超临界直流锅炉控制系统的特点及控制方案

生较大变化。以下叙述内置式分离器的６０ 超 ０Ｍ Ｗ 临界直流锅炉的控制系统。
１ 超临界直流锅炉的被控对象特点
超临界直流锅炉与汽包锅炉及亚临界直流锅炉 相比， 其动态特性更复杂， 控制更困难。其动态特性 随负荷大幅变化， 在不同运行工况下， 动态特性差别 极大， 呈现出强非线性和变参数特性。超临界直流 锅炉动态特性的特点如下。 １１ 内置式汽水分离器湿态运行时的特点 ． 锅炉负荷小于３％时， ５ 超临界锅炉水冷壁流量 最小 ， 所产生的蒸汽量小于最小水冷壁流量 ， 汽水分 离器湿态运行。此时， 锅炉的动态特性类似于汽包 锅炉， 给水流量的变化主要影响汽水分离器液位； 而 燃料量的变化主要影响汽水分离器出口 蒸汽流量和
给控制系统的设计和调整增加了复杂性。汽水分离 器出口温度由煤水比控制， 如煤水比失调， 锅炉出口
汽温的变化将大于汽包锅炉。 当系统处于超临界压力工况时， 工质的热力学
方案没有特殊之处； ２ 但前 项控制任务使超临界机 组控制方案具有特殊性， 主要表现在给水控制和主
汽温控制的不同。 ３２ 给水控制系统 ．
超临界机组控制的基本任务 超临界机组控制的基本任务是： １ 以最快的 （） 速度满足电网负荷调度指令所需的蒸汽量。（ ） ２保 持过热蒸汽和再热蒸汽的参数（ 温度 、 压力） 稳定。 （） ３ 保持最佳的燃烧工况， 使锅炉具有最高的燃烧 效率。（） ４ 保持炉膛负压为给定值。 上述各项任务中， ２ 后 项和汽包锅炉类似， 控制
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图２ 所示。其采用的控制方案有如下特点：
阀 门开 度／ ％
２ 超临界直流锅炉控制系统的特点〔 ‘ ］
超临界机组的上述特点， 决定了如采用传统的 线性控制理论设计， 难以获得 良好的控制品质。目 前， 超临界直流锅炉控制系统的设计有如下特点： （） １严格控制燃水比， 保证中间点工质温度或烩值。 （） ２ 各系统间联系较快 ， 调试中要求配比准确， 即普 遍采用前馈控制技术。在 串级系统 中， 前馈和反馈 信号的配 比应尽 可能准确， 以减小主调 的动作。 （） ３ 采用变参数、 变设定值、 解祸技术及基于对象特 性辨识的自 适应控制等技术。（ ） ４ 针对不同运行工 况下对象不同的动态特性， 采用变结构控制技术。
离器湿、 干态运行转换。在湿态运行时， 锅炉的控制 参数为分离器的水位及维持启动的给水流量； 干态
运行时， 锅炉为温度控制和给水流量控制。在湿 、 干 态转换时， 会发生蒸汽温度的变化， 故应保持蒸汽温 度的稳定。（ ） ２ 亚临界和超临界压力工况的转换。 在临界压力工况点附近， 存在最大比热区。此时汽 水性质、 工质定压比热变化很大， 工质温度对烩值变 化不敏感。由于亚、 超临界区工质物性的差异， 使超
