超臨界600MW機(jī)組控制

1、呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司 （超臨界機(jī)組控制）（超臨界機(jī)組控制）主講人主講人:周寶柱周寶柱聯(lián)系郵箱：聯(lián)系郵箱：Z超臨界直流爐機(jī)組特點(diǎn)超臨界直流爐機(jī)組特點(diǎn)當(dāng)蒸汽壓力提到高于當(dāng)蒸汽壓力提到高于22.1Mpa22.1Mpa時(shí)就稱(chēng)為超臨界機(jī)組，如果蒸汽壓力超過(guò)時(shí)就稱(chēng)為超臨界機(jī)組，如果蒸汽壓力超過(guò)27Mpa27Mpa，則稱(chēng)為，則稱(chēng)為超超臨界火電機(jī)組。由于超臨界壓力下無(wú)法維持自然循環(huán)即不能采用汽包鍋爐，直流超超臨界火電機(jī)組。由于超臨界壓力下無(wú)法維持自然循環(huán)即不能采用汽包鍋爐，直流鍋爐成為唯一型式。隨著鍋爐朝著大容量參數(shù)的方向發(fā)展，超臨界機(jī)組日益顯示其諸鍋爐成為唯一型式。隨著鍋爐朝著大容量

2、參數(shù)的方向發(fā)展，超臨界機(jī)組日益顯示其諸多優(yōu)點(diǎn)，不僅煤耗大大降低，污染物排污量也相應(yīng)減少，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。超臨界多優(yōu)點(diǎn)，不僅煤耗大大降低，污染物排污量也相應(yīng)減少，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。超臨界機(jī)組與亞臨界汽包鍋爐結(jié)構(gòu)和工藝過(guò)程有著顯著不同，其控制具有如下一些特點(diǎn)：機(jī)組與亞臨界汽包鍋爐結(jié)構(gòu)和工藝過(guò)程有著顯著不同，其控制具有如下一些特點(diǎn)：1 1、超臨界直流爐沒(méi)有汽包環(huán)節(jié)，給水經(jīng)加熱、蒸發(fā)和變成過(guò)熱蒸汽時(shí)一次性連續(xù)完成，、超臨界直流爐沒(méi)有汽包環(huán)節(jié)，給水經(jīng)加熱、蒸發(fā)和變成過(guò)熱蒸汽時(shí)一次性連續(xù)完成，隨著運(yùn)行工況不同，鍋爐將運(yùn)行在亞臨界或超臨界壓力下，蒸發(fā)點(diǎn)會(huì)自發(fā)的在一個(gè)或隨著運(yùn)行工況不同，鍋爐將運(yùn)行在亞臨界或

3、超臨界壓力下，蒸發(fā)點(diǎn)會(huì)自發(fā)的在一個(gè)或多個(gè)加熱區(qū)段內(nèi)移動(dòng)，汽水之間沒(méi)有一個(gè)明確的分界點(diǎn)。這要求控制系統(tǒng)更為嚴(yán)格保多個(gè)加熱區(qū)段內(nèi)移動(dòng)，汽水之間沒(méi)有一個(gè)明確的分界點(diǎn)。這要求控制系統(tǒng)更為嚴(yán)格保持各種比值的關(guān)系（如給水量持各種比值的關(guān)系（如給水量/ /蒸汽量、燃料量蒸汽量、燃料量/ /給水量及噴水量給水量及噴水量/ /給水量等）。給水量等）。2 2、 由于沒(méi)有儲(chǔ)能作用的汽包環(huán)節(jié)，鍋爐的蓄能顯著減小，負(fù)荷調(diào)節(jié)的靈敏性好，可由于沒(méi)有儲(chǔ)能作用的汽包環(huán)節(jié)，鍋爐的蓄能顯著減小，負(fù)荷調(diào)節(jié)的靈敏性好，可實(shí)現(xiàn)快速啟停和調(diào)節(jié)負(fù)荷，但汽壓對(duì)負(fù)荷變動(dòng)反映靈敏，變負(fù)荷性能差，汽壓維持比實(shí)現(xiàn)快速啟停和調(diào)節(jié)負(fù)荷，但汽壓對(duì)負(fù)荷變動(dòng)反

