300MW超临界直流锅炉自动控制系统的运行及优化

300MW超临界直流锅炉自动控制系统的运行及优化
作者：张首红
来源：《科学与财富》2017年第24期
摘要：随着计算机技术的不断研究和发展，自动控制系统在电力行业中的应用也越来越广泛，本文对300MW超临界直流锅炉自动控制系统的相关问题进行分析，并且对自动控制系统的设计进行探讨，旨在提高锅炉自动控制水平，提高电力系统生产效率。

关键词： 300MW；超临界直流锅炉；自动控制系统；设计
引言
高效超临界机组可较大幅度地提高发电效率，而且可以达到节约能源、减少污染的目的，从我国当前的实际情况来看，超临界机组可降低煤耗约20%，在节能环保要求下是具有十分广阔的应用前景。

超临界机组只能采用直流锅炉，也决定了超临界机组对电网调峰要求的适应能力以及负荷变化时的启动和停止能力都要优于亚临界机组。

随着人们对电力产品的需求越来越高，在电力行业发展过程中机组的更新也越来越迅速，300 MW超临界机组已经成为电力生产过程中的主要机组，也是未来电力机组发展的主要方向。

虽然超临界机组具有很多优势，但其锅炉的蓄热能力不足，惯性较小，温度容易超过标准温度，所以在对超临界机组进行控制的时候要实现自动化控制，确保超临界机组的输入和输出保持在一个相对稳定的状态。

当前我国的超临界机组自动化控制水平与其他的发达国家电力行业中的超临界机组自动控制技术相比还有一定差距，针对300 MW超临界机组的自动控制系统的运行和研究还要不断更新。

一、超临界直流锅炉的控制特点
超临界锅炉的分类方式有很多种，例如根据控制来分类可以分为内置式分离器启动系统和外置式分离器启动系统。

当前我国的超临界锅炉主要采用内置式分离器启动系统，锅炉在运行过程中主要采用联合变压运行方式，如果机组运行过程中的情况出现较大的变化，则可能会导致水冷壁工质的压力产生大幅度变化，工质的相变点、比容、温度、汽化潜热等都会出现较大变化。

超临界直流锅炉控制系统具有以下几个方面特点：
第一，要严格控制锅炉的燃水比，确保锅炉运行过程中的某个时间点的温度或者焓值满足生产要求。

第二，在超临界直流锅炉控制系统中要采用前馈控制技术，确保超临界直流锅炉的各个系统之间的联系更加紧密，信息传递更迅速，而且在串级控制系统中，为了减少主调动作，前馈以及反馈信号之间的配比应该要尽可能保持准确。

第三，在超临界直流锅炉的全程运行过程中都要采用参数变化、设定值变化、解耦技术以及基于对象特性辨识的自适应控制等技术。

在进行超临界机组自动控制系统设计时，应该要明确自动系统需要满足的任务要求。

主要有以下四个方面：第一，当电网负荷调度指令产生之后，要以最快的速度满足该指令所需要的蒸汽量。

第二，确保锅炉运行时的蒸汽以及再热蒸汽的参数保持稳定。

第三，确保锅炉一直保持最佳的燃烧工况，使锅炉具有最高的燃烧效率。

第四，保持炉膛负压为给定值满足要求。

二、超临界直流锅炉的自动控制系统设计方案
（一）给水控制系统
给水是超临界直流锅炉运行过程中的一个重要环节，在超临界直流锅炉自动控制系统中，要实现对给水过程的自动化控制。

在给水控制过程中要根据汽水状态对具体的控制方式进行确定，主要有以几种不同的状态：
1、当汽水分离器保持湿态运行，此时锅炉的控制方式是最小流量控制。

如图一所示，当机组处于启动状态的时候，分离器的疏水由AA、AN、ANB阀排至除氧器及疏水扩容箱。

AA、AN、ANB这三个阀门前都有一个电动的隔绝门，如果外界的状态符合某种条件之后，电动隔绝门就会自联锁打开或关闭。

当启动分离器对分离器水位进行修正之后可以对三个控制阀进行分别控制，确定不同的开启和闭合状态，这三个阀门由一套液压控制系统进行控制，开启阀门的时间很快，而且流量十分充足，可以保证疏水排放要求。