梦ｍ；冲”入１ 开 “６７ｍ“：Ｎ 开 ＼４ｍ；４ Ｂ ， 朴 ．ｍ 阀 １２ ＇ １ｍ ７ ． ： ． ： ２ ３ ２
１ ０ ８ ６ ４ ２ １ ２
一 ｌｏ ｏ
图 １ 疏水阀的动作与分离器水位的关系
第３ 期
分 离 器压 力
超临界直流锅炉控制系统的特点及控制方案
２ Ｚｅａｇ ｖ ｃ ｌ ｔ Ｐｗｒ ｉ Ｉ ｔ ｔ Ｈ ａｇ ｏ Ｃｙ ３００） ． ｊｎ Ｐ ｉ ｉ Ｅ ｃｉ ｏｅＤｓｎ ｉ ｅ ｕｎｚ ｕ ， ０４ ｈｉ ｒ ｎａ ｌ ｒ ｏ ｅ ｃ ｅｇ ｎ ｔ ， ｈ ｉ １ ｓｕ ｔ ［ ｂｔ ｃ ｈ ｄｎｍｃ ｒ ｔｓ ｃｎｏｓ ｔ ｆ ６０ ｓ ｅ ｒｃ ｐ ｓ ｒｏｃ 一ｈ ｕｈ ｅｅｕ ｐ ｗｈ ｒ ｌ － Ａ ｓａ ］ ｅ ａ ｉｃ ａｅ ａｄ ｔｌ ｅ ｏ ０ Ｍ ｕ ｒｉ ａ ｒｓ ｅ ｅ ｔ ｇ ｂｉｒ ｉ ｅ ｉ ｉｅ ａｓｒ ｒｔ Ｔ ｙ ｈ ｃｒ ｎ ｏ ｒ ｙ ｍ ａ ｓ ｒ Ｗ ｐ ｃｔ ｌ ｕ ｎ ｉ ｅ ｏ ｒ ｏ ｑ ｐ ｄ ｎ ｎ ｔ ｌ ｔ ｔ ａ ｔ ｕ ｃｎ ｌ ｒａｖｌｃｍ ｌａ ｄ Ｔｅ ｅ ｎｅｏｔ ｃｎ ｌ ｅ ｓ ｅｎ Ｓ ｂｉｒ ｓａ ｄｕ ｂｉｒ ｔ ｆ ｄａ ｒ ｔｌ ｐ ｔ ａ ｅ ｔｅ ｏ ｐｃ ｅ． ｄｆｅｃｓ ｈ ｏｔ ｓ ｔ ｂｔ ｅ ｔ Ｐ ｌ ａｄ ｍ ｍ ｌ ａ ｈ ｅ ｗｔ ｃｎ ｏ ｒ ｒ ｌｉ ｙ ｉ ｔ ｈ ｉ ｒ ｏ ｅ ｆ ｆ ｒ ｙ ｍ ｅ ｅ ｏ ｓ ｗ ｈ ｅ ｏｅ ｎ ｔ ｒ ｏｅ ｒ ｅ ｅ ｏ ｒ ｅ ｅ ｅ ｏ ｓ ｔ ａｄ ｉ ｓａ ｔ ｐｒｕ ｃｎｏｓ ｔ ． ｅｇ ｏｔｓ ｔｌ ｅ ｅｏｇ ｃｎｉ ｒｉ ｓｏｌｂ ｇ ｅ ｔｔ ｃｎ ｌ ｅｆ ｙｅ ｎ ｍ ｎ ｍ ｅ ｔｅ ｔｌ ｅ Ｉ ｄｓｎ ｈ ｃｎｏｓ ｔ ｎｕｈ ｓ ｅ ｔｎ ｕ ｅ ｎ ｈ ｏｔ ｍｄｓ ｓｍ ａ ｔ ｅ ａ ｒ ｏ ｒ ｙ ｍ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｙ ｍ ｅ ｍ ｓ ｉ ｓ ｏ ｄ ａｏ ｈ ｄ ｉ ｏ ｖ ｅ ｒ ｏ ｏ ｏ ｒ
别控制 Ａ ，Ｎ Ｂ三个液位控制阀。这三个液位 Ａ Ａ ，Ｎ Ａ 控制阀由 １ 套液压控制系统控制， 开启时间很快， 而 且通流量也足够大， 从而完全能满足疏水的排放。 这３ 个疏水阀的动作与分离器水位的关系见图ｌ ３ ０ 个阀在动作开度上都有一定的重叠度， 以改善水位、
控制疏水排放的特征。
临界机组在亚、 超临界区转换时， 动态特性的差异尤
第２ 卷 第 ３ ７ 期
２０ ０ ６年 ３月
电 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 建 设
Ｅ ｅ ｔｉ Ｐ ｗ ｒ ｎ ｔｕ ｔ ｎ ｌｃｒ ｏ ｅ Ｃ ｓ ｃｉ ｃ ｏ ｒ ｏ