4、映靈敏，變負(fù)荷性能差，汽壓維持比較困難。較困難。3 3、直流爐由于汽水是一次完成，因而不象汽包爐那樣。汽包在運(yùn)行中除作為汽水分離、直流爐由于汽水是一次完成，因而不象汽包爐那樣。汽包在運(yùn)行中除作為汽水分離器外，還作為燃水比失調(diào)的緩沖器。當(dāng)燃水比失去平衡時(shí)，利用汽包中的存水和空間器外，還作為燃水比失調(diào)的緩沖器。當(dāng)燃水比失去平衡時(shí)，利用汽包中的存水和空間容積暫時(shí)維持鍋爐的工質(zhì)平衡關(guān)系，以保持各斷受熱面積不變。這使得直流爐汽機(jī)與容積暫時(shí)維持鍋爐的工質(zhì)平衡關(guān)系，以保持各斷受熱面積不變。這使得直流爐汽機(jī)與鍋爐之間具有強(qiáng)烈的耦合特性，整個(gè)受控對(duì)象是一多輸入多輸出的多變量系統(tǒng)。鍋爐之間具有強(qiáng)烈的耦合特性，整個(gè)

5、受控對(duì)象是一多輸入多輸出的多變量系統(tǒng)。超臨界機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷在電網(wǎng)中的比重正在穩(wěn)步上升，電網(wǎng)要求超臨界機(jī)組能調(diào)超臨界機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷在電網(wǎng)中的比重正在穩(wěn)步上升，電網(wǎng)要求超臨界機(jī)組能調(diào)峰運(yùn)行，其控制策略應(yīng)保證機(jī)組良好的負(fù)荷響應(yīng)性和關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定。峰運(yùn)行，其控制策略應(yīng)保證機(jī)組良好的負(fù)荷響應(yīng)性和關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定。直流鍋爐作為一個(gè)多輸入、多輸出的被控對(duì)象，其主要輸出量為汽溫、汽壓直流鍋爐作為一個(gè)多輸入、多輸出的被控對(duì)象，其主要輸出量為汽溫、汽壓和蒸汽流量（負(fù)荷），其主要的輸入量是給水量、燃燒率和汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度，和蒸汽流量（負(fù)荷），其主要的輸入量是給水量、燃燒率和汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度，由于是強(qiáng)制循環(huán)且受熱區(qū)段之

6、間無(wú)固定界限，一種輸入量擾動(dòng)將對(duì)各輸出量由于是強(qiáng)制循環(huán)且受熱區(qū)段之間無(wú)固定界限，一種輸入量擾動(dòng)將對(duì)各輸出量產(chǎn)生作用，與汽包爐相比，其控制策略最大的區(qū)別在于：協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、給產(chǎn)生作用，與汽包爐相比，其控制策略最大的區(qū)別在于：協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、減溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、減溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 以下以大唐烏沙山以下以大唐烏沙山4 4600MW600MW超臨界直流爐機(jī)組為例，重點(diǎn)介紹其協(xié)調(diào)、給水及超臨界直流爐機(jī)組為例，重點(diǎn)介紹其協(xié)調(diào)、給水及減溫的控制方案。減溫的控制方案。 超臨界機(jī)組控制策略超臨界機(jī)組控制策略 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的任務(wù)是：最大限度利用蓄能，具有快速響應(yīng)的發(fā)電協(xié)調(diào)控制

7、系統(tǒng)的任務(wù)是：最大限度利用蓄能，具有快速響應(yīng)的發(fā)電負(fù)荷控制，發(fā)電負(fù)荷控制與鍋爐控制解耦，在所有工況下，鍋爐指負(fù)荷控制，發(fā)電負(fù)荷控制與鍋爐控制解耦，在所有工況下，鍋爐指令都基于汽機(jī)的能量需求，保證鍋爐與汽機(jī)相協(xié)調(diào)。本臺(tái)機(jī)組的協(xié)令都基于汽機(jī)的能量需求，保證鍋爐與汽機(jī)相協(xié)調(diào)。本臺(tái)機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了五種運(yùn)行方式：調(diào)控制系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了五種運(yùn)行方式：1）基本方式）基本方式BASE：鍋爐主控、汽機(jī)主控均在手動(dòng)，鍋爐主控控制：鍋爐主控、汽機(jī)主控均在手動(dòng)，鍋爐主控控制燃料料，汽機(jī)主控遙控燃料料，汽機(jī)主控遙控DEH控制汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度?？刂破麢C(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度。2）汽機(jī)跟隨方式）汽機(jī)跟隨方式TF：汽機(jī)主控自動(dòng)，鍋爐主控

