660 MW超超臨界直流鍋爐汽溫控制策略研究

張 興，陳勝利，丁曉漢，王小兵，施 壯

(1.安徽省電力科學研究院，合肥 230061;2.中電國際蕪湖發電有限責任公司，安徽 蕪湖 241009)

660 MW超超臨界機組是在常規超臨界機組的基礎上發展起來的新一代高參數、大容量發電機組，其主蒸汽壓力為25 MPa及以上，主蒸汽及再熱蒸汽溫度為580℃及以上。與常規超臨界機組相比，超超臨界機組的熱效率可提高3%左右，而相對于亞臨界機組其熱效率更要提高6%左右。但由于超超臨界機組運行參數高，鍋爐為直流爐形式，需適應大范圍調峰的要求，因此，這就給超超臨界機組汽溫實際控制提出了更高要求[1-2]。

1 超超臨界機組汽溫調整手段研究

對于超超臨界直流鍋爐來說，過熱汽溫的控制屬于多輸入的強耦合特性，在汽水流程上一次性通過，沒有汽包將加熱段、蒸發段和過熱段明顯地分開，因此不能像汽包爐機組僅依靠噴水減溫和燃燒器擺角調節蒸汽溫度[3]。

1．1 以煤水比調節實現過熱汽溫“粗調”

由于減溫噴水引自進入鍋爐的總給水量，煤水比失調造成的溫度偏差，是不能僅靠噴水減溫的方法來校正的。例如，若煤水比過大使汽溫上升時，維持過熱汽溫不變需要大量的減溫水，這將進一步加劇煤水比例失調，噴水點前的受熱面，尤其是水冷壁中的工質流量必然減小，引起噴水點前各段受熱面金屬和工質溫度升高，其結果不僅起不到調節汽溫的作用，而且還會加劇水冷壁的超溫，影響鍋爐安全運行。

在給定負荷下，與主蒸汽焓值一樣，中間點的焓值(溫度)也受煤水比的影響。只要煤水比稍有變化，就會影響中間點溫度。而中間點溫度對煤水比的反映，也要比過熱蒸汽溫度的反映快的多。運行經驗表明:中間點溫度每變化1℃，過熱蒸汽溫度將變化5～10℃。因此選擇中間點焓值(溫度)控制煤水比，相對于過熱蒸汽可以起到提前調節的作用。當運行工況發生變化時，根據中間點溫度調整煤水比，不僅可減小汽溫調節的滯后時間，還可以及時控制水冷壁的工質溫度，防止水冷壁發生傳熱惡化。

通過調整煤水比保持中間點溫度的穩定，且保持適當的過熱度，實際上相當于通過煤水比調節將中間點至過熱器出口之間的過熱段固定，以使直流鍋爐與汽包爐具有類似的過熱汽溫特性。所以對于超超臨界直流鍋爐，要保證過熱汽溫為額定值，必須保持適當的煤水比[4]。

1．2 以噴水減溫作為過熱汽溫的“細調”手段

在中間點溫度基本穩定后，過熱汽溫就不會出現太大的溫差，但由于超超臨界鍋爐調節中影響的因素很多，只靠煤水比的粗調還是不夠的，還需用噴水減溫器進行快速細調，因為噴水減溫惰性小、反應快，從開始噴水到噴水點后溫度開始變化只需幾秒鐘。由于超超臨界鍋爐過熱器管道加長，結構復雜，滯后和慣性加大，因此應采用多級噴水減溫進行細調，如中電蕪湖發電廠2×660超超臨界機組選用的北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產的B＆WB-2091/26.15-M型鍋爐，過熱汽溫控制設計了三級噴水分級控制。三級減溫器分別布置在低溫過熱器、屏試過熱器和后屏過熱器之后，這種超超臨界機組過熱汽溫控制系統如圖1所示。

圖1 超超臨界機組過熱汽溫控制系統示意圖

2 燃水比控制策略研究

2．1 燃水比控制反饋信號的選取

中間點溫度和中間點焓值均可作為燃水比的反饋信號，而且當負荷變化時，中間點焓值在靈敏度和線性度方面具有明顯的優勢。中間點焓值除了對燃水比失調反映快以外，焓值還代表了過熱蒸汽的作功能力，焓值的給定值不但有利于負荷控制，而且也可實現過熱汽溫粗調。因此選用中間點焓值，可以保證燃水比的調節的精度和性能[5]。

