660MW超临界机组减温水控制策略应用分析

660MW超临界机组减温水控制策略应用分析

陈玉

陈玉大唐淮北发电厂发电部 安徽省淮北市 235000

摘要：在国务院决定全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造，大幅降低发电煤耗的要求下，如何提高燃煤发电机组经济性是目前火力发电厂研究的重要课题。超临界直流炉机组中主蒸汽温度是一个非常重要的运行参数，对主汽温度的控制是机组尤为关键的部分。直流炉因为没有汽包环节，主汽温度控制主要采用以水燃比控制为主，减温水控制为辅的控制方案，而一二级减温水作为动态修正和精确调节，其调节品质的优劣对主汽温有直接的影响。文章对两种常用的一级减温水控制策略进行了介绍，并分别对调节品质及结果进行分析。

关键词：超临界；主汽温度控制；一级减温水

一、减温系统简述

超临界机组直流炉不同于汽包炉，给水与蒸汽温度的控制紧密相关，主蒸汽温度的升降主要取决于水燃比控制，而减温水控制作为动态修正相对为精细调节，对于汽温在既定工况下保持在规定值范围内起着决定作用，而且在瞬间工况时，其响应速度远大于水燃比控制，对于蒸汽温度保持稳定至关重要。主蒸汽在整个机组汽水系统中温度是最高的，其温度的高低对汽轮机、蒸汽管道及过热器等稳定运行及使用寿命起着决定性作用。而且汽温变化频繁且幅度过大，会造成汽轮机转子与汽缸的胀差变动，对蒸汽管道及部件金属材料产生疲劳，降低机组安全运行和经济效益。

本文选取了某电厂I期660MW超临界机组作为研究对象，其型式为单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊П型结构、露天布置的燃煤锅炉，锅炉设计煤种为贵州烟煤。过热器配置二级喷水减温装置，左右能分别调节。在任何工况下（包括高加全切和B-MCR工况），过热器喷水的总流量约为4%过热蒸汽流量（B-MCR工况下）。过热器汽温控制在纯直流负荷以前，采用喷水减温控制；在纯直流负荷以后，以控制煤水比为主，喷水减温为辅。一级喷水减温的最终控制目标为二级喷水减温器前后温差；二级喷水减温控制采用常规的燃料量微分信号、主蒸汽流量微分信号作前馈的串级控制。减温水取自高加出口连接管。过热器减温水总管分成两路，一路至一级减温器，一路至二级减温器，各设置有隔离阀；一级、二级减温水又分别分成两路，每路上均设置有调节阀，供调节减温水流量用，在调节阀后设置有截止阀和流量测量装置。其工艺流程图如下：

二、问题分析

在此６６０ＭＷ超临界直流炉机组中，减温水控制系统是通过并行调节一二级过热器减温器喷水流量来实现的。此机组设计两级喷水减温系统，一级减温水系统位于一级加热器和二级加热器之间；二级减温水系统位于二级加热器和末级加热器之间，每一级左右侧各有一个减温器。减温水调节主蒸汽温度作为机组一项重要部分，其控制策略有很多种，超临界机组主蒸汽温度有以下控制特点：非线性、惯性强、延迟大、不确定性因素多等

（1）问题一。

主回路PID控制的Kp、Ti、Kd变化范围较大，虽然能一定程度上加强或者减弱PID作用，但是控制稳定性得不到保证，容易产生过调及调节不及时。

（2）问题二

减温水前馈选用不合理，由于主蒸汽温度控制存在许多扰动及影响因素，因此如何选用能快速反映主蒸汽温度变化趋势前馈对于整个控制是尤为重要的。事实证明，机组负荷、给水流量百分比这两个前馈无法满足要求。

（3）问题三

控制二级减温器入口温度控制方式为：通过主回路PID控制二级减温器入口温度并得到副回路PID的SP值，在通过一级减温器出口温度PV值控制一减调门开度，逆向控制二级减温器入口温度，只能通过过热度来控制主蒸汽温度，进而控制二级减温器入口温度，如此减缓了控制系统快速性及准确性。