8、手動(dòng)，汽機(jī)主控通：汽機(jī)主控自動(dòng)，鍋爐主控手動(dòng)，汽機(jī)主控通過(guò)調(diào)節(jié)汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度保證汽壓，鍋爐主控控制燃料量。過(guò)調(diào)節(jié)汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度保證汽壓，鍋爐主控控制燃料量。3）鍋爐跟隨方式）鍋爐跟隨方式BF：鍋爐主控自動(dòng)，汽機(jī)主控手動(dòng)，鍋爐主控通：鍋爐主控自動(dòng)，汽機(jī)主控手動(dòng)，鍋爐主控通過(guò)控制燃料量保證汽壓，汽機(jī)主控遙控過(guò)控制燃料量保證汽壓，汽機(jī)主控遙控DEH控制調(diào)門(mén)開(kāi)度。控制調(diào)門(mén)開(kāi)度。4）爐跟機(jī)協(xié)調(diào)方式）爐跟機(jī)協(xié)調(diào)方式CCS：本模式是以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制：本模式是以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制模式，即鍋爐主控、汽機(jī)主控均在自動(dòng)位，鍋爐主控調(diào)節(jié)汽壓，汽模式，即鍋爐主控、汽機(jī)主控均在自動(dòng)位，鍋爐主控調(diào)節(jié)汽壓，汽機(jī)主

9、控調(diào)節(jié)功率。機(jī)主控調(diào)節(jié)功率。5）機(jī)跟爐協(xié)調(diào)方式）機(jī)跟爐協(xié)調(diào)方式CCS：本模式是以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制：本模式是以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制模式，即鍋爐主控、汽機(jī)主控均在自動(dòng)位，汽機(jī)主控調(diào)節(jié)汽壓，鍋模式，即鍋爐主控、汽機(jī)主控均在自動(dòng)位，汽機(jī)主控調(diào)節(jié)汽壓，鍋爐主控調(diào)節(jié)功率。爐主控調(diào)節(jié)功率。爐跟機(jī)協(xié)調(diào)方案爐跟機(jī)協(xié)調(diào)方案 考慮到汽機(jī)對(duì)負(fù)荷的響應(yīng)快，負(fù)荷控制精度高，機(jī)組投考慮到汽機(jī)對(duì)負(fù)荷的響應(yīng)快，負(fù)荷控制精度高，機(jī)組投AGCAGC運(yùn)行時(shí)優(yōu)先采用爐運(yùn)行時(shí)優(yōu)先采用爐跟機(jī)協(xié)調(diào)方式，充分利用鍋爐的蓄能，但壓力控制是直流鍋爐控制系統(tǒng)的關(guān)跟機(jī)協(xié)調(diào)方式，充分利用鍋爐的蓄能，但壓力控制是直流鍋爐控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，壓

10、力的變化對(duì)機(jī)組的外特性來(lái)說(shuō)將影響機(jī)組的負(fù)荷，對(duì)內(nèi)特性來(lái)說(shuō)鍵環(huán)節(jié)，壓力的變化對(duì)機(jī)組的外特性來(lái)說(shuō)將影響機(jī)組的負(fù)荷，對(duì)內(nèi)特性來(lái)說(shuō)將影響鍋爐的溫度，且直流爐機(jī)組的滑壓運(yùn)行范圍大在將影響鍋爐的溫度，且直流爐機(jī)組的滑壓運(yùn)行范圍大在10Mpa10Mpa24Mpa24Mpa之間，之間，這些都對(duì)汽壓的調(diào)節(jié)品質(zhì)提出了更嚴(yán)格的要求。機(jī)組爐跟機(jī)協(xié)調(diào)方案設(shè)計(jì)如這些都對(duì)汽壓的調(diào)節(jié)品質(zhì)提出了更嚴(yán)格的要求。機(jī)組爐跟機(jī)協(xié)調(diào)方案設(shè)計(jì)如下：下：爐跟機(jī)控制方案爐跟機(jī)控制方案圖1爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制方案爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制方案引入壓力拉回回路：壓力偏差信號(hào)修正實(shí)發(fā)功率。當(dāng)機(jī)前壓力偏差較小時(shí)，引入壓力拉回回路：壓力偏差信號(hào)修正實(shí)發(fā)功率。當(dāng)機(jī)前壓力偏