2．2 燃水比控制回路設計

燃水比調整是保持汽溫的最終手段，但對過熱汽溫影響的遲延大;減溫噴水能較快改變過熱汽溫，但最終不能維持汽溫恒定。若將二者協調起來，才能獲得整體汽溫調整和響應性能的最優。基于中間點焓值校正思想的給水控制系統如圖2所示。在圖2中，爐膛吸熱量目標值為給水流量目標值與省煤器入口至分離器出口理論焓增的乘積，這個目標值經過鍋爐金屬儲能的瞬態修正(鍋爐金屬能是基于爐膛出口飽和溫度的變化率)除以來自T控制器的爐膛焓增需求值，再減去鍋爐減溫水的流量，就得出了實際的爐膛給水流量需求值。

圖2 超超臨界機組燃水比調節示意圖

進入T控制器的偏差量是一級減溫器入口汽溫(低溫過熱器出口汽溫)和一級減溫器前后溫差的控制偏差。這兩個控制的偏差量加權相加后形成了T控制器的控制偏差，以此偏差信號去修正燃水比。加入一級減溫器前后溫差信號的目的是該信號代表了一級減溫器的適量噴水。據此調整后的燃水比將使一級減溫器穩定在預定的溫差設定值上，保持一級減溫器工作在適中位置，以及時響應對汽溫上下波動進行調整，避免減溫器長期處于全開或全關位置所導致的調節滯后。

3 過熱汽溫控制策略研究及設計

過熱汽溫控制通常選擇串級PID控制策略，在工況相對穩定的情況下，這種控制策略基本能滿足生產運行要求，但在鍋爐啟停磨、大幅度升降負荷、鍋爐火焰中心變化等復雜工況下，往往會發生汽溫調節滯后甚至反調。同時普通減溫水電動執行機構響應速度不快，不適宜頻繁動作，也降低了串級PID調節對較突然的大幅擾動控制能力。因此，我們應用了一種基于物理機理過程的減溫水控制方案，如圖3所示。在圖3中，出口汽溫與其設定值的偏差與調整系數相乘轉換為對進口汽溫的調整要求。出口汽溫偏差產生后，PID控制器即按轉換后對進口汽溫的調整要求進行調節，從而改變減溫噴水量，改變進口汽溫。進口汽溫改變后將通過過熱器改變出口汽溫，進口汽溫通過模擬的過熱器特性PTn(多容環節)形成的變量，在PID調節器的設定值回路與經調整因子相乘的實際出口汽溫相互抵消。如果模擬的過熱器特性PTn與實際過熱器特性充分接近，則在整個動態調整過程中設定值回路基本維持恒定，系統調節性能十分穩定。同時為防止汽溫過低導致過熱器進水，還用減溫水附近的壓力測點對應的飽和溫度加上一個裕量作為出口汽溫設定值的下限。

圖3 超超臨界機組減溫水調節示意圖

4 工程應用實例

上述控制方案在中電蕪湖發電廠2×660 MW超超臨界機組的調試過程中完成了組態和現場調試，獲得了良好的控制品質。

1)工況1:2號機組燃水比及各級減溫水均投入自動控制，協調控制也投入，AGC為運行方式，負荷指令在由550 MW連續下降至350 MW(13.2 MW/min)過程中，左右側主蒸汽溫度控制在±3℃，如圖4所示。

2)工況2:2號機組燃水比及各級減溫水均投入自動控制，協調控制投入，AGC運行方式，負荷指令由480 MW連續上升至610 MW(13.2 MW/min)過程中，左右側主蒸汽溫度控制在±3℃，如圖5所示。

5 結語

汽溫控制是提高機組熱效率和保證機組安全運行的重要組成部分，也是超超臨界機組的控制難點。由此本文分析了燃水比控制的和過熱器減溫水控制在超超臨界機組汽溫控制中所起到的不同作用，著重介紹了一種基于中間點焓值校正思想的燃水比控制汽溫粗調方案和基于物理機理過程的減溫水控制汽溫細調方案。這兩方案已應用于中電蕪湖發電廠2×660 MW超超臨界機組，在AGC運行方式下，已經承受住了長期商業運行及復雜工況的考驗，主蒸汽溫度控制品質完全滿足機組安全和經濟運行需求。

[1]劉維.超(超)臨界機組控制方法與應用[M].北京:中國電力出版社，2010.

[2]程蔚萍，陳勝利.超臨界直流鍋爐汽溫控制系統的改進[J].發電設備，2008，22(4):351-354.

[3]夏明.超臨界機組汽溫控制系統設計[J].中國電力，2006，39(3):74-77.

[4]沈繼忱，程玉偉.基于干擾觀測器PID在主蒸汽溫度控制系統的應用[J].黑龍江電力，2011，33(3):168-170.

[5]王玉清，董傳敏，鄭亞光，等.基于中間點焓值校正的超臨界機組給水全程控制[J].鍋爐技術，2010，41(3):11-15.