1 000 MW超超临界机组燃水比控制策略研究与优化

范廷举，杜城县

(神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222)

1 000 MW超超临界机组燃水比控制策略研究与优化

范廷举，杜城县

(神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222)

结合燃水比控制原理，以绥中发电有限责任公司1 000 MW燃煤机组为例，阐述了超超临界机组燃水比控制的策略，通过对机组运行工况下燃水比控制调节问题的探讨，提出相应的解决方案。

超超临界机组;燃水比;中间点温度;调节品质

1 机组概况

绥中发电有限责任公司1 000 MW超超临界直流变压运行机组采用燃水比控制作为维持主蒸汽温度的主要手段，两级喷水减温作为维持主蒸汽温度的辅助细调手段。近些年来，由于电煤紧张，掺烧煤种复杂，主燃煤种严重偏离了设计煤种，燃水比很难控制，造成主汽压力、主汽温度等主要参数不稳定，严重地影响了大机组的经济性和安全性。因此优化大机组燃水比控制策略，提高调节品质，是提高大机组效率重要手段之一。

绥中发电有限责任公司1 000 MW超超临界机组锅炉由东方锅炉股份有限公司、BHK、BHDB制造，汽轮机由东方汽轮机厂、日立制造，发电机由东方电机股份有限公司、日立制造。该机组锅炉为高效超超临界参数变压直流炉，采用单炉膛、一次中间再热、平衡通风、运转层以上露天布置，为固态排渣、全钢构架、全悬吊结构П型锅炉，设计煤种为宝日希勒1号煤和5号煤。制粉系统采用正压直吹式，每台锅炉配有6台磨煤机;设有2台50%容量的动叶可调轴流式一次风机提供一次热、冷风输送煤粉;采用2台静叶可调引风机和2台动叶可调送风机提供二次风。主蒸汽温度调节方式采用燃水比和两级喷水减温进行控制，再热蒸汽利用锅炉尾部烟道出口烟气挡板调整汽温，且在低温再热器至高温再热器间连接管道上设有事故喷水以备紧急事故工况、扰动工况或其他非稳定工况时投用。主蒸汽额定压力为26.25 MPa，主蒸汽额定温度为605℃。

2 超超临界机组的控制特点

超超临界直流炉的给水经加热、蒸发和变成过热蒸汽是一次性连续完成的，锅炉的蒸汽量不仅取决于燃料量，同时也决定于给水流量。因此，超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。当给水量和燃烧率的比例改变时，直流炉的各个受热面的分界就发生变化，从而导致过热汽温发生剧烈变化。根据上述超超临界机组的静、动态特性分析，超超临界机组具有以下控制特点。

a. 超超临界机组是一个多输入、多输出的被控对象［1］，输入量为汽温、汽压和蒸汽流量，输出量为给水量、燃料量、送风量。

b. 超超临界机组的加热区、蒸发区和过热区之间无固定界限，汽温、燃烧、给水相互关联，当燃水比不适应时，汽温将会有显著的变化，为使汽温变化较小，要保持燃烧率和给水量的适当比例［2］。

c. 从动态特性来看，微过热汽温能迅速反映过热汽温的变化，因此可以用该信号来判断给水和燃烧率是否失调。

d. 负荷扰动时，主汽压力反应快，可作为被调量。

e. 减温水流量对主汽压力和微过热汽温没有直接影响，因此在维持燃水比的前提下，减温水控制可按单回路控制系统设计。

f. 机组的蓄热系数小对压力控制不利，但有利于迅速改变锅炉负荷，适应电网负荷变化能力强。

3 燃水比控制原理［3］

3.1 升温控制 (分离器入口流体温度控制)

机组在常温/冷态方式启动时，在主蒸汽压力＜8.7 MPa和1只油燃烧器阀门打开时如果水—燃料比主控在自动，汽水分离器入口流体温度升温控制启动。当2对油燃烧器投运和主蒸汽压力达到9.6 MPa时，升温控制结束。

3.2 炉膛烟气温度控制

在启动时为了防止燃料过量使再热蒸汽管超温，要监视炉膛出口烟气温度。当炉膛出口烟气温度超过最大设定值，燃烧率指令将按比例控制。汽机进汽后对炉膛出口烟气温度的限制取消。

3.3 主汽压力控制

当锅炉处于湿态运行方式，机组负荷高于15%ECR时，主蒸汽压力由燃料量控制 (与汽包锅炉相同)。因此，在这种情况下，是通过调整给水/燃料比率指令来控制主蒸汽压力。

3.4 主汽温度控制

当锅炉处于干态运行方式时，调整给水/燃料比率指令，以补偿煤的实际发热值的改变和锅炉上述变化。在这种情况下，给水/燃料比率指令控制屏式过热器出水温度 (中间点温度)。最终结果是主蒸汽温度控制可以始终处于最佳位置 (当超过一定负荷时，喷水处在稳定状态条件下)，以快速响应温度扰动。此外，为了保护锅炉，必须把过热度控制在适当的设定点上。为了协助主蒸汽温度的控制，还把每一部分的温度偏差加起来作为比例控制信号。