Ｖ ｌ２ Ｎ ． ｏ． ７ ｏ ３
Ｍａ，０ ６ ｒ２０
・ 电源技术 ・
超临界直流锅炉控制系统的特点及控制方案
黄红艳，陈华东 ， ２
由于超临界机组只能采用直流锅炉， 其对电网
调峰的适应能力、 机组正常运行时的变负荷能力和 快速启、 停能力等都优于亚临界机组， 因此， 目前 ６０ 超临界机组已经成为我国电力行业的主力 ０Ｍ Ｗ 机组。但超临界机组的锅炉蓄热能力小， 惯性较小， 对外界扰动的响应速度要快于亚临界机组 ， 容易超 温， 需要快速响应的控制系统和控制策略来保 所以 持精确的输人和输出平衡， 保证机组运行 的稳定性 和经济性。 超临界锅炉根据分离器是否在正常运行时参与 系统工作来进行控制分类， 可分为内置式分离器启 动系统和外置式分离器启动系统。目前， 国内超临 界锅炉主要采用内置式分离器启动系统。内置式分 离器锅炉采用联合变压运行方式， 在机组启、 停或工 况发生大变化时， 水冷壁工质的压力也产生大幅变 化， 导致工质的相变点、 比容、 温度、 汽化潜热等都产
压力 。
收稿日期： ０ 一 １ １ ２ ５ １一 ３ ０ 作者简介： 黄红艳（９０ ）女， １ 一 ， 讲师， ７ 从事电厂热工自 动化教学与研究工作。
电
力
建
设
第２ ７卷
１２ 内置式汽水分离器干态运行时的特点 ． 当锅炉负荷大于３％时， ５ 锅炉产生的蒸汽量大 于最小水冷壁流量， 过热蒸汽流过汽水分离器， 此时
超临界直流锅炉的 控制方案［ ’ ］
３． １
汽水分离器中没有水， 为干式运行。如系统处于亚
临界压力工况时， 该锅炉的动态特性类似于亚临界 直流锅炉 ， 此时， 蒸发受热面的各个区段间无固定分 界线， 任何扰动将导致锅炉出口蒸汽温度、 压力和流 量同时变化， 各参数相互之间的藕合程度远大于汽 包锅炉。锅炉给水 、 燃烧和汽温控制之间密切相关 ，
锅炉负荷
Ｆ －喷水流量／
给水流量之 比
从减少锅炉热应力及锅炉寿命考虑， 动态温度控制 应优先于压力控制， 因此超临界机组以给水流量控 制中间点温度或烩值为主要方案。
３２２２ 水流量需求信号的产生 ．．．
与汽包炉不同， 给水流量需求信号主要根据总 燃料量决定 ， 在此基础上加上燃烧器摆角修正 、 分离 器出口 温度修正、 分离器出口温度微分信号就产生 了给水流量需求信号。 ３２２３ 实际给水流量信号的产生 ．．． 实际给水流量信号是有省煤器人口流量加上喷 水量再减去分离器疏水量产生。 给水流量需求指令送到给水泵转速控制器， 通 过改变给水泵转速来维持给水流量。 ３３ 过热蒸汽喷水减温控制系统 ． 为获得较好的主蒸汽品质， 对于直流锅炉， 必须 用保持燃水比作为维持过热器出口汽温的主要粗调 手段 ， 用喷水减温作为细调手段。本文所讨论的对 象， 在后屏过热器的人 口和末级过热器的人 口设有 两级喷水减温器 ， 两级减温水的控制原理基本相同。 现以 屏式过热器（ 以下简称屏过） 汽温控制系统为 例加以说明， 屏过汽温控制系统如图 ３所示。其采 用的控制方案有如下特点。
