350MW超临界机组控制方案说明A

仁丘2×350MW超临界机组MCS系统逻辑设计说明

设计：

校对：

审核：

批准：

新华控制工程有限公司2011年8月28日

超临界机组控制方案说明

1．超临界机组模拟量控制系统的功能要求

超临界机组相对于亚临界汽包炉机组，有两点最重要的差别：一是参数提高，由亚临界提高至超临界；二是由汽包炉变为直流炉。正是由于这种差别，使得超临界机组对其控制系统在功能上带来许多特殊要求。也正是由于超临界机组与亚临界汽包炉机组这两个控制对象在本质上的差异，导致各自相对应的控制系统在控制策略上的考虑也存在差别。这种差别在模拟量控制系统中表现较为突出。此处谨将其重点部分做一概述。

1.1 超临界锅炉的控制特点

(1)超临界锅炉的给水控制、燃烧控制和汽温控制不象汽包锅炉那样相对独立，而是密切关联。

(2)当负荷要求改变时，应使给水量和燃烧率（包括燃料、送风、引风）同时协调变化，以适应负荷的需要，而又应使汽温基本上维持不变；当负荷要求不变时，应保持给水量和燃烧率相对稳定，以稳定负荷和汽温。

（3）湿态工况下的给水控制——分离器水位控制，疏水。

（4）干态工况下的给水控制-用中间点焓对燃水比进行修正，同时对过热汽温进行粗调。

（5）汽温控制采用类似汽包锅炉结构，但应为燃水比+喷水的控制原理，给水对汽温的影响大；给水流量和燃烧率保持不变，汽温就基本上保持不变。

1.2 超临界锅炉的控制重点

超临界机组由于水变成过热蒸汽是一次完成的，锅炉的蒸发量不仅决定于燃料量，同时也决定于给水流量。因此，超临界机组的负荷控制是与给水控制和燃料量控制密切相关的；而维持燃水比又是保证过热汽温的基本手段；因此保持燃/水比是超临界机组的控制重点。本公司采用以下措施来保持燃/水比：（1）微过热蒸汽焓值修正

对于超临界直流炉，给水控制的主要目的是保证燃/水比，同时实现过热汽温的粗调，用分离器出口微过热蒸汽焓对燃/水比进行修正，控制给水流量可以有效对过热汽温进行粗调。

(2) 中间点温度

本工程采用中间点温度（即分离器出口温度）对微过热蒸汽焓定值进行修正。当中间点温度过高，微过热蒸汽焓定值立即切到最低焓，快速修改燃/水比、增加给水量。当中间点温度低与过热度，表明分离器处于湿态运行，此时焓值修整切为手动。

(3) 喷/水比（过热器喷水与总给水流量比）

在超临界机组如果喷/水比过大（或过小），即流过水冷壁的给水量过小（或过大），用喷/水比修正微过热蒸汽焓定值（即修正燃/水比），改变给水流量，使过热减温喷水处于良好的控制范围内。

(4) 燃水指令的交叉限制回路

本工程给水最小流量限制、燃/水交叉限制，主要目的是在各种工况下防止燃料与给水比的失调。燃料指令由锅炉指令加变负荷超调量前馈，经给水指令增、减闭锁限制（中间点温度正常范围内）；给水指令经燃料指令增、减闭锁限制（中间点温度正常范围内）。

（5）高加解列超调前馈

高加解列，给水温度偏低，通过超调前馈快速减少给水量（超调量与负荷成比例关系），以确保燃/水比调整使过热汽温在正常范围内。

注：高加解列超调量只受最小流量限制，不受其他条件影响。

1.3 超临界锅炉的给水控制

超临界锅炉给水控制要完成了多重控制任务：控制燃/水比、实现过热汽温的粗调、满足负荷的响应。

1）给水指令组成

给水指令由燃料指令经f(x)对应的总给水量减去过热器喷水量、通过燃/水比修正，加变负荷超调量前馈，经燃料指令增、减闭锁限制（中间点温度正常范围内），加高加解列前馈。具体分析如下：

