660MW超超臨界直流鍋爐汽溫控制策略研究

沈慶東

摘 ?要：本文將從當(dāng)前直流鍋爐汽溫的概況出發(fā)，闡述控制直流鍋爐汽溫的作用，對(duì)超超臨界直流鍋爐的主要汽溫控制舉措進(jìn)行分析與探究，希望為相關(guān)人員提供一些幫助和建議，改善660MW超超臨界直流鍋爐的過熱汽溫問題，從而使直流鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性得到保證。

關(guān)鍵詞：汽溫控制;直流鍋爐;過熱汽溫

引言：

近些年，國(guó)內(nèi)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，在已有的超臨界直流鍋爐基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了一種大容量、高參數(shù)的660MW發(fā)電機(jī)組，該直流鍋爐具備超過25兆帕的主蒸汽壓力，再熱蒸汽溫度和主蒸汽溫度超過580攝氏度。由于直流鍋爐具有較高的運(yùn)行參數(shù)，調(diào)峰要求也相對(duì)較高，增加了控制直流鍋爐汽溫的難度，因此，研究超超臨界直流鍋爐的主要汽溫控制具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

一、當(dāng)前直流鍋爐汽溫的概況

直流鍋爐汽溫發(fā)生改變的因素相對(duì)較多，當(dāng)直流鍋爐運(yùn)行正常時(shí)，其不同受熱面不存在明確界限，過渡段溫度、蒸發(fā)段溫度、加熱段溫度的分布存在漸進(jìn)性的特點(diǎn)。若直流鍋爐中給水和燃料為不均衡比例，那么就會(huì)改變各個(gè)受熱面之前的平衡狀態(tài)，從而改變蒸汽輸出參數(shù)。若直流鍋爐減少給水量則會(huì)增加直流鍋爐燃燒時(shí)間，延長(zhǎng)蒸汽過渡段時(shí)長(zhǎng)，整體擴(kuò)大過渡面積，導(dǎo)致蒸汽溫度下降困難，提升出汽口部位的蒸汽溫度。相反，若直流鍋爐增加給水量則會(huì)整體擴(kuò)大蒸發(fā)段面積，使直流鍋爐里的溫度大幅降低，對(duì)出汽口汽溫和鍋爐汽溫產(chǎn)生影響。

二、超超臨界直流鍋爐的主要汽溫控制舉措

進(jìn)行汽溫控制有利于超超臨界直流鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行，提高其經(jīng)濟(jì)性。一般來說，超超臨界直流鍋爐的主要汽溫控制舉措包括調(diào)整機(jī)組汽溫、控制燃水比、控制過熱汽溫等。

（一）調(diào)整機(jī)組汽溫的主要方法

1.整體調(diào)整過熱汽溫

減溫噴水來自直流鍋爐給水總量，這使得由于煤水比不協(xié)調(diào)而導(dǎo)致的溫度偏差無法只依靠減溫噴水來充分校正。如果煤水比相對(duì)較大，那么要想讓過熱汽溫保持不變就要用到許多減溫水，在這種情況下，煤水比不協(xié)調(diào)的情況將會(huì)加劇，噴水受熱面和工作流量將會(huì)大幅減少，導(dǎo)致多段的工質(zhì)溫度、受熱面金屬溫度升高，這樣一來，非但無法對(duì)汽溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，反而會(huì)使水冷壁超溫情況不斷加劇，對(duì)直流鍋爐運(yùn)行的安全性產(chǎn)生影響。

處于給定負(fù)荷時(shí)，中間點(diǎn)焓值和主蒸汽焓值相同，都會(huì)被煤水比所影響。即使煤水比出現(xiàn)了極小的變化，中間點(diǎn)溫度也會(huì)受到影響[1]。對(duì)于煤水比反映，中間點(diǎn)溫度比熱蒸汽溫度作出的反映更快。從大量直流鍋爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌虻贸觯虚g點(diǎn)每改變1攝氏度，過熱蒸汽將隨之改變5攝氏度至10攝氏度。從這個(gè)角度來講，對(duì)中間點(diǎn)焓值進(jìn)行選取來控制煤水比的過程中，能夠產(chǎn)生提前控制過熱蒸汽的功能。一旦工況出現(xiàn)變化，需按照中間點(diǎn)溫度對(duì)煤水比進(jìn)行調(diào)整，這樣能夠讓調(diào)節(jié)汽溫時(shí)間滯后大幅減少，并在第一時(shí)間對(duì)水冷壁整體工質(zhì)溫度進(jìn)行控制，避免水冷壁出現(xiàn)傳熱惡化的問題。整體而言，借助煤水比的調(diào)整使中間點(diǎn)穩(wěn)定溫度得到保證，維持適當(dāng)范圍的過熱度，從本質(zhì)上講相當(dāng)于固定過熱器出口、中間點(diǎn)二者的過熱段，讓直流鍋爐具備和汽包爐相近的過熱汽溫性質(zhì)。由此不難看出，為了使超超臨界直流鍋爐的過熱汽溫始終是額定值，就要將煤水比控制在一定范圍內(nèi)。

