660MW超超临界机组深度调峰工况下水冷壁超温分析控制策略研究

660MW超超临界机组深度调峰工况下水冷壁超温分析控制策略研究摘要：由于我厂660MW超超临界火电机组在参与深度调峰时，偶尔出现的水冷壁超温现象。

本文通过分析超温时总燃料量、主给水流量、过热度等参数的变化，发现锅炉水冷壁超温主要是过热度变化较大，即变负荷过程中水煤比的短时失衡造成。

并提出了一种利用升、降负荷的速率和幅度的回路、水冷壁最高温度点的温升速率和温升幅度的回路和中间点过热度偏差补偿回路等三个回路来减少锅炉水冷壁超温现象的控制策略。

关键词：水冷壁壁温；超温；深度调峰；水煤比Analysis and Control Strategy of water wall overtemperature for660MW ultra-supercritical Unit under deep peak regulating conditionChenHao(Inner Mongolia Datang International Xilinhot Power Generation Co., ltd, Inner Mongolia xilinhot city, 026000，China)Abstract：Because the 660MW ultra-supercritical thermal power unit is involved in deep peak regulation, the phenomenon of water wall overtemperature occasionally appears. In this paper, by analyzing the changes of total fuel amount, main feed water flow, superheat andother parameters during overtemperature, it is found that the overtemperature of boiler water wall is mainly caused by the large change of superheat, that is, the short-term imbalance of water-coal ratio in the process of variable load. A control strategy is proposedto reduce the overtemperature phenomenon of boiler water wall by using three circuits: the loop of the rate and amplitude of load rise and fall, the loop of the temperature rise rate and amplitude of thehighest temperature point of water wall and the superheat deviation compensation loop of the intermediate point.引言：人类所能利用的资源主要包括化石燃料、核能、太阳能、水能、风能、生物质能和地热能等。

近年来，化石能源的过度消耗加剧了传统能源的枯竭并且造成了一系列严重的环境问题。

因此，开发利用可替代传统化石能源的可再生能源迫在眉睫，如太阳能、水能、风能、生物质能、地热能等。

本文所列2*660MW机组隶属大唐国际发电股份有限公司，是内蒙古“十二五”电源建设规划中的重点建设项目,是“蒙电东送”、“锡盟煤电基地”、“锡盟－山东特高压”规划中的主力电厂之一，其厂址位于内蒙古自治区锡林郭勒盟。

锡林郭勒盟有着广褒的土地,蕴藏着丰富的风能资源,同时也是中国风力发电的摇蓝。

图1-1 中国风资源分布情况由于上述情况，此2*660MW机组作为锡林郭勒盟能源基地中的一员，其主要职责是作为调峰电源。

故机组负荷常为最低负荷，即264MW的负荷下运行。

1、炉膛水冷壁壁温测量及传输系统概述2.1、壁温测量装置机组主要采用K型热电偶来测量壁温。

热电偶的始端通过水冷壁上的开孔插入炉膛中，其末端连接炉膛保温外的端子排上。

图2-1 K型热电偶实物热电偶端子排另一端通过导线连接至 DY-C 系列远程 I/O 采集盒中。

采集盒分为炉左及炉右两侧，一个采集盒可以采集并传输 30 个壁温信号。

DY-C 系列远程 I/O 采集盒采用 DYNET（RS-485）现场总线式远程网络，无中继时通信距离可达1.2公里。

采集盒内置操作键和显示功能，可方便用于现场调试。

此外，采集盒可将热电偶所测得的热电势数据进行分析计算，并可以转化成温度信息输出，如图2-2所示。

图2-2 DY-C 系列远程 I/O 采集盒2.2、壁温信号传输当 DY-C 系列远程 I/O 采集盒测量到各个壁温信号之后，通过485通讯总线送至锅炉电子间中的 DY-NET 通讯控制器中，如图2-3所示图2-3 DY-NET 通讯控制器随后，DY-NET 通讯控制器将信号传输至“Drop 6”控制器所属的卡件中，如图2-4。

图2-4 控制器卡件随后，卡件将壁温信号传输至 DCS 通信总线中，并传输至各工程师站和操作员站，并在画面中显示，如图2-5。

图2-5 壁温画面3、机组深度调峰工况下水冷壁超温现象分析及控制策略研究3.1、水冷壁超温现象分析锅炉前墙上部水冷壁出口壁温设计报警值温度为510 ℃，螺旋水冷壁壁温报警值温度为463 ℃。

机组在深度调峰期间，最低负荷调整下限可达到额定负荷的 40 %，即264MW。

AGC 状态下，在 40 % - 50 % 额定负荷段进行变负荷运行时，水冷壁会出现超温现象。

超温的水冷壁大多位于前墙上部水冷壁出口。

如图 1 所示，机组在变负荷过程中，实际负荷由 550MW 下降至 264 MW，在负荷下降至 264MW 后，AGC 指令出现频繁小幅度增减的典型三角波调整方式，负荷变化过程中，前墙上部水冷壁出口壁温4频繁出现超温情况，最高达到530.3 ℃，如图3-1所示。

