600 MW超臨界機組給水控制策略及煤質變差 對給水的影響

王飛

摘 要 以我廠給水控制系統來闡述600 MW超臨界機組的給水控制策略及煤質偏離設計煤種后對給水產生的影響。通過對熱工邏輯圖，給水量計算公式，給水修正公式及系統內部參數定量計算出煤質變差時，給水在自動控制時的修正極限。為了能讓煤質變差，給水在自動位時，主汽溫度仍能達到額定，文中給出了解決辦法。雖沒有通過實踐證明，但通過在平時運行中給水解手動時的觀察，可以反推此方法是可行的。

關鍵詞 煤水比；分離器出口溫度；分離器出口壓力；焓值；限幅

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0060-02

張家港沙洲電力有限公司2×600 MW超臨界機組鍋爐為上海鍋爐廠引進技術制造的國產超臨界參數、變壓運行、螺旋管圈直流鍋爐，型號SG1913/25.40-M955，采用定-滑-定運行方式。汽輪機為上海汽輪機廠引進技術制造的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機，型號為N600-24.2/566/566。發電機為上海汽輪發電機有限公司引進美國西屋公司技術制造的QFSN-600-2型水氫氫汽輪發電機。熱控系統采用FOXBORO的分散控制系統。每臺機組配置2×50%B-MCR調速汽動給水泵和一臺30%的電動調速給水泵。

1 給水控制的基本策略

在超臨界機組中，減溫水只是對過熱汽溫進行細調，起一個短時間的調整作用，而且調整能力有限。長期調節作用是通過煤水比來實現的。煤水比不是恒定不變的，它必須隨負荷的改變而改變，如公式所示：

ist=ifw + （1）

式中：ist為主蒸汽焓值，kJ/kg；ifw為給水焓值，kJ/kg；F為燃料量，t/h；W為給水量，t/h；Qnet為燃料低位發熱量，kJ/kg；η為鍋爐效率。

當鍋爐給水溫度隨負荷的增加而升高時，ifw也隨之升高；機組定壓時，主蒸汽溫度和壓力為定值，即ist為定值；Qnet和η可視為常數，可見煤水比F/W是隨負荷的升高而減小的。無論是定壓還是滑壓運行，這一公式都是計算靜態煤水比F/W與負荷關系的基本公式。另一方面，燃料量和給水量在負荷改變的時按煤水比F/W并行進行調整，但二者對汽溫的動態影響是不同的，一般為給水超前于煤量。為了減少負荷動態調整過程中的汽溫波動，在給水指令中設置了動態校正環節，保證燃料量和給水量的動態匹配。

我廠機組正常運行方式為CCS下的爐跟機運行方式。此時汽機主控主要調節機組功率，形成高壓調門開度指令；鍋爐主控主要調節主汽壓力，形成燃料指令。給水控制器根據煤水比函數粗調給水，再通過中間點溫度修正，最終形成給水指令。具體控制邏輯如圖1。

給水調節回路最重要部分是燃料量經F（x）函數變換后生成基本給水量，它代表不同負荷（燃料量）下對給水的要求。F（x）即是俗稱的煤水比（我廠的煤水比其實是水煤比，即給水量除以給煤量。因習慣叫作煤水比）函數。由于汽溫對給水量的動態響應要比燃燒率快，設置了兩個慣性環節，使給水遲于

圖1 給水控制邏輯圖

煤量的變化。經過中間點修正后的給水公式為：

M12=M11（1+0.01×D） （2）

式中：M12為經過中間點溫度修正后給水量；M11為經過煤水比函數F（X）形成的給水量；D為中間點溫差修正值。

從邏輯圖中可以看到在主調節回路中，通過求和模塊加入了一個副調節回路，強制加水或減水，進一步控制分離器出口溫度的偏差在可控范圍之內。它有一個判斷邏輯：如果ABS（RIO4-RIO5）>35℃，那么ROO2=（RIO4-RIO5）×2，否則 ROO2=0。 （3）

