600MW超临界锅炉低负荷防水冷壁超温控制策略

600MW超临界锅炉低负荷防水冷壁超温

控制策略

摘要：受新能源对电网的影响，火电机组深度调峰任务日渐加重，机组在中

低负荷段运行时间增多，且AGC负荷指令和网频波动频繁。受这些因素影响，机

组运行中的一些问题逐渐显露。锅炉燃烧中磨煤机运行台数少、给水流量低，锅

炉受热面和汽水品质反应灵敏，极易发生参数超限，尤其是锅炉受热面管壁在煤

量突增而水量不足时，炉管壁温度上升速度快，超过允许值，长期运行极易造成

炉管因金属疲劳、高温腐蚀而发生泄漏。通过对运行参数的分析，查找运行规律，对协调控制中的给水控制回路进行优化和参数调整。解决这一问题，使得低负荷

波动时既能满足煤水比的匹配，又能抑制水冷壁管温度超限，提高锅炉运行的安

全性。

关键词：深度调峰；锅炉受热面；壁温超限；控制优化

0引言

某电厂2×600MW超临界机组，锅炉采用哈尔滨锅炉厂生产的变压直流炉、

一次中间再热，采用前后墙对冲燃烧方式、平衡通风、露天布置、固态排渣、全

钢构架、全悬吊Π型结构。配置6台直吹式中速磨煤机，下层两台磨为等离子

点火，燃油系统在后期被取消，配置两台汽动给水泵调整给水流量。随着国内新

能源的大力发展，新能源在电网中的占比快速增长，但新能源受气候条件影响，

负荷不稳定，火电机组承担了更多的调峰任务，且在中低负荷段运行时间较多[1]。在AGC负荷指令和网频波动下，机组工况变化频繁，有时甚至处于振荡，这对机

组系统和自动控制形成了严峻的考验[2]。在50%（300MW）负荷左右，水冷壁温度

波动大且易超温，运行人员调整中又造成主汽温度过低情况。通过对运行参数和

调整过程进行分析，找出关键问题，从自动控制策略制定方案并实施解决。

1锅炉水冷壁超温现象分析

在50%～60%负荷工况时，选择4台磨煤机运行，下层两台，中上层各一台的

磨组运行方式，部分燃煤为低灰熔点煤种。在AGC负荷指令波动频繁时，水冷壁

温度上升较快，易超温。一般采取降低中间点温度的调整方式，但在煤量降低且

煤质变化时，又可能造成汽温快速突降问题。

1.1热力系统分析

机组在低负荷工况下，总送风量较小，二次风压力偏低，炉内动力工况不良，燃烧稳定性差，抗干扰能力弱。在调整时可以适当关小燃尽风，同时适当增加总

风量，提高二次风母管压力，让更多的风量从燃烧器区域送入，使锅炉富氧燃烧。多余的风量送入会降低燃烧器区域的火焰温度，减少火焰对水冷壁的辐射换热，

对控制水冷壁壁温有利[3-5]。为了防止锅炉水冷壁超温，部分运行人员也会采取

减小过热度设定值，以增加一定的给水流量。但是降低过热度所带来的问题是，

中间点温度及主蒸汽温度整体偏低。当由于负荷扰动而给水量大幅变化时，主汽

温度容易突降，严重影响汽轮机安全。

1.2自动调节系统分析

通过运行数据分析，壁温突升一般发生在反复上下变负荷过程，其时机组负

荷上下反复波动，给煤量和给水量波动也都较大。当负荷变化为±6MW，煤量变

化最大30t/h，给水流量变化100t/h，并且在主汽压力升高中，分离器出口过热

度变化不大。说明变负荷中煤量和给水匹配出现问题，在主汽压力升高时，给水

阻力增大，水动力不足，给水被压制，给水流量偏少而超温，是主要原因；同时

变负荷过程超调量偏大，造成煤水的大幅波动，是第二个原因；进一步分析，在

壁温超限前，虽然给水流量指令上升，但实际给水流量跟踪滞后，最大偏差

30t/h，且无超调现象，说明给水调节回路的动态响应较弱，快速性不足，这是

影响整个协调控制的第3个原因。

2水冷壁超温解决方案

2.1协调控制基本原理

锅炉给水控制采用基于中间点温度校正的方法，以分离器出口温度作为中间

点温度，对水煤比进行判断和校正，以保证水煤比的稳定。在机组协调控制中，

将AGC指令按一定速率处理后送入锅炉主控，一方面按直接能量平衡匹配煤量，

另一方面由主汽压力调节回路进行压力调节。在变负荷时，为了克服锅炉的大迟

延和大惯性，有超前环节进行前馈控制，前两项的和作为总煤量信号进行煤量调节，同时送入给水调节回路，通过调节给水流量控制合适的过热度来保持煤水比

的平衡。而第3项除了送入煤量调节回路外，还进行一定的运算关系，送入给水

控制回路。其基本原理如图1。

图1 协调控制原理图

2.2变负荷前馈回路优化

负荷前馈指令在变负荷过程中进行超前调节，有效克服由于锅炉大迟延、大

惯性的影响，快速适应汽轮机对锅炉的要求。但AGC指令在低负荷区间的小幅波动，由于超前作用导致煤水大幅变化，形成了过调，使主汽压力波动，其调节回

路与超调量的叠加加剧了振荡。因此，通过变参数设置，在低煤量时前馈作用弱，而在较高煤量时前馈作用强，既减小了系统振荡，不致因给水量太低而超温，也

满足了高负荷时的快速适应能力。

2.3给水调节回路优化

对于给水调节回路的快速性不足问题，发现是PID参数整定不合理，P值为0.5，I值为80s。当给水指令变化时，给水流量超调量不足，其偏差依靠积分作

用逐渐消除，表现为非周期过程。加强比例积分作用，将P值和I值分别调整为

0.8s和55s。调整后给水回路快速跟随能力加强，在扰动时给水指令与给水流量

偏差降至15t/h之内。

2.4压力前馈回路优化

由于给煤量的变化使主汽压力上升时，压力调节回路减小给煤量，进一步减

小给水流量。由于压力的上升增加了给水阻力，在同样的给水泵转速下给水流量

减小而水量不足，导致水冷壁超温。因此，在主汽压力升高时，增加给水前馈。

此前馈一方面与压力偏差的微分正相关，同时也与过热汽减温水流量正相关。控

制回路如图2。以上优化措施实施后，在机组变负荷中锅炉水冷壁温变化幅度小，无超温。

图2 压力前馈优化原理图

3结语

经过逻辑优化，并在实际运行中对PID参数、各前馈参数的反复整定，在负

荷频繁波动时给水流量变化幅度减小，给水调节快速及时。在主汽压力上升时，

给水前馈提前动作，锅炉壁温得到有效抑制，波动幅度明显降低并在规定范围内，低负荷区间锅炉水冷壁温度大幅波动和超限的问题得以解决。此优化方案立足于

现场实际问题的分析和解决方案，其思路和方法对于同类机组协调控制下锅炉水

冷壁超温现象的处理具有借鉴和参考意义。

参考文献