3.5 燃料主控指令

燃料主控指令主要由以下几个环节共同作用形成。

a. 锅炉指令BD根据正常运行、不同启动方式所对应的函数曲线计算出来的燃料量需求指令。

b. 为了减小锅炉响应滞后所带来的迟延，燃料量需求指令需加上燃料量超前控制 (BIR)，随后加入燃水比进一步修正燃料量需求指令。

c. 通过给水流量和风量对燃料主控指令的交叉限制，保证系统能量的相对平衡。当机组启动初期，再热器无蒸汽流过时，以19.5%MCR作为燃料量的上限值对燃料量需求指令进行限制，最终形成的燃料量需求指令送至燃料主控。

4 燃水比控制策略的优化

4.1 中间温度的选取

根据经验数据，中间点温度每变化1℃，低负荷时对过热蒸汽温度的影响达到10℃左右，高负荷时对过热蒸汽温度的影响达到5℃左右，正确的选取中间点温度至关重要［4］。

厂家提供的控制策略中，燃水比控制的中间点温度为分离器出口温度，由于中间点温度在系统位置靠前，不能准确反映燃水比关系，主汽调节系统调节品质较差。为了解决该问题，经过调试试验，最后选取屏式过热器出口温度作为中间点温度，顶棚过热器出口温度作为前馈，被调参数的准确选取，保证了主汽温调节系统的调节品质。

4.2 燃水比与一级减温水控制回路的解耦

厂家提供的一级减温水调节控制框图是一级减温水流量调节再加上二级出口温差和顶棚温度的修正，事实上在正常运行中由于煤种的变化和工况的不同一级减温水流量与负荷很难真正匹配上，再加上一级减温水流量也不准确，所以一级减温水调节回路的实用性不强。为了解决上述问题，对其控制策略进行了改进，即一级减温水调节与水燃比一起控制屏式过热器出水温度，减温水流量作为水燃比控制的前馈信号，实现回路的解耦控制。

4.3 燃水比偏置补偿

为了适应煤种频繁变化，保证燃水比更接近真实情况，通过减少/增加燃料偏置来控制分离器入口过热度，根据分离器储水箱压力和分离器入口流体温度设定的分离器入口温度上限/下限偏差加到燃水比偏置，使分离器出口过热度小于规定值。在循环操作时 (湿态方式)，因为不需要控制过热度，燃料偏置取消。在负荷不变化时，此偏置仅由BID调整。

4.4 减弱BIR在燃水比控制的作用

为了满足电网负荷的要求，要求机组负荷变化率较大，在机组正常运行过程中，如果升降负荷过快，将引起汽水分离器出口压力波动，造成燃水比控制回路中BIR(负荷微分)信号频繁动作，致使燃水比信号波动，造成主汽温度波动较大。为了解决上述问题，保证BIR信号快速响应的同时减弱了BIR在燃水比控制回路中的作用，避免升降负荷过程BIR信号频繁动作引起汽温波动。

4.5 增加顶棚出口过热度控制

顶棚出口过热度设定值根据汽水分离器储水箱压力设置，并与实际顶棚出口温度比较，当测量值比设定值高时，燃水比加一减少偏置，控制金属温度上升。负荷大于600 MW时这一偏置取消。

过热度控制仅加到燃水比压力控制偏置和温度控制偏置，限制分离器入口过热度控制和顶棚出口过热度控制的总量小于±6 t/h。

5 结束语

绥中发电有限责任公司1 000 MW超超临界机组通过对燃水比控制策略的优化和改进，提高了机组对不同煤种的适应能力，保证了机组主要参数的稳定，为超超临界机组的调试和维护积累经验。

［1］ 杨景祺，戈黎红，凌荣生.超临界参数机组控制系统的特点及其控制策略 ［J］.动力工程，2005，25(2):221-225.

［2］ 张啸海，曾光宁，颜求智.浅谈超超临界火力发电机组控制特点及难点 ［J］.仪器仪表用户，2010，17(1):79-80.

［3］ 东方锅炉控制有限公司.超超临界锅炉控制系统说明［Z］.

［4］ 王远平，傅望安，时 标，等.华能玉环电厂4×1 000 MW超超临界机组燃水比控制策略［J］.电力设备，2008，9(1):8-12.

(收稿日稿 2011-10-15)

1 000 MW Ultra-supercritical Unit Fuel-water Ratio Control Strategy and Optimization

FAN Ting-ju，DU Cheng-xian
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

Combined with Fuel-water ratio control theory，taking example of 1 000 MW ultra-supercritical units control in Suizhong power plant，it describes ultra-supercritical unit fired water ratio control strategy，discussing the control adjustment problems of the water-fuel unit under operating conditions，and solution to it.

Ultra-supercritical units;Fuel-water ratio;Mid-point temperature;Adjustment quality

TK32;TK229.2

A

1004-7913(2012)01-0005-03

范廷举 (1974—)，男，学士，工程师，从事热工专业管理工作。