2.詳細(xì)調(diào)整過熱汽溫

大致穩(wěn)定中間點(diǎn)的溫度后，直流鍋爐便不會(huì)產(chǎn)生較大的過熱汽溫溫差。不過，調(diào)節(jié)超超臨界直流鍋爐時(shí)會(huì)受到多種不同的因素所影響，不能只依賴基于煤水比的整體調(diào)整，還應(yīng)通過噴水減溫器展開細(xì)致、深入的調(diào)整工作。由于噴水減溫器具有較快的反應(yīng)速度和較小的工作惰性，因此噴水的溫度改變能夠完成于短短幾秒鐘時(shí)間。

與此同時(shí)，超超臨界直流鍋爐加長(zhǎng)了原有的過熱器管道，增加了慣性與滯后，其結(jié)構(gòu)也變得更為復(fù)雜，因此需要通過多級(jí)減溫噴水的方式加以細(xì)調(diào)。比如，某發(fā)電廠660MW超超臨界直流鍋爐對(duì)三級(jí)噴水控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此來控制過熱汽溫。在后屏過熱器、屏試過熱器、低溫過熱器的后面依次放置三級(jí)減溫器，起到了良好的過熱汽溫細(xì)調(diào)效果。

（二）控制燃水比的主要方法

1.選擇反饋信號(hào)

燃水比反饋信號(hào)既可以是中間點(diǎn)焓值，又可以是中間點(diǎn)溫度，在負(fù)荷發(fā)生改變后，中間點(diǎn)焓值的線性度優(yōu)勢(shì)與靈敏度優(yōu)勢(shì)會(huì)表現(xiàn)的更為明顯。除了反映燃水比不協(xié)調(diào)這一點(diǎn)外，中間點(diǎn)焓值還可以作為過熱蒸汽作功水平的代表。給定焓值在控制負(fù)荷的同時(shí)，也能夠粗略調(diào)整過熱汽溫。由此不難看出，采用中間點(diǎn)焓值能夠使調(diào)節(jié)燃水比的性能與精度得到保證。

2.設(shè)計(jì)控制回路

調(diào)整燃水比是汽溫保持的最后關(guān)卡，但其影響延遲相對(duì)較大。而減溫噴水可以使過熱汽溫快速變化，但汽溫在最后無法維持恒定狀態(tài)[2]。只有協(xié)調(diào)、整合以上兩個(gè)方法，才可以得到最優(yōu)的汽溫響應(yīng)性能與汽溫調(diào)整性能。以校正中間點(diǎn)焓值為基礎(chǔ)構(gòu)建給水控制系統(tǒng)，省煤器到分離器的焓值乘以水流量目標(biāo)值能夠得到爐膛吸熱量，其目標(biāo)值由鍋爐金屬儲(chǔ)能加以修正后，除以爐膛焓值并減掉減溫水流量，即可獲得爐膛給水的真實(shí)需求值。

與此同時(shí)，一級(jí)減溫器及其入口汽溫之間的控制偏差即為T控制器偏差值，加權(quán)相加兩個(gè)不同的控制偏差，用所得的偏差信號(hào)對(duì)燃水比進(jìn)行修正。對(duì)減溫器溫差信號(hào)進(jìn)行添加是因?yàn)槠淠軌虮硎具m量噴水。按照這一思想進(jìn)行調(diào)整后，燃水比會(huì)讓減溫器始終處于已設(shè)置好的預(yù)定溫差值，確保減溫器能夠在合適的位置運(yùn)行，適當(dāng)調(diào)整時(shí)響因汽溫做出的上下波動(dòng)，防止減溫器在全關(guān)、全開部位時(shí)間較長(zhǎng)而造成調(diào)節(jié)滯后的問題。