（1）给水指令的前馈

给水指令的前馈包括：静态前馈和动态前馈二部分组成。

①静态前馈

这是给水指令的主导部分，由燃料指令折算出锅炉需要的给水总量，扣除减温水量后，作为直流炉的给水指令，通过这部分的静态前馈，基本保证了燃/水之比。由于燃料、给水对过热汽温反应存在时差，因此给水指令要经惯性环节延迟。

②变负荷超调量动态前馈

变负荷超过5MW时对燃料、给水指令超调前馈，主要是为了提高机组的负荷响应速度。

③高加解列超调前馈

高加解列，给水温度偏低，通过超调前馈快速减少给水量（超调量与负荷成比例关系），以确保燃/水比调整使过热汽温在正常范围内。

（2）给水指令的反馈修正

静态前馈部分基本上确定了燃料与给水流量之间的关系，在实际运行中，这一关系还应根据实际情况作必要的修正，使分离器出口焓维持在定值附近。反馈修正的思路为：当过分离器出口焓大于设定值时，适当逐步加大给水指令；反之，则减少给水指令。

焓定值的确定可分为二种情况，一种是正常情况下焓定值的确定；另一种是当分离器出口超温时的焓定值计算。

①正常情况下分离器出口焓定值的计算

在正常情况下，分离器出口焓定值由二部分组成：一是基准的焓设定值；二是由实际运行情况确定的定值修改量。

a．基准的焓设定值

基准的焓设定值是分离器出口压力的函数，f(x) 代表了不同负荷对分离器出口蒸汽保证一定的过热度的控制要求。

b. 焓设定值的修正

焓控设定值修正是指根据分离器出口温度或减温水流量在一定范围内修正焓控设定值。当分离器出口温度大于定值3℃（初设），经过焓设定积分器将焓设定值适当减少，相应增加给水流量指令；反之相反。

用喷/水比（过热器喷水量/总给水量比值）对焓控定值进行修正，其因是直流锅炉的给水流量控制与减温水总量的控制之间存在着必然的联系，比如当过热喷水量增加，就说明前面的水冷壁的给水流量偏小，即可以通过减小焓控定值，增加给水流量而使过热喷水恢复到原来的值。

注：焓定值修正范围：中间点温度过热度在超过热、欠过热范围内，即焓控设定值必须保证在Hmax和Hmin之间。

②分离器出口超温时的焓定值计算

给水控制系统还必须实现防止水冷壁管出口温度的越限，当分离器出口温度偏差大于3℃时，按上节方法减小焓设定值；当分离器出口温度大于限值（超过热）时，控制回路将焓设定值迅速切至最低限Hmin，从而快速增加给水流量，防止水冷壁出口温度进一步上升；当水冷壁出口温度超过其对应负荷下的温度保护定值，则发生MFT，这是直流锅炉为防止水冷壁管超温而设置的一个重要保护。

2）湿态运行方式

（1）当分离器出口温度低于欠热度（分离器出口压力函数），即为湿态方式。（2）湿态方式燃/水比切手动，用上述给水指令与给水流量的偏差的PI调节控制给水调门或电动给水泵。

（3）锅炉处于非直流运行方式，焓控制器处于跟踪状态，给水控制保持32% BMCR流量指令，由于分离器处于湿态运行, 分离器中的水位由分离器至除氧器以及分离器至扩容器的组合控制阀进行调节，给水系统处于循环工作方式；在机组燃烧率大于32%BMCR后，锅炉逐步进入直流运行状态，焓控制器开始工作。

3）干态运行方式

用给水指令与给水流量的偏差的PI调节控制用电泵或汽泵转速，即控制给水量。干态方式用分离器出口焓对燃/水比进行修正。

4）RB给水指令