超臨界650MW的給水優化方案

楊凱元*

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超臨界650MW的給水優化方案

楊凱元*

（華潤電力(常熟)有限公司，江蘇常熟，215536）

華潤常熟電廠650MW超臨界直流爐機組，給水調節中頻繁出現振蕩超調等現象，通過邏輯優化，采用直接水焓控制策略，通過對給水流量指令之間增加二階慣性及純遲延的方式，消除了燃料相對滯后的問題，解決了給水自動振蕩的問題，同時取消了一級過熱器噴水減溫器前后溫差修正焓定值邏輯，優化鍋爐運行參數，適當提高了中間點焓定值，取得了良好的調節品質，給水調節平穩，與燃料調節相適應。為同類型機組提供經驗借鑒。

給水；振蕩；邏輯

引言：

650MW超臨界直流爐機組在我國火力發電機組中占據重要位置，直流鍋爐給水控制方案直接影響鍋爐響應速率，優化給水控制是解決鍋爐超溫問題的關鍵技術，對鍋爐的穩定性至關重要，因此給水優化控制日益引起各發電公司的重視。

1 存在的問題

華潤常熟電廠650MW超臨界直流爐機組給水控制方案存在主要問題為：

（1）燃料存在較大的慣性和遲延，當中間點焓定值增加時，燃料焓控PID輸出增加，機組燃料量增加，中間點焓實際值增加。給水控制系統與協調控制系統存在耦合，實際的調節過程比較復雜。燃料量增加引起汽輪機前蒸汽壓力增加，鍋爐主控PID輸出減少，并最終使燃料量恢復到初始狀態，給水流量較初始狀態有所減少。燃料校正中間點焓控制器PID參數的調節作用整定作用較弱。由于燃料側存在很大的慣性和遲延，同時控制作用與壓力控制存在耦合，導致實際控制效果不理想。

（2）爐主控輸出采用一階慣性濾波，不能滿足水煤動態配比的要求。缺點分析：對于燃料側，制粉系統存在著巨大的慣性和遲延，遲延時間約為30s，慣性時間為180s；對于水側，給水流量變化則直接導致鍋爐水冷壁內水流量變化，慣性時間不超過30s。導致爐主控輸出增加時，給水流量和燃料量變化的同時給水流量影響鍋爐汽水側的焓值和溫度，燃料量的影響嚴重滯后，現象是中間點焓及過熱度先下降，然后上升。通過焓差修正給水流量指令，導致給水流量在低負荷時出現振蕩的情況。

（3）采用一級過熱器噴水減溫器前后溫差修正焓定值在給水動態工況下往往發揮反向作用，導致動態工況下減溫水流量變化劇烈。

（4）原控制系統焓煤控制和焓水控制投入/切除邏輯存在問題，協調投入后不允許焓水控制投入自動。同時焓水控制PID參數整定不合適，控制系統存在明顯的振蕩現象。

（5）中間點焓采用溫度和壓力計算，實際中溫度采用熱電偶測量而壓力采用壓力變送器測量，熱電偶存在明顯的熱慣性而壓力變送器的響應則十分迅速，因此導致焓測量存在動態偏差。

2 改進方案

2.1 改進控制方案主要特點為：

（1）整體方案修改為直接的水控焓方式。即由鍋爐主控輸出折算出給水流量指令基準值，乘以一修正系數得到給水流量指令，修正系數由給水焓控制輸出得到。控制邏輯簡明，控制作用直接。

（2）鍋爐主控輸出對給水流量指令之間增加二階慣性及純遲延的方式，用來補償給水流量與燃料量對中間點焓的動態偏差。消除快速變負荷時中間點焓大幅波動的問題。

（3）不投入一級過熱器噴水減溫器前后溫差修正焓定值邏輯。

（4）修改焓煤控制和焓水控制自動的投入/切除允許邏輯，協調投入后，允許焓水控制投入自動，任何情況下不允許焓煤控制投入自動。對焓水控制PID參數進行整定，保證全工況下系統的控制品質。

（5）對計算中間點焓的分離器壓力信號進行濾波處理。

（6）修改爐主控與焓定值非線性對應多點折線函數，整體適當提高中間點焓定值，并進行線性化處理。

（7）針對機組存在的金屬壁溫超溫現象，設計了防超溫邏輯。一是對過熱度取微分修正給水流量，當過熱度存在上升趨勢時間增加給水流量；二是當過熱度高于一定值且繼續上升時，自動增加15t/h的給水流量并持續30s。

2.2 邏輯組態

如圖1：

圖1 邏輯組態

（1）機組發電負荷估計值除以機組發電負荷實際值得到BTU校正系數，為避免變負荷過程中出現偏差，設計有保持邏輯，即鍋爐給水流量、鍋爐燃料量、汽輪機高壓缸進汽調節門開度、汽輪機排汽壓力變化值超過額定值的1%時，將BTU校正系數保持為上一時刻計算值，鍋爐給水流量、鍋爐燃料量、汽輪機高壓缸進汽調節門開度、汽輪機排汽壓力穩定后200s后恢復。