三、解决措施

3.1中间点控制——煤水比

临界压力工况点在由亚临界、超临界、超临界变化过程中，会有较大的比热容区存在，从而使得直流炉的工质定压的比热容不断变大，焓值在变化过程中工质温度基本上不会发生变化，因此就导致其具有非常显著的动态差异。这就需要相关工作人员，做好煤水比和减温喷水的协调工作，从而来实现对过热气温的有效控制，也就是对这两者汽温调整的各自优势有效的利用起来，从而让气温的整体调整和响应能力达到最佳。由此看出，控制好660MW超临界机组过热汽温的一个重要措施就是做好煤水比的调整工作，但该措施也有延迟比较大的不足，这需要相应工作者给予足够的重视。目前，煤水比主要有以下两种控制措施：一是，稳燃调水，该措施主要是控制好过热汽温的快速变热，但是会导致负荷出现一定的波动现象；二是，稳水调燃，该措施主要是控制过热汽温过慢，具有精确控制负荷的优势。

3.2喷水减温控制

超临界机组在正常运行过程中，经常出现的瞬间过热汽温现象，可以通过喷水减温的方式来有效控制。在末级的过热器出口汽温中主要分为以下两个控制区间：一是湿态运行区；二是直流运行区。直流运行区主要是指在机组启动过程中发生的湿态运行，这期间内过热器通过的蒸汽量要小于炉膛通过的水流量，从而使得贮水箱内收集剩余的水，只有在确保多有的炉膛工质都流入到过热器后，锅炉才能达到直流运行区，因此，在此情况下，要求工作人员一方面要对末级过热器做好相应的出口汽温控制工作，另一方面也要做好过热器管组在入口处进入饱和状态的预防工作。人们经常会选择三级喷水的方式来对超临界燃煤锅炉进行有效控制，这三级喷水的作用分别为，第一级喷水减温通常情况下看作是一种粗调节的作用，但是能够对过热器在进口部位的温度参数起到有效控制的作用，确保屏式过热器管壁上的温度在可控范围内；第二级喷水主要起到一种过渡作用；第三极喷水是主要的汽温减温器，这主要是由于该减温器的灵敏度非常高，非常适合对主汽温度进行有效的控制。由此可以看出，工作人员做好喷水减温控制工作，能够有效控制超临界机组的瞬间过热汽温，使其能够安全、稳定的进行运行，从而对确保电力系统的正常运行起着非常重要的作用。此外，还可以通过烟气挡板来对再热汽温进行有效调节，当技术人员使用烟气挡板调节再热汽温时一定要注意，为了避免增加烟道的阻力，调整原则是在保证再热器不投减温水的情况下尽量开大烟气挡板。。

四、效果分析

根据反平衡标准煤耗计算公式，机组主蒸汽温度控制优化后，主蒸汽温度总体提高了3℃～4℃。依据公式可以得出，在其他参数不变情况下，当主蒸汽温度提升后，汽机供热热量上升，汽机热耗率降低，供电标准煤耗下降。按1年发电30亿千瓦时，可节约标准煤807.3吨。按标准煤价600元/吨，每年可节约发电煤耗成本48.438万元。

五、结语

在各个电厂从汽机、锅炉热效率利用方式和改造优化大背景下，单纯提高汽机或者锅炉效率所需成本较高且提升空间很小，如何深挖潜力则是当前研究的重要课题。本文介绍了主蒸汽减温水控制策略，并对调节过程及结果进行分析，指出了两种控制策略在本机组中调节性能的优劣，对于其他机组亦有参考意义。

参考文献

[1]陈波，张永军，罗志浩．超临界机组汽温控制中减温水联控方式的研究与实现［Ｊ］．电站系统工程，２０１０（４）：５４－５６．

[2]张淑娟，董克昌．主蒸汽温度优化控制策略［Ｊ］．华电技术，２０１３（１）：４９－５１．

[3]600MW超临界锅炉MCS说明[Z].