为显著。 １４ 超临界机组蒸汽参数的特点 ． 为了获得更高的热效率， 超临界机组的蒸汽系
数更高。当机组主汽压力达到３ Ｍ ａ ０ 以上时， Ｐ 多采 用二次中间再热， 这使系统复杂化， 导致机组控制特
性更加复杂。
通过 Ａ Ｂ阀的 Ｎ 疏水是通往除氧器的， 正常运行 时， 分离器压力很高， 为保证除氧器的安全， Ａ Ｂ 在 Ｎ 阀及隔离阀上都加上联锁保护。当除氧器压力大于 一定值时， 此门将强制关闭， 只有当除氧器压力降至 一定值以下， 才允许重新开启。 ３２２ 汽水分离器干态运行时， ．． 锅炉的控制方式 转为控制主蒸汽温度及给水流量。给水控制系统如
（． １浙江电力教育培训中心， 杭州市，１０５ ２浙江省电力设计院， ３０ １； ． 杭州市，１ １） ３０ ４ ０
［ 要〕 采用内置式启动控制的６０ 摘 ０Ｍ Ｗ超临界压力螺旋管圈型直流锅炉， 其作为被控对象的动态特性及控制 系统都较复杂。超临界直流锅炉控制系统与汽包炉的不同在于给水控制系统和主汽温控制系统， 在控制系统的设 计中， 要充分考虑采用前馈、 变定值、 变增益、 变参数的控制方案。 ｆ ｈｌ ０ 超临界直流锅炉 控制特点 控制方案 Ｘ ａ ０ Ｗ －键 ６ Ｍ ｌ
Ｂｉｒ ａｄ Ｃｎ ｏ Ｏ ｔｎ ｏｅ ｎ Ｉ ｏｔｌ ｉ ｌｓ ｔ ｓ ｒ ｐｏ
Ｈａ Ｈｎ ａ ， ｈ Ｈａ ｎ ｕ ｇ ｇ ｎ Ｃｅ ｕ ｏ ２ ｎ ｏ ｙ ｔ ｎ ｄ ｇ
（． ｊｎ Ｅｅｔｃ ｅ Ｅｕａｏ Ｔａ ｉ Ｃｎ ｒ Ｈ ａｇ ｏ Ｃｔ， ０５ １ Ｚｅａｇ ｃｉＰｗｒ ｃｔｎ ｉｎ ｅｔ ， ｎｚ ｕ ｙ ３０ １； ｈｉ ｌ ｒ ｏ ｄ ｉ ｒｎ ｇ ｅ ｕ ｈ ｉ １
中图分类号：Ｐ７ ＇５ 文献标识码； 文章编号 ： ０ － ９ ０ ） ００ － Ｔ ２３ ． Ｂ １ ０ ２ （０６ ０ － １ ３ ０ ７２ ２ ３ ０ ０
Ｆａ ｒ ｏＣｎｏＳｓｍ Ｓｐｒｉ ａＯ ｃ 一ｈ ｕｈ ｅｔｅ ｆ ｔｌ ｅ ｏ ｕｅ ｒｉ ｌ ｅ ｔｏｇ ｕ ｓ ｏ ｒ ｙ ｔ ｆ ｃｔ ｃ ｎ ｒ
特性较为均匀一致， 整个锅炉汽水流程上的任何环 节均可看作单相区段， 此时， 其动态特性类似于过热
器或省煤器。 １３ 汽水分离器湿、 ． 干态转换和压力的转换 机组启 、 停时， ２ 经历 种工况的转换：１汽水分 （）
３２１ 汽水分离器湿态运行时， ．． 锅炉的控制方式
为控制汽水分离器液位及最小流量。在机组启动阶 段， 分离器的疏水由 Ａ Ａ ， Ｎ Ａ， Ｎ Ａ Ｂ阀排至除氧器及 疏水扩容箱。这 ３ 个阀门前都有 １ 个电动隔绝门， 当符合一定条件后， 电动隔绝门会 自动联锁开启或 关闭。分离器水位经过启动分离器压力的修正后分