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| 大型火电厂锅炉-汽轮机组协调控制系统的分析 |
| 来源：上海发电设备成套设计研究所 作者：杨景祺 2006-9-21 15:16:29 |
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4.2.超临界机组控制系统概述
作为实现机组安全经济运行目标的有效手段,自动控制系统在机组安全运行所起的作用日益重要,其功能也日益复杂,担负着机组主、辅机的参数控制、回路调节、联锁保护、顺序控制、参数显示、异常报警、性能计算、趋势记录和报表输出的功能,已从辅助运行人员监控机组运行发展到实现不同程度的设备启停功能、程控和联锁保护的综合体系,成为大型火电机组运行必不可少的组成部分。经过几十年的发展,目前超临界发电技术已经相当成熟,其控制系统从总体上来说与常规亚临界发电机组相比并没有本质的区别。但就超临界机组本身来说，其直流炉的运行方式、大范围的变压控制，使超临界机组具有特殊的控制特点和难点。
4.2.1.超临界机组控制中存在的问题
1.1机、炉之间耦合严重,常规的控制系统难以达到高的控制效果，超临界机组难点之一在于非线性耦合。
由于直流锅炉在汽水流程上的一次性循环特性，没有汽包这类参数集中的储能元件，在直流运行状态汽水之间没有一个明确的分界点，给水从省煤器进口就被连续加热、蒸发与过热，根据水、湿蒸汽与过热蒸汽物理性能的差异，可以划分为加热段、蒸发段与过热段三大部分，在流程中每一段的长度都受到燃料、给水、汽机调门开度的扰动而变化，从而导致了功率、压力、温度的变化。
4.2.2.汽机扰动对锅炉的耦合特性
直流锅炉汽水一次性循环特性，使超临界锅炉动态特性受末端阻力的影响远比锅筒式锅炉大。当汽机主汽阀开度发生变化，影响了机组的功率,同时也直接影响了锅炉出口末端阻力特性,改变了锅炉的被控特性,由于没有汽包的缓冲，汽机侧对直流锅炉的影响远大于对汽包锅炉的影响。其特性不但影响了锅炉的出口压力，而且由于压力的变化引起了给水流量的变化，延长了锅炉侧汽水流程的加热段，导致了温度的变化。
4.2.2.1.锅炉燃料扰动对压力、温度、功率的影响
燃料发生变化时，由于加热段和蒸发段缩短，锅炉储水量减少，在燃烧率扰动后经过一个较短的延迟蒸汽量会向增加的方向变化，当燃烧率增加时，一开始由于加热段蒸发段的缩短而使蒸发量增加，也使压力、功率、温度增加。
4.2.2.2.给水扰动对压力、温度、功率的影响
当给水流量扰动时，由于加热段、蒸发段延长而推出一部分蒸汽，因此开始压力和功率是增加的，但由于过热段缩短使汽温下降，最后虽然蒸汽流量增加但压力和功率还是下降，汽温经过一段时间的延迟后单调下降，最后稳定在一个较低的温度上
4.2.2.3. 被控参数之间的耦合关联
在直流锅炉中，压力控制是最重要的被控对象，因为压力的变化不仅影响机组负荷的变化，还会影响给水流量的变化，从而导致对温度的影响。
从上面的分析可以看出，直流锅炉的一次循环特性，使机组的主要控制参数功率、压力、温度均受到了汽机调门开度、燃料量、给水量的影响。从而也说明直流锅炉是一个三输入/三输出相互耦合关联及强的被控特性。
4.2.2.4. 强烈的非线性是超临界机组又一主要特征
超临界机组采用超临界参数的蒸汽,其机组的运行方式采用滑参数运行，机组在大范围的变负荷运行中，压力运行在10MPa~25MPa.之间。超临界机组实际运行在超临界和亚临界两种工况下，在亚临界运行工况给水具有加热段、蒸发段与过热段三大部分，在超临界运行工况汽水的密度相同，水在瞬间转化为蒸汽，因此在超临界运行方式和亚临界运行方式机组具有完全不同的控制特性，是复杂多变的被控对象。
4.3.超临界机组的控制策略
从上面的分析中已经看到，超临界机组是以汽水一次循环为特征的直流锅炉，是具有三输入/三输出的强耦合、非线性、多参数的被控对象。接下来讨论采用怎样的控制策略实现对超临界机组的控制。
对于具有内置式启动分离器的超临界机组，具有干式和湿式两种运行方式。在启动过程锅炉建立最小工作流量，蒸汽流量小于最小给水流量，锅炉运行在湿式方式，此时机组控制给水流量，利用疏水控制启动分离器水位，启动分离器出口温度处于饱和温度，此时直流锅炉的运行方式与汽包锅炉基本相同。控制策略基本是燃烧系统定燃料控制、给水系统定流量控制、启动分离器控制水位、温度采用喷水控制。
当锅炉蒸汽流量大于最小流量，启动分离器内饱和水全部转为饱和蒸汽，直流锅炉运行在干式方式，即直流控制方式。此时锅炉以煤水比控制温度、燃烧控制压力。我们讨论的超临界直流锅炉的控制策略主要讨论锅炉处于直流方式的控制方案。
假如直流锅炉处在定压力控制方式，那末对于直流锅炉机组负荷、压力、温度三个过程变量中就具有两个稳定点，一个是压力，另一个是温度。因为压力一定分离器出口的微过热温度也就确定了。在机组负荷变化过程中对压力和温度的控制应该是定值控制。
在锅炉变压力运行时，机组负荷、压力、温度是三个变化的控制量，在负荷发生变化时，压力的控制根据负荷按照预定的滑压曲线控制，分离器出口温度按照分离器出口压力的饱和温度加上微过热度控制。
协调控制系统建立方案时应该以变负荷、变压力、变温度的控制特征考虑控制策略。
4.3.1.系统设计中应考虑的问题：
4.3.1.1. 在前面的分析中已经提出，压力控制是直流锅炉控制系统的关键环节，压力的变化对机组的外特性来说将影响机组的负荷，对内特性来说将影响锅炉的温度。因此无论协调控制系统采用机跟炉为基础还是采用炉跟机为基础的协调方式，均应考虑汽机调门变化和锅炉燃烧变化对压力的动态响应，协调锅炉与汽机的控制。 |
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