（三）控制過熱汽溫的主要方法

一般通過PID串級(jí)策略來控制過熱汽溫，當(dāng)處于穩(wěn)定的工況時(shí)，該控制策略能夠讓直流鍋爐運(yùn)行生產(chǎn)需求基本滿足，當(dāng)處于鍋爐改變火焰中心、負(fù)荷升降幅度大、鍋爐啟停等工況時(shí)，經(jīng)常會(huì)有汽溫反調(diào)或調(diào)節(jié)滯后的問題，同時(shí)，減溫水執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法作出快速響應(yīng)，不應(yīng)頻繁、反復(fù)的做出動(dòng)作，這也使PID串級(jí)調(diào)節(jié)面對(duì)擾動(dòng)幅度突然增大時(shí)會(huì)減弱控制能力[3]。從這個(gè)角度考慮，減溫水控制應(yīng)以物理機(jī)理過程為基礎(chǔ)。在該控制方案中，出口汽溫的調(diào)整系數(shù)乘以設(shè)定偏差值能夠得到調(diào)整要求，PID控制器能在出口汽溫出現(xiàn)偏差后根據(jù)所得到的調(diào)整要求展開一系列調(diào)節(jié)，使減溫噴水量發(fā)生變化，以此來實(shí)現(xiàn)進(jìn)口汽溫變化的目的。

一旦進(jìn)口汽溫發(fā)生變化，利用過熱器能夠使出口汽溫發(fā)生變化，再借助模擬過熱器產(chǎn)生的進(jìn)口汽溫變量，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器回路與出口汽溫彼此抵消。若實(shí)際過熱器、模擬過熱器二者的特性相接近，那么設(shè)定值回路處在動(dòng)態(tài)調(diào)整中時(shí)便會(huì)始終保持恒定狀態(tài)，確保系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能的穩(wěn)定性。除此之外，為了避免因汽溫過低而出現(xiàn)過熱器進(jìn)水的情況，應(yīng)通過減溫水壓力測(cè)點(diǎn)施加裕量，并將這個(gè)裕量當(dāng)成出口汽溫下限值。

三、汽溫控制在超超臨界直流鍋爐中的應(yīng)用

某發(fā)電廠在調(diào)試660MW超超臨界直流鍋爐時(shí)采用了以上汽溫控制方案，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與組態(tài)十分順利，且控制品質(zhì)良好。一方面，三級(jí)減溫水、燃水比都投入到協(xié)調(diào)控制和自動(dòng)控制中，運(yùn)行方式采用AGC模式，從550MW負(fù)荷指令降低到350MW負(fù)荷指令的整個(gè)過程中，兩側(cè)主蒸汽始終將溫度控制于正負(fù)3攝氏度的范圍內(nèi)。另一方面，三級(jí)減溫水、燃水比都投入到協(xié)調(diào)控制和自動(dòng)控制中，運(yùn)行方式采用AGC模式，從480MW負(fù)荷指令增加到610MW負(fù)荷指令的整個(gè)過程中，兩側(cè)主蒸汽也能夠?qū)囟瓤刂朴谡?fù)3攝氏度的范圍內(nèi)。

結(jié)語：

總而言之，研究超超臨界直流鍋爐的主要汽溫控制舉措具有重要的意義。相關(guān)人員應(yīng)對(duì)當(dāng)前直流鍋爐汽溫的概況有一個(gè)全面了解，充分把握控制直流鍋爐汽溫的作用，能夠通過調(diào)整機(jī)組汽溫、控制燃水比、控制過熱汽溫等方式有效控制直流鍋爐汽溫，改善660MW超超臨界直流鍋爐的過熱汽溫問題，從而使直流鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性得到保證。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳壽貴，王紅雨，黨小建，等.某350 MW超臨界直流鍋爐分離器汽溫偏差和汽溫偏低原因分析及調(diào)整方法[J].鍋爐技術(shù)，2019，49（01）：22-27.

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[3] 范永勝，徐治皋，陳來九.基于動(dòng)態(tài)特性機(jī)理分析的鍋爐過熱汽溫自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2019，（01）：23-28.

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