洛河三期超临界直流炉自动控制系统方案简介

洛河三期超临界直流炉自动控制系统方案简介
摘要：本文对超临界直流炉的控制特点进行了分析，并结合洛河三期两台超临界机组对协调控制系统、给水调节及蒸汽温度控制的方案从原理上进行简要说明。

关键词：协调；给水；调节
1．概述
洛河电厂三期2×600MW超临界机组的汽轮机是由上海汽轮机有限公司制造的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机。

额定功率为600MW，最大连续功率为648MW，主蒸汽压力24.2MPa，主蒸汽温度566℃，再热蒸汽压力4.033MPa，再热蒸汽温度566℃。

分散控制系统采用ABB公司生产的Symphony控制系统。

软件组态采用Composer 4.3控制软件,图形组态采用PGP 4.0组态软件。

其主要包括：数据采集及处理系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、旁路控制系统（BPS）、炉膛安全监视系统（FSSS）以及事故追忆系统（SOE）等。

DEH系统和MEH系统也采用ABB的控制软件及硬件，即与DCS一体化。

是一套完成整个汽轮发电机组各项控制功能的完善的控制系统。

2．超临界直流炉的控制特点
超临界变压运行直流锅炉，由于没有汽包，当外部负荷变化时，汽压波动较大且因加热、蒸发、过热过程在各受热面没有固定的分界线，当给水或燃料扰动时，都将引起汽温的波动。

因此为使锅炉具有良好的调节品质，需要有高性能的调节系统。

直流锅炉是汽水一次性循环，因此锅炉的蓄热较少，系统具有多变量的特性。

直流锅炉—汽轮机是复杂的多输入多输出的被控对象，燃料量、给水、汽轮机调门的任一变化，均会影响机组负荷、中间点温度、压力的变化，而且燃料、汽轮机调门的变化又会影响到给水流量的变化及主汽压力的变化，因此对于直流锅炉机组的协调控制系统来说，主汽压力控制是最基本的控制。

直流锅炉由于没有汽包，因此汽水没有固定的分界点，它随着燃料、给水流量以及汽轮机调门的变化而前移或者后移。

而汽水分界点的移动直接影响汽水流程中加热段、蒸发段、过热段的长度，影响新蒸汽的温度，导致机前压力、负荷的变化，因此控制中间点温度是直流锅炉控制的重要环节。

超临界直流炉由于具有上述特点，所以对其控制系统提出了更高的要求，采用传统的线性控制理论设计的控制系统很难获得较好的控制效果，洛河三期两台超临界机组在控制系统的设计上采用了如下的控制策略：
2.1 严格控制水/煤比，保证中间点工质温度；
2.2 合理采用前馈控制技术，使相关联的系统间联系加快，尤其在串级调节系统中，前馈信号如果配比的较为准确合适，可减小主调的动作，减小系统受干扰后调节的动态偏差，使调节系统尽快达到稳定。

2.3 针对不同运行工况下的对象不同的动态特性，在大范围内采用变参数、变设定值等技术。

3．洛河三期超临界直流炉的控制方案
3.1 超临界机组控制的基本任务
3.1.1 以最快的速度满足电网负荷调度的需求；
3.1.2 提供品质合格的过热蒸汽和再热蒸汽；
3.1.3 保持最佳的燃烧工况，使锅炉具有最高的燃烧效率；
3.1.4 维持炉膛压力的稳定。

在满足上述任务的基础上，确保机组安全稳定运行。

超临界机组控制方案在送、引风控制及燃烧控制上与亚临界机组控制基本相同，本文不再介绍，但给水控制、汽温控制上有其特殊性。

3.2 协调控制系统
洛河三期超临界机组的机炉协调控制设计了四种运行方式，根据锅炉主控和汽机主控两个控制器的状态组合，分别形成以下四种运行方式：
机炉协调方式（锅炉主控自动，汽机主控自动）；
汽机跟踪方式（锅炉主控手动，汽机主控自动）；
锅炉跟踪方式（锅炉主控自动，汽机主控手动）；
机炉手动方式（锅炉主控手动，汽机主控手动）。

