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600MW超临界机组协调控制系统的应用研究发表时间:2007-5-31作者：张朝阳王玉山宋兆星摘要：节约一次能源、加强环境保护、减少有害气体的排放、降低地球的温室效应，己经受到国内外的高度重视。我国电力总装机容量己逾300GW，但火电机组平均单机容量不足1OOMW,平均供电煤耗高达394g/kWh，较发达国家高60~80g/kWh，高出25%左右，资源浪费太大，废气排放严重。火电机组随着初蒸汽参数的提高，效率相应地提高，超临界机组平均煤耗为310~320g/kWh，比亚临界机组平均减少20~40g/kWh。因此，我国从八十年代后期开始重视发展超临界机组。随着国家建设节约型社会的规划，600MW超临界机组及1000MW超超临界机组在国内日趋成为主流，尽快掌握并消化吸收超临界机组的控制技术，显得尤为重要。对于汽包炉单元机组，其协调控制策略己经很成熟，控制效果也比较理想。但是，目前国内对滑压运行的超临界机组的协调控制策略研究并不够，工程应用经验也比较少，是一个新课题。本文根据大唐国际南方三厂新投产的600MW超临界机组协调控制系统的设计和调试经验，详细介绍了滑压运行的超临界机组协调控制系统的特点，并对超临界机组协调控制系统的控制策略进行分析和综合。大唐国际乌沙山电厂1、2号机组，宁德电厂3、4号机组及潮州电厂1、2号机组的锅炉岛均为哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进三井巴布科克能源有限公司技术设计制造的600MW超临界直流锅炉。该型锅炉为单炉膛、前后墙对冲燃烧方式、采用一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Ⅱ型布置，神府东胜煤为设计煤种，大同塔山煤为校核煤种。上述六台机组分别在2006年5月~9月投入商业运行，协调控制系统稳定可靠，控制品质优良。一、600MW超临界机组协调控制系统的主要特点理论上认为，在临界点(22.129MPa、374℃)时，水的汽化会在一瞬间完成，即饱和水与饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在，两者的参数不再有区别。由于在临界参数下汽水密度相等，因此在临界压力下无法维持自然循环，不能再采用汽包锅炉，直流炉成为唯一的型式。汽包炉中，汽水流程分为加热段、蒸发段和过热段，三段受热面的位置和面积是固定不变的。给水流量变化时仅影响汽包水位，不影响蒸汽压力和温度;而燃烧量变化时仅改变蒸汽流量和蒸汽压力，对蒸汽温度影响不大。因此，给水、燃烧、蒸汽温度控制系统是可以相对独立的，可以通过控制给水流量、燃烧率、喷水流量分别控制汽包水位、蒸汽流量和蒸汽压力。直流锅炉没有汽包，又没有炉水小循环回路，给水是一次性流过加热段、蒸发段和过热段的，三段受热面没有固定的分界线。当给水流量及燃烧量发生变化时，三段受热面的吸热比率将发生变化，锅炉出口温度以及蒸汽流量和压力也都将发生变化。因此，给水、汽温、燃烧系统是密切相关的，不能独立控制，而应该作为整体进行控制。直流锅炉随着蒸汽压力的升高，蒸发段的吸热比例逐渐减少，加热段和过热段的吸热比例增加，以及受热面管径变小、管壁变厚，因此随着蒸汽压力的升高，分离器出口汽温和锅炉出口汽温时被性增加，时间常数和延迟时间增加。直流炉没有汽包，机组总的汽水循环工质的质量相比汽包炉大大下降，但工质在机组内的循环速率上升，这就要求协调控制系统更及时、准确、更严格地保证负荷和燃烧率之间的关系。由于没有汽包缓冲，要求协调控制系统严格保持机组的能量和物质平衡，特别是燃烧率和给水量间的平衡关系。直流炉蓄热较少，对于直吹式机组，制粉系统的大滞后特性更不利于机、炉间的协调控制。"直流锅炉蓄能比较小，当外部负荷变化时汽压波动大，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，为使锅炉有良好的调节品质，需要有高性能的控制系统。在超临界机组控制中，机、炉之间存在严重的非线性藕合。直流锅炉流程中每一段的长度都受燃料、给水、汽机调门开度的扰动而变化，从而导致功率、压力、温度变化。直流锅炉是一个三输入/三输出相互糯合关联极强的被控对象，汽机调门开度变化不仅影响锅炉出口压力，还影响了汽水流程的加热段，导致了温度的变化;燃烧率增加，缩短了加热段和蒸发段，使压力、温度、功率均增加;给水量增加，加热段和蒸发段延长，推出一部分蒸汽，因此压力和功率开始是增加的，但由于过热段的缩短使汽温下降，导致功率和压力下降，汽温在一段时间延迟后单调下降稳定在一个较低值上。强烈的非线性是超临界机组又一主要特征。超临界机组采用滑参数运行，机组在大范围的变负荷运行中，运行压力在lOMPa~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，在亚临界运行工况下给水具有加热段、蒸发段与过热段三大部分，在超临界运行工况下汽水的密度相同，水在瞬间转化为蒸汽。超临界运行方式和亚临界运行方式具有完全不同