11、差較小時(shí)，由鍋爐主控維持壓力；當(dāng)機(jī)前壓力偏差較大時(shí)，汽機(jī)主控由調(diào)節(jié)負(fù)荷轉(zhuǎn)到調(diào)由鍋爐主控維持壓力；當(dāng)機(jī)前壓力偏差較大時(shí)，汽機(jī)主控由調(diào)節(jié)負(fù)荷轉(zhuǎn)到調(diào)節(jié)機(jī)前壓力和負(fù)荷，犧牲部分功率，兩者共同作用穩(wěn)定機(jī)前壓力，保證機(jī)組節(jié)機(jī)前壓力和負(fù)荷，犧牲部分功率，兩者共同作用穩(wěn)定機(jī)前壓力，保證機(jī)組內(nèi)部穩(wěn)定運(yùn)行。內(nèi)部穩(wěn)定運(yùn)行。2 2）引入三階慣性環(huán)節(jié)：機(jī)前壓力設(shè)定值速率限制后，經(jīng)過(guò)三階慣性環(huán)節(jié)再進(jìn)）引入三階慣性環(huán)節(jié)：機(jī)前壓力設(shè)定值速率限制后，經(jīng)過(guò)三階慣性環(huán)節(jié)再進(jìn)行行PIDPID的運(yùn)算，使壓力定值充分接近實(shí)際壓力的過(guò)程特性，保證變負(fù)荷時(shí)機(jī)前的運(yùn)算，使壓力定值充分接近實(shí)際壓力的過(guò)程特性，保證變負(fù)荷時(shí)機(jī)前壓力偏差不會(huì)太大。由

12、于直流爐的蓄熱能力弱，同樣，功率設(shè)定值也經(jīng)過(guò)時(shí)壓力偏差不會(huì)太大。由于直流爐的蓄熱能力弱，同樣，功率設(shè)定值也經(jīng)過(guò)時(shí)間參數(shù)更快的三階慣性環(huán)節(jié)的處理，避免變負(fù)荷初始階段，汽機(jī)調(diào)門(mén)的快速間參數(shù)更快的三階慣性環(huán)節(jié)的處理，避免變負(fù)荷初始階段，汽機(jī)調(diào)門(mén)的快速響應(yīng)造成的壓力波動(dòng)。響應(yīng)造成的壓力波動(dòng)。3 3）負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，通過(guò)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)的適當(dāng)動(dòng)作響應(yīng)負(fù)荷需求，與此同時(shí)，必須）負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，通過(guò)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)的適當(dāng)動(dòng)作響應(yīng)負(fù)荷需求，與此同時(shí)，必須加快爐側(cè)燃燒率的調(diào)節(jié)，及時(shí)恢復(fù)蓄能，使鍋爐蒸發(fā)量與機(jī)組負(fù)荷一致。在加快爐側(cè)燃燒率的調(diào)節(jié)，及時(shí)恢復(fù)蓄能，使鍋爐蒸發(fā)量與機(jī)組負(fù)荷一致。在爐跟機(jī)協(xié)調(diào)模式時(shí)，鍋爐主控前饋包含一個(gè)靜態(tài)前饋

13、和三個(gè)動(dòng)態(tài)前饋：爐跟機(jī)協(xié)調(diào)模式時(shí)，鍋爐主控前饋包含一個(gè)靜態(tài)前饋和三個(gè)動(dòng)態(tài)前饋：爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制方案爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制方案基本指令為機(jī)組負(fù)荷指令加上調(diào)頻負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的燃料量，使鍋爐主指令對(duì)基本指令為機(jī)組負(fù)荷指令加上調(diào)頻負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的燃料量，使鍋爐主指令對(duì)應(yīng)于負(fù)荷的改變有一個(gè)絕對(duì)的變化量，屬于靜態(tài)前饋。應(yīng)于負(fù)荷的改變有一個(gè)絕對(duì)的變化量，屬于靜態(tài)前饋。變負(fù)荷時(shí)，目標(biāo)負(fù)荷減去速率限制后的變負(fù)荷時(shí)，目標(biāo)負(fù)荷減去速率限制后的LDCLDC指令所對(duì)應(yīng)的燃料量，作一個(gè)一指令所對(duì)應(yīng)的燃料量，作一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)和二階慣性環(huán)節(jié)的加權(quán)組合，以調(diào)整變負(fù)荷初始、中間、結(jié)束不階慣性環(huán)節(jié)和二階慣性環(huán)節(jié)的加權(quán)組合，以調(diào)整變負(fù)荷初始、中間、

14、結(jié)束不同階段所加的燃料量。同階段所加的燃料量。LDCLDC指令的微分作用：在整個(gè)變負(fù)荷過(guò)程中存在，加快壓力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。指令的微分作用：在整個(gè)變負(fù)荷過(guò)程中存在，加快壓力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。壓力設(shè)定值的微分作用：改善壓力調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。壓力設(shè)定值的微分作用：改善壓力調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制方案爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制方案給水解耦回路：中間點(diǎn)溫度控制器的輸出直接影響給水流給水解耦回路：中間點(diǎn)溫度控制器的輸出直接影響給水流量，當(dāng)給水流量增加時(shí)，推出一部分蒸汽，使機(jī)前壓力量，當(dāng)給水流量增加時(shí)，推出一部分蒸汽，使機(jī)前壓力和功率都有瞬時(shí)增加，如果燃燒率保持不變，功率將逐和功率都有瞬時(shí)增加，如果燃燒率保持不變，功率將逐漸