（3）為避免各種干擾，BTU校正系數經過大的濾波、限速、限幅處理。正常情況下BTU校正系數被限制在0.95~1.05之間。

（4）BTU校正系數乘以鍋爐實際燃料量后，作為燃料主控的反饋信號。

（5）通過能量平衡原則計算鍋爐有效吸熱量信號。鍋爐總熱量包括過熱蒸汽吸熱量、再熱蒸汽吸熱量。利用汽水流量、出口入口焓值計算。

（6）利用煙氣側參數計算鍋爐排煙損失熱量、利用氧量和鍋爐負荷估算未完全燃燒損失、利用鍋爐負荷估算散熱損失和未計損失。

（7）鍋爐有效吸熱量加排煙損失、未完全燃燒損失、散熱損失和未計損失后得到鍋爐總熱量。

（8）鍋爐總熱量除以總給煤量后得到煤發熱量，鍋爐有效吸熱量除以鍋爐總熱量得到鍋爐效率。

（9）畫面上增加計算得到的煤發熱量數值，為運行人員調整燃燒提供依據。

（10）畫面上增加鍋爐效率數值，為運行人員觀察設備運行狀態提供依據。

3 參數調試

3.1 煤水動態配比邏輯

（1）煤水配比按照常用煤種直接配比，修正中間點焓調節器輸出的引入方式，采用乘積形式引入并設置修正系數。

（2）在鍋爐主控輸出對給水流量計算處加入二階慣性及純遲延補償，慣性時間升/降負荷時分別為40/90秒，純遲延時間為15秒。

3.2 焓控給水PID參數

（1）中間點焓控制采用給水調節。

（2）控制器Kp基準值由0.9調整為0.5。

（3）控制器Ti基準值由200調整為240。

（4）控制器Td由0調整為20*0.8。

（5）控制器Kp和控制器Ti做變參數，低負荷時調節作用減弱。

3.3 過熱度微分邏輯

（1）采用過熱度或中間點溫度信號微分，微分時間基準值為25*15，補償中間點焓控制的微分作用，抵消給水流量對過熱度的慣性。。

（2）微分增益采用變參數設計，低負荷時微分作用小，抵消對象增益變化，避免金屬壁溫超溫。。

（3）過熱度高于30℃且過熱度進一步增加時強減20t/h給水，直至過熱度開始降低，防止過熱度高時過熱度進一步增加引起的金屬壁溫超溫

（4）強減給水量變參數，中間點焓計算處壓力引入60s。

4 調試效果

4.1 BTU曲線分析

在常用負荷段內進行負荷擾動實驗，驗證BTU模型準確性。響應曲線如圖2至圖3，從曲線可以看出跟蹤良好，模型具備可替代性。

圖2 負荷擾動對比曲線

圖3 負荷擾動對比曲線

4.2 中間點焓曲線分析

在常用負荷段內觀察中間點焓自動控制投入情況，記錄運行曲線如圖4至圖5。

圖4 投入中間點焓控變負荷實驗曲線

圖5 投入中間點焓控變負荷實驗曲線

圖6 投入中間點焓控變負荷實驗曲線

圖7 投入中間點焓控變負荷實驗曲線

圖4至圖7中關鍵技術指標為：

（1）負荷變化范圍：420MW-630MW，即210MW。

（2）過熱度：14℃~30℃，修正過熱度隨負荷變化趨勢，實際波動±4℃。

（3）過熱汽溫變化范圍：550℃~562℃。

各項控制指標良好。

5 結束語

通過分析給水自動調節中出現的問題，通過邏輯優化，給水自動各項調節指標良好，達到了給水自動調節要求，保障了機組的安全穩定運行。

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Water Supply Optimization Scheme for Supercritical 650MW

YANG Kaiyuan*

(Huarun power (Changshu) Co., Ltd. Jiangsu Changshu, 215536, China)

Huarun Changshu power plant 650MW supercritical boiler feedwater control of frequent oscillation overshoot phenomenon, through logic optimization, using the direct water enthalpy control strategy by adding two order inertia and pure delay between the water flow instructions. Fuel lag problem is solved, the problem of the feed water automatic the oscillation problem, but canceled the thermostat before and after temperature correction enthalpy value reduction logic level optimization of boiler superheater spray, operating parameters, improve the appropriate intermediate point enthalpy value, better control quality, water supply regulation stable, compatible with fuel control. Provide experience for the same type of unit.

Water supply; Oscillating; Ligic

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2018.01.060

TK223

A

1672-9129(2018)01-0149-03

楊凱元. 超臨界650MW的給水優化方案[J]. 數碼設計, 2018, 7(1): 149-151.

YANG Kaiyuan. Water Supply Optimization Scheme for Supercritical 650MW[J]. Peak Data Science, 2018, 7(1): 149-151.

2017-11-03；

2017-12-15。

楊凱元（1983-）男，熱控工程師，研究方向：自動控制。E-mail:YANGKAIYUAN5@crpower.com.cn