超臨界機組主蒸汽溫度自動控制優(yōu)化

杜志強，李迪永，姜化斌

(華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453635)

1 超臨界機組自動控制現狀

目前，600 MW超臨界機組已經得到廣泛應用，但在自動化技術和運行技術方面還存在一些問題，造成機組運行不穩(wěn)定，非計劃停運次數較多。因此，應從自動控制方面著手:一是保證熱控設備的穩(wěn)定性以及聯(lián)鎖、保護動作的正確性，以提高機組運行的安全性;二是提高自動化水平，使機組運行在最佳經濟運行區(qū)間，從而提高全廠的經濟效益。

鑒于機組本身的復雜性，對鍋爐實施控制時存在以下幾個難點。

1.1 系統(tǒng)存在嚴重耦合性

超臨界直流機組屬多變量被控對象，其主要輸入量是給水量、燃料量和送風量，主要輸出量是主蒸汽溫度、主蒸汽壓力和發(fā)電機功率。任何輸入量變化都會引起輸出量的變化，所以，超臨界直流機組不能像汽包爐那樣，將燃料、給水、汽溫簡單地分為3個控制系統(tǒng)，而是將燃料量和給水量的控制與主蒸汽溫度控制緊密地聯(lián)系在一起，這是超臨界直流機組控制最突出的特點。

1.2 系統(tǒng)存在較強非線性

隨著負荷的變化，超臨界機組的動態(tài)特性參數亦隨之大幅度變化，而且鍋爐控制存在不確定時滯;此外，超臨界機組普遍采用變壓方式運行，當工質溫度處于對應壓力下的大比熱容區(qū)域時，隨著工質吸熱量的增加，工質溫度變化不大，而工質比熱容急劇增大，溫導系數急劇減小，容易引起水動力不穩(wěn)定或流量分配不均。

2 主蒸汽溫度控制工作原理

雙回路熱平衡減溫控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示，雙回路熱平衡控制SAMA圖如2所示。這是一個具有導前信號的雙回路汽溫調節(jié)系統(tǒng)，與典型的具有導前微分雙回路汽溫控制有以下不同之處。

圖1 雙回路熱平衡減溫控制系統(tǒng)原理圖

2.1 雙回路熱平衡減溫控制原理

雙回路熱平衡減溫控制內回路采用了［(1－PTn)×導前信號］為反饋信號。PTn為過熱器特性模擬器，它隨著負荷的變化而發(fā)生改變，可通過負荷與多容環(huán)節(jié)時間常數的關系曲線，實現不同負荷下過熱器特性的調節(jié)。［(1－PTn)×導前信號］相當于一個實際微分環(huán)節(jié)，動態(tài)時使PTn模塊的輸出與主汽溫近似相等，從而改善主汽溫度調節(jié)對象的動態(tài)特性;穩(wěn)態(tài)時［(1－PTn)×導前信號］近似為零，使過熱器出口汽溫等于給定值。

圖2 雙回路熱平衡控制SAMA圖

2.2 雙回路熱平衡減溫控制的計算方法

雙回路熱平衡減溫控制全部采用焓值計算，過熱器出口汽溫的改變量是通過過熱器入口汽溫(噴水減溫器出口汽溫)的改變來實現的。由表1、表2、圖3、圖4可以看出，在不同壓力或負荷下，過熱器出口汽溫的改變量間同樣也存在定量關系，可通過過熱器進口和出口蒸汽的比熱容確定，而比熱容隨著壓力升高而增大。例如，在某負荷下，過熱器入口蒸汽參數為25.5MPa/396℃，其比熱容為24.6kJ/(kg·℃);過熱器出口蒸汽參數為24.2 MPa/566℃，其比熱容為3.1 kJ/(kg·℃)。因此，入口蒸汽比焓增加24.6 kJ/kg，將提高進口溫度1℃，出口汽溫提高1℃，則需出口蒸汽比焓增加3.1 kJ/kg，在出口蒸汽比焓同樣增加24.6kJ/kg的情況下，出口蒸汽溫度將增加24.6/3.1=7.93(℃)。出口與入口蒸汽比熱容的比值為出口汽溫對應入口汽溫要求的調整系數。但如果采用比焓計算，就不用此修正系數。

由表1可以看出，分離器出口溫度(過熱度為10℃)每變化1℃，對主蒸汽溫度的影響為24.6/3.1=7.93(℃);當分離器出口溫度(過熱度為2℃)每變化1℃，對主蒸汽溫度的影響為36.8/3.1=11.87(℃)。

表2 主蒸汽壓力為18.0 MPa時的比熱容

由表2可以看出，分離器出口溫度(過熱度為10℃)每變化1℃，對主蒸汽溫度的影響為10.2/2.8=3.6(℃)。

2.3 利用傳遞原理計算噴水后蒸汽焓增

采用能量傳遞原理，計算噴水后蒸汽焓增，計算方法如下

表1 主蒸汽壓力為24.2 MPa時的比熱容

由式(1)、式(2)可得出噴水后過熱蒸汽比焓為

內回路包括噴水后過熱蒸汽比焓計算回路、［(1－PTn)×導前信號］微分回路、調節(jié)器、M/A手操器、減溫水調節(jié)閥;外回路包括主汽比焓、一級減溫水入口比焓、主蒸汽流量、減溫水流量等。為了增強系統(tǒng)快速性并減少系統(tǒng)帶來的擾動，引入噴水前溫度微分前饋信號和主汽比焓微分加入主調節(jié)回路。

3 結束語

引入減溫水流量作為閉環(huán)控制，對系統(tǒng)的準確性和快速性起到很好的作用。全比焓傳遞使得系統(tǒng)簡單，只有一個PID調節(jié)器，完成主、副調節(jié)和流量閉環(huán)功能，使現場調整參數更簡單。

經過對減溫控制的優(yōu)化，使得主蒸汽溫度控制更快速、準確，提高了超臨界機組的可靠性和安全性，提高了機組的經濟效益，減少了溫度大幅波動給機組帶來的損失，防止爆管，延長了機組壽命。