按照设计，机组正常运行时应该运行在机炉协调方式。

本机组的协调控制系统采用以锅炉跟踪为基础的协调控制方式。

汽机调门以控制负荷为主，用锅炉燃烧率控制主汽压力，当主汽压力偏差过大时，汽机侧协助锅炉调压；锅炉侧燃烧率的控制采用串级调节，主调节器的前馈信号是根据机组负荷给定值形成的锅炉负荷需求，并根据主汽压力的动态偏差进行调节，因此前馈信号整定的合适与否，对机组变负荷的适应能力影响甚大，它决定了调节系统能否在很短时间内达到稳定。

锅炉主控调节器的比例、积分、微分功能单独分离，微分增益、微分时间、比例增益和积分速度可根据机组负荷自动改变，给不同负荷工况下的控制带来方便。

在机炉协调控制方式下，机组的目标负荷可以由运行人员手动设定，也可投入AGC方式，接受中调来的负荷指令。

3.3 给水控制系统
直流锅炉的水煤比是一个极其重要的控制参数，洛河三期采用水跟煤的控制方式，当锅炉燃料量指令改变时，根据设计煤种的发热量自动改变给水流量设定值，如果煤种发热量变化或其他因素的影响，导致水煤比偏离设计值，再用给水流量对锅炉汽水分离器出口蒸汽温度（中间点温度）进行校正。

锅炉汽水分离器出口温度的设定值根据汽水分离器出口压力经函数发生器自动给出，并在必要时可以由运行人员手动设定偏置，设计中考虑了汽水分离器出口蒸汽温度最小过热度限制，当过热器喷水流量占总给水流量的比例与设计值偏差过大时，再对汽水分离器入口蒸汽温度设定值进行小范围的增减。

洛河三期的给水控制设计为串级调节系统，主调节器的微分功能单独分离，微分增益、微分时间、比例增益和积分速度根据机组负荷自动改变。

主调节器输出作为给水流量设定值；锅炉给水流量的设定值和锅炉省煤器入口流量的偏差经副调节器输出作为给水泵公用指令，副调节器的比例增益和积分速度根据机组负荷会自动改变，给水泵公共指令加上运行人员设置的偏置作为给水泵的控制指令。

锅炉给水控制系统中采用两台带50%负荷的汽动给水泵满足在正常负荷下的供水需求，而设置一台可带30%负荷的电动给水泵，作为启动及带低负荷或当两台汽动给水泵中有一台故障时作备用泵使用。

当三台泵均处于手动控制方式时，给水调节系统处于跟踪方式，串级控制的副调节器跟踪三台给水泵的转速指令加权求和信号（称平均指令信号），主调节器跟踪主给水流量信号。

以实现手动投自动工况下的无扰切换。

用给水流量控制中间点温度的原因：超临界采用直吹式制粉系统,惯性较大，用燃料量控制中间点温度比用给水流量控制迟延大。

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，因此用给水流量控制中间点温度。

3.4 汽温控制系统
三期600MW机组采用一次中间再热，因此汽温控制系统包括过热汽温控制和再热汽温控制。

过热汽温控制的主要任务是保证进入汽轮机高缸做功的主蒸汽温度在允许值范围内变化，并且使整个过热器管路的金属不被高温损坏。

正常运行时，一般应保证过热蒸汽温度与额定值偏差不超过±5℃。

再热汽温控制的主要任务是为了提高机组的循环热效率及防止汽轮机末极叶片带水，同时保证处在高温烟气区的再热器不致损坏。

通常再热汽温也要控制在一定范围内变化，600MW 机组的主汽温和再热汽温一般控制在566±5℃左右。

4．结束语
超临界直流锅炉自身的动态特性决定了其控制系统的复杂性。

洛河三期两台600MW机组于07年底刚通过168小时试运行，投入商业运行时间不长，加上电网原因AGC一直未投，所以控制系统的调节性能并未经受过真正考验。

调节效果还有待于通过机组的运行来进一步验证。

本文仅只是将几个主要系统的现运行的方案进行了介绍，我们在调试过程中对部分原设计的调节系统的控制方案进行了优化。

我国超临界机组发电技术才处于起步阶段,水平相对比较落后，希望本文能起到抛砖引玉的作用，给有志于超临界机组控制的同志以借鉴，来共同提高超临界机组的控制技术水平。