其中ANB阀的疏水是通往除氧器中的，当锅炉运行正常的时候，分离器的压力比较高，为了保证除氧器安全运转，在ANB阀及隔离阀上都可以加上联锁保护。

当除氧器中的压力增加到一定值的时候，可以强制关闭阀门，当压力降低到安全值之后才可以开启阀门。

2、当汽水分离器处于干态运行时，锅炉的控制要变为，主蒸汽温度控制及给水流量控制。

在锅炉的给水控制过程中，一般采用串接方式，汽水分离器出口是一个中间的连接点，当汽水分离器处于干态运行的时候，控制系统的流程如下图所示。

在这种状态下，汽水分离器的出口温度对燃水比进行修正，确保锅炉给水状态保持正常。

通常将超临界压力锅炉的中间点选在汽水分离器出口，主要原因有几个方面：能够反映出燃料的变化情况；基本不会受减温水流量变化的影响，即使减温水量大幅度增加或者减少，锅炉的给水量依旧可以保持正常；汽水分离器的出口保持过热状态，温度测量比较准确、灵敏。

在对给水过程进行控制的时候，正常的汽水分离器出口温度是汽水分离器压力的函数，可以为给水控制系统提供第一反馈修正信号，以过热器的总喷水流量以及给水流量的比值作为控制系统的第二个反馈修正信号，通过两次修正，可以确保给水控制系统的信号更加准确。

当机组在运行过程中压力超过临界压力的时候，汽水分离器的出口附近会出现最大比热区，分离器出口温度
的敏感性会随着焓值的变化而降低，不能反映出燃水比的变化情况，但此时过热器的总喷水流量与给水流量的比值正好能反映出燃水比的变化。

3、用给水流量控制中间点温度。

在本系统中，给水流量可以对中间点的温度进行控制，在传统的亚临界直流锅炉中一般采用中储式制粉系统，采用燃料用量来控制中间点的温度或者焓值，但是对于超临界锅炉而言，直吹式制粉系统的惯性较大，如果依旧使用控制燃料数量来控制中间点的温度，会产生一定的延迟，为了超临界锅炉的热应力，并且延长锅炉的寿命，可以实现动态温度控制，减少压力控制模式，给水流量控制可以达到更加灵活的控制目标。

4、给水流量信号的产生。

随着超临界锅炉的不断运行，其需水量也不断增加，系统会产生给水流量需求信号，给水流量需求信号的产生主要是根据总燃料量、燃烧器摆角、分离器出口温度等各种参数综合决定的。

（二）过热蒸汽喷水减温控制系统
对于超临界直流锅炉而言，直流锅炉中蒸汽流量等于给水量和减温水量之和，如果燃水比没有保持正常值，出现失调的时候，就会严重影响过热器的出口汽温。

在控制的时候，如果采用喷水减温的方法控制过热器出口汽温，给水量会随着喷水量的增加而逐渐减少，导致燃水比的失调现象进一步扩大。

因此对于超临界直流锅炉要采用保持燃水比作为维持过热器出口汽温的主要方法，并且采用喷水减温的方式作为微调手段，实现对超临界直流锅炉温度的有效控制。

超临界直流锅炉自动控制系统中采用屏式过热器汽温控制系统对温度进行控制，主要有以下几个方面内容：第一，产生屏式过热器入口汽温修正信号。

当末级过热器的喷水量没有达到标准的时候，可以改变屏式过热器出口汽温，从而使得末级过热器的喷水量回归到一定范围之内。

第二，屏式过热器汽温控制主要是通过锅炉的负荷函数得到相应的入口汽温设定值，然后再加上修正信号，与实际的屏式过热器入口汽温的偏差一起综合决定喷水阀的开放程度。

第三，要对屏式过热器入口汽温进行合理设置，防止由于汽温过热而出现超温的现象，可以预先增加喷水，防止温度超出规定范围。

结语
综上所述，随着电力生产规模不断扩大，超临界直流锅炉在电力生产过程中的应用也越来越广泛，超临界直流锅炉自动控制系统可以实现对锅炉的自动化控制，提高锅炉运行水平，在设计自动控制系统的时候要加强对各个关键子系统地设计，对参数进行合理计算。

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参考文献
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[2]杨俊超.临界直流锅炉过热汽温度控制系统分析与优化研究[D].厦门大学，2010.
[3]樊景星，高巨贤，韩传军.超临界直流锅炉给水控制逻辑分析与优化[J].广东电力，2015（01）.。