负荷变动时，通过汽轮机调门的适当动作响应负荷需求，与此同时，必须加快炉侧燃烧率的调节，及时恢复蓄能，使锅炉蒸发量与机组负荷一致。在加快炉侧燃烧率的调节，及时恢复蓄能，使锅炉蒸发量与机组负荷一致。在炉跟机协调模式时，锅炉主控前馈包含一个静态前馈

13、和三个动态前馈：炉跟机协调模式时，锅炉主控前馈包含一个静态前馈和三个动态前馈：炉跟机协调控制方案炉跟机协调控制方案基本指令为机组负荷指令加上调频负荷所对应的燃料量，使锅炉主指令对基本指令为机组负荷指令加上调频负荷所对应的燃料量，使锅炉主指令对应于负荷的改变有一个绝对的变化量，属于静态前馈。应于负荷的改变有一个绝对的变化量，属于静态前馈。变负荷时，目标负荷减去速率限制后的变负荷时，目标负荷减去速率限制后的LDCLDC指令所对应的燃料量，作一个一指令所对应的燃料量，作一个一阶惯性环节和二阶惯性环节的加权组合，以调整变负荷初始、中间、结束不阶惯性环节和二阶惯性环节的加权组合，以调整变负荷初始、中间、

14、结束不同阶段所加的燃料量。同阶段所加的燃料量。LDCLDC指令的微分作用：在整个变负荷过程中存在，加快压力的动态响应。指令的微分作用：在整个变负荷过程中存在，加快压力的动态响应。压力设定值的微分作用：改善压力调节的动态补偿。压力设定值的微分作用：改善压力调节的动态补偿。炉跟机协调控制方案炉跟机协调控制方案给水解耦回路：中间点温度控制器的输出直接影响给水流给水解耦回路：中间点温度控制器的输出直接影响给水流量，当给水流量增加时，推出一部分蒸汽，使机前压力量，当给水流量增加时，推出一部分蒸汽，使机前压力和功率都有瞬时增加，如果燃烧率保持不变，功率将逐和功率都有瞬时增加，如果燃烧率保持不变，功率将逐渐

15、回落到原来水平，基本保持不变，压力最后由于过热渐回落到原来水平，基本保持不变，压力最后由于过热汽温的下降而有所回落，稳定在较原先压力稍高的水平。汽温的下降而有所回落，稳定在较原先压力稍高的水平。而协调对压力和功率的调节作用会短时间内改变燃烧率，而协调对压力和功率的调节作用会短时间内改变燃烧率，并再对中间点温度造成扰动，有可能导致不稳定状况的并再对中间点温度造成扰动，有可能导致不稳定状况的发生。在燃料量的调节回路中引入中间点温度控制器的发生。在燃料量的调节回路中引入中间点温度控制器的微分环节修正实际燃料量，将给水量和燃烧率的相互作微分环节修正实际燃料量，将给水量和燃烧率的相互作用减小，稳定机组运

16、行。用减小，稳定机组运行。炉跟机协调控制方案炉跟机协调控制方案PIDPID参数的优化：锅炉主控参数的优化：锅炉主控PIDPID参数采用变增益，变负荷时减小比例系数参数采用变增益，变负荷时减小比例系数和加长积分时间，削弱和加长积分时间，削弱PIDPID的调节作用，使得变负荷时炉主控前馈占的调节作用，使得变负荷时炉主控前馈占据主导地位；另一方面，稳态时由于压力是一个变化缓慢、迟延时间据主导地位；另一方面，稳态时由于压力是一个变化缓慢、迟延时间大的控制对象，因此引入非线性元件，当压力偏差小于大的控制对象，因此引入非线性元件，当压力偏差小于0.1Mpa0.1Mpa时，时，PIDPID的调节作用放慢一半

17、，稳定机前压力，避免压力和燃料量的来回的调节作用放慢一半，稳定机前压力，避免压力和燃料量的来回摆动。摆动。 给水控制系统给水控制系统在机组燃烧率低于在机组燃烧率低于32%BMCR32%BMCR，锅炉处于非直流运行方式，给水控制保持，锅炉处于非直流运行方式，给水控制保持32% 32% BMCRBMCR流量指令，通过大小溢流阀及锅炉再循环阀控制分离器水位；当锅流量指令，通过大小溢流阀及锅炉再循环阀控制分离器水位；当锅炉进入直流运行阶段，分离器处于干态运行，成为（过热）蒸汽通道，炉进入直流运行阶段，分离器处于干态运行，成为（过热）蒸汽通道，此时给水控制任务不仅是应负荷需求调整省煤器入口流量，还要调整微此时给水控制任务不仅是应负荷需求调整省煤器入口流量，还要调整微过热汽温达到期望的设定值，实现过热主汽温的粗调。相对于微过