15、回落到原來(lái)水平，基本保持不變，壓力最后由于過(guò)熱漸回落到原來(lái)水平，基本保持不變，壓力最后由于過(guò)熱汽溫的下降而有所回落，穩(wěn)定在較原先壓力稍高的水平。汽溫的下降而有所回落，穩(wěn)定在較原先壓力稍高的水平。而協(xié)調(diào)對(duì)壓力和功率的調(diào)節(jié)作用會(huì)短時(shí)間內(nèi)改變?nèi)紵?，而協(xié)調(diào)對(duì)壓力和功率的調(diào)節(jié)作用會(huì)短時(shí)間內(nèi)改變?nèi)紵?，并再?duì)中間點(diǎn)溫度造成擾動(dòng)，有可能導(dǎo)致不穩(wěn)定狀況的并再對(duì)中間點(diǎn)溫度造成擾動(dòng)，有可能導(dǎo)致不穩(wěn)定狀況的發(fā)生。在燃料量的調(diào)節(jié)回路中引入中間點(diǎn)溫度控制器的發(fā)生。在燃料量的調(diào)節(jié)回路中引入中間點(diǎn)溫度控制器的微分環(huán)節(jié)修正實(shí)際燃料量，將給水量和燃燒率的相互作微分環(huán)節(jié)修正實(shí)際燃料量，將給水量和燃燒率的相互作用減小，穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)

16、行。用減小，穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)行。爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制方案爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制方案PIDPID參數(shù)的優(yōu)化：鍋爐主控參數(shù)的優(yōu)化：鍋爐主控PIDPID參數(shù)采用變?cè)鲆妫冐?fù)荷時(shí)減小比例系數(shù)參數(shù)采用變?cè)鲆?，變?fù)荷時(shí)減小比例系數(shù)和加長(zhǎng)積分時(shí)間，削弱和加長(zhǎng)積分時(shí)間，削弱PIDPID的調(diào)節(jié)作用，使得變負(fù)荷時(shí)爐主控前饋占的調(diào)節(jié)作用，使得變負(fù)荷時(shí)爐主控前饋占據(jù)主導(dǎo)地位；另一方面，穩(wěn)態(tài)時(shí)由于壓力是一個(gè)變化緩慢、遲延時(shí)間據(jù)主導(dǎo)地位；另一方面，穩(wěn)態(tài)時(shí)由于壓力是一個(gè)變化緩慢、遲延時(shí)間大的控制對(duì)象，因此引入非線性元件，當(dāng)壓力偏差小于大的控制對(duì)象，因此引入非線性元件，當(dāng)壓力偏差小于0.1Mpa0.1Mpa時(shí)，時(shí)，PIDPID的調(diào)節(jié)作用放慢一半

17、，穩(wěn)定機(jī)前壓力，避免壓力和燃料量的來(lái)回的調(diào)節(jié)作用放慢一半，穩(wěn)定機(jī)前壓力，避免壓力和燃料量的來(lái)回?cái)[動(dòng)。擺動(dòng)。 給水控制系統(tǒng)給水控制系統(tǒng)在機(jī)組燃燒率低于在機(jī)組燃燒率低于32%BMCR32%BMCR，鍋爐處于非直流運(yùn)行方式，給水控制保持，鍋爐處于非直流運(yùn)行方式，給水控制保持32% 32% BMCRBMCR流量指令，通過(guò)大小溢流閥及鍋爐再循環(huán)閥控制分離器水位；當(dāng)鍋流量指令，通過(guò)大小溢流閥及鍋爐再循環(huán)閥控制分離器水位；當(dāng)鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行階段，分離器處于干態(tài)運(yùn)行，成為（過(guò)熱）蒸汽通道，爐進(jìn)入直流運(yùn)行階段，分離器處于干態(tài)運(yùn)行，成為（過(guò)熱）蒸汽通道，此時(shí)給水控制任務(wù)不僅是應(yīng)負(fù)荷需求調(diào)整省煤器入口流量，還要調(diào)整微此時(shí)給水控制任務(wù)不僅是應(yīng)負(fù)荷需求調(diào)整省煤器入口流量，還要調(diào)整微過(guò)熱汽溫達(dá)到期望的設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)過(guò)熱主汽溫的粗調(diào)。相對(duì)于微過(guò)