图3-1 前墙上部水冷壁出口壁温超温时各参数趋势图由图3-1可以看出，在AGC 指令出现频繁小幅度增减的典型三角波调整方式中，当负荷小幅度摆动至尖峰，即 300 MW 时，总燃料量、主给水流量、主蒸汽过热度等参数在锅炉主控的控制下，也发生了类似三角形的波动。

而在壁温超温时，主蒸汽过热度趋势从谷底直接攀升至尖峰，且变化速率较快。

过热度数值由20.983 ℃变化至78.335 ℃，变化幅值达57.352 ℃。

由此可见，壁温超温现象产生的主要原因是主蒸汽过热度的阶跃式变化。

发电部人员曾采用过多种手段控制水冷壁超温现象。

第一种方式：在出现水冷壁超温时，手动调整中间点温度的过热度设定值，短时间内超温现象可消除；第二种方式：不调整过热度设定值，在变负荷阶段，提前调整磨煤机对应的燃烧器二次风门开度，发现超温现象并未得到有效的抑制。

由此可知水冷壁在深度调峰期间出现的超温现象，大部分是由于AGC 变负荷阶段中间点温度瞬间失衡造成。

在水冷壁出现超温情况时，通过手动改变中间点温度过热度设定值来抑制超温的方式，会给运行人员带来一定的操作负担，给水流量的增加值不容易精确控制；且系统反应迟钝，往往是超温情况已经发生后，再进行增加给水流量的操作；对机组主汽温度和主蒸汽压力运行稳定性有一定程度的负面影响，甚至会出现大幅度波动。

3.2、水冷壁超温控制策略分析直流锅炉在正常运行中不具备具有蓄热能力的汽包，进入锅炉的给水量经过一阶惯性后可直接表征锅炉蒸汽流量，因此锅炉吸热量与汽轮机耗汽量的平衡关系将转变为吸热量与给水量的平衡，对配备超临界直流锅炉的机组而言就是燃料量和给水量的平衡，即水煤比平衡。

为保证锅炉出力和汽机能量需求的平衡，选择分离器出口作为控制中间点，把该点的蒸汽过热度作为控制目标，始终保持该点过热度的平稳，机、炉能量即可保证平衡。

所以，直流炉在稳态工况下，为保证分离器出口温度为设计值，水煤比应控制在一稳定值。

在变工况下，水煤比应根据锅炉热惯性特点在一定范围内变化，达到在充分利用锅炉蓄热的同时，保证锅炉热负荷与新的机组负荷相适应。

水煤比控制分离器入口蒸汽过热度是整个直流锅炉控制的核心，其目的是通过控制过热度的偏差修正锅炉总燃料量和主给水流量的配比。

由上分析：锅炉水冷壁超温主要是变负荷过程中水煤比的短时失衡造成。

可以通过优化水煤比来抑制超温情况的发生。

根据此来设计三个回路在控制主给水流量，进而控制水煤比稳定。

在原给水系统的控制回路中，增加锅炉水冷壁超温抑制回路。

在变负荷过程中，根据升、降负荷的速率和幅度作为速率回路，以此来优化变负荷过程中的水煤比，保证在变负荷过程中水煤比在合理范围内，降低超温的可能性。

同时，因给水流量对水冷壁温度影响较迅速，故增加判断水冷壁最高温度点的温升速率和温升幅度的回路，作为超前回路，通过提前判断水冷壁的温度上升趋势，超前增加一定量的给水量，防止超温，此为前馈回路。

并增加中间点过热度偏差补偿回路：即在变负荷过程中，若中间点过热度高于设计值3℃以上时，适当增加给水流量，此为修正回路。

以上三个回路通过限幅后，同时叠加到原主给水流量指令上，形成新的主给水流量指令。

新的主给水流量指令可以在机组深度调峰状态下，当 AGC 模式下符合小幅度变化时，及时控制主给水流量的增减，从而维持水煤比的稳定，在一定程度上减少了水冷壁超温的概率。

4、结论与展望4.1、结论根据该超超临界机组在深度调峰工况下的水冷壁超温现象，本文通过分析超温时总燃料量、主给水流量、过热度等参数的变化，发现锅炉水冷壁超温主要是过热度变化较大，即变负荷过程中水煤比的短时失衡造成。

并提出通过升、降负荷的速率和幅度的回路、水冷壁最高温度点的温升速率和温升幅度的回路和中间点过热度偏差补偿回路等三个回路对给水控制系统进行针对性的科学合理的优化。

4.2、展望本文设计了对给水控制系统进行针对性的科学合理的优化。

但受限于个人能力与研究时间，并没有对所设计优化回路展开进一步研究及优化，为进一步验证此控制策略在实际机组运行条件下对水冷壁超温现象的优化情况，并加快其应用推广，下面对该控制策略的研究提出以下建议：（1）通过 DCS 组态，将该控制回路做成逻辑页面，并使其可以正常运作。

先利用厂内仿真系统，将控制回路加入机组运行逻辑组态中，并通过模拟 AGC 指令进行机组负荷升、降。

观察该控制回路对机组水煤比及壁温的影响。

（2）将此控制策略加入机组实际运行的正常回路中，并对比此策略在亚临界机组、超临界机组及超超临界机组及不同容量的机组下的优化能力，并对控制回路进行优化，使其能彻底抑制机组水冷壁超温的情况发生。