式中：ABS為絕對值含義；RIO4為中點溫度；RIO5位分離器壓力經函數對應下的溫度；ROO2為副回路輸出。

給水在通過各個環節計算后經過大選器（>600 t/h）作為給水流量控制器的設定值，最終形成給水指令。

2 煤質變差對給水的影響

由于當前煤炭價格形勢緊張，我廠為了加強燃料成本的控制，優化燃料供應結構，通過多種途徑采購了混煤和褐煤，而非原設計煤種神府東勝煤。各煤質分析對比如表1。

在一段時間內，我廠在混煤中摻燒20%的褐煤，由此可見所燒煤種已經遠遠偏離了設計煤種。從給水方面帶來的影響看，在同等負荷下給水量已經比正常時偏多，直接導致主氣溫低于正常值10℃～20℃之多。在這種情況下運行人員經常是手動調整給水來保證主汽溫度的正常值。作為調峰機組，負荷是隨時在變動的.如果給水在手動狀態下，會給運行人員帶來很大的負擔，也會給機組的安全運行帶來隱患。下面主要從原理方面來分析煤質變差對給水的影響以及可采取的措施。分離器出口溫度控制邏輯圖如圖2。

圖2 中間點溫度修正邏輯圖

當中間點溫度控制器在自動狀態下，分離器出口壓力經壓力/溫度函數f（x）（保證具有一定的過熱度）折算成溫度。此溫度與中間點溫度相比較通過PID模塊生成中間點溫度修正值對給水進行修正。但此修正值是經過上，下限幅的。查內部參數可知上限幅MO1=20，下限幅MO2=-15。在燃燒設計煤種的情況下，機組隨負荷的不同，煤水比值大約在7.3～7.8之間。取煤水比平均值7.6及下限幅M02=-15來進行計算，代入經中間點溫度修正的給水公式：

M12=M11（1+0.01×D）

令M11=7.6，D=-15

得M12=6.46

由此可以看出，經中間點溫度修正后的煤水比最小值只能是6.46，如果此時煤質進一步變差（即同等負荷下，煤量會繼續增加），給水主要跟蹤煤水比函數，給水會自動增加，而中間點溫度修正值已達下限-15，修正能力受到限制。此時就造成了給水量偏多，主汽溫下降。給水自動狀態已經無法完成調節主汽溫的任務。運行人員往往會手動調整給水來保證主汽溫在額定范圍之內。

為了保證在煤質較差的情況下，給水控制自動能夠調節主汽溫，就必須使修正后的煤水比盡量地小。由給水公式看出可以通過兩種途徑來調整：1）適當地將煤水比函數的比值放小。但由于煤水比函數是根據設計煤種計算得出的，已經固化在系統內部，而且是隨負荷變化而變化，修改麻煩且計算量很大。另一方面燃燒煤種是時刻變化，修改煤水比函數存在較大風險。所以此方法不可行；2）可以適當地將中間點溫度修正值下限由-15改至-20，經計算中間點溫度修正后的煤水比最小值能達到6.08，基本可以滿足我們現階段所燒煤種了。但此下限也不宜設得過小，設得過小使得修正能力過強，當爐側發生擾動時，會造成給水波動變大。

當中間點溫度控制器在手動狀態時，中間點溫度修正值進行實時跟蹤。跟蹤值的公式為：

M10=（RIO1/RIO2-1）/0.01 （4）

式中：M10為中間點溫度修正值的跟蹤值；RIO1位省煤器入口流量；RIO2為經煤水比函數F（X）換算后的給水理論值。

從實際的運行經驗來看，給水手動調節時，當煤水比達到6.1左右時，跟蹤值在-19左右。進一步證明將下限設為-20是可行的。

3 結束語

因為給水對主汽壓力、過熱汽溫、有功功率的都有影響，甚至涉及到機組的安全，所以給水自動控制是超臨界直流爐控制中非常重要的回路。在機組的運行工況偏離設計工況時，我們可以合理地修改控制系統的內部參數，使機組運行在最優化狀態。

參考文獻

[1]孫奎明，時海剛.熱工自動化[M].中國電力出版社，2006.

[2]張秋生，岳建華，趙軍，何志永.超臨界機組的給水自動控制策略[J].華北電力技術，2007（9）.endprint