660MW超临界机组控制方案说明

龙泉金亨660MW超临界机组MCS控制策略GE新华控制工程有限公司1龙泉金亨2×660MW超临界机组MCS系统逻辑设计说明设计：校对：审核：批准：新华控制工程有限公司2012年3月18日龙泉金亨660MW超临界机组MCS控制策略GE新华控制工程有限公司2660MW超超临界机组控制方案说明1．超超临界机组模拟量控制系统的控制要求超临界机组相对于亚临界汽包炉机组，有两点最重要的差别：一是参数提高，由亚临界提高至超临界；二是由汽包炉变为直流炉。正是由于这种差别，使得超临界机组对其控制系统在功能上带来许多特殊要求。也正是由于超临界机组与亚临界汽包炉机组这两个控制对象在本质上的差异，导致各自相对应的控制系统在控制策略上的考虑也存在差别。这种差别在模拟量控制系统中表现较为突出。此处谨将其重点部分做一概述。1.1超临界锅炉的控制特点(1)超临界锅炉的给水控制、燃烧控制和汽温控制不象汽包锅炉那样相对独立，而是密切关联。(2)当负荷要求改变时，应使给水量和燃烧率（包括燃料、送风、引风）同时协调变化，以适应负荷的需要，而又应使汽温基本上维持不变；当负荷要求不变时，应保持给水量和燃烧率相对稳定，以稳定负荷和汽温。（3）湿态工况下的给水控制——分离器水位控制，疏水。（4）干态工况下的给水控制-用中间点焓对燃水比进行修正，同时对过热汽温进行粗调。（5）汽温控制采用类似汽包锅炉结构，但应为燃水比+喷水的控制原理，给水对汽温的影响大；给水流量和燃烧率保持不变，汽温就基本上保持不变。1.2超临界锅炉的控制重点超临界机组由于水变成过热蒸汽是一次完成的，锅炉的蒸发量不仅决定于燃料量，同时也决定于给水流量。因此，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；而维持燃水比又是保证过热汽温的基本手段；因此保持燃/水比是超临界机组的控制重点。本公司采用以下措施来保持燃/水比：（1）微过热蒸汽焓值修正龙泉金亨660MW超临界机组MCS控制策略GE新华控制工程有限公司3对于超临界直流炉，给水控制的主要目的是保证燃/水比，同时实现过热汽温的粗调，用分离器出口微过热蒸汽焓对燃/水比进行修正，控制给水流量可以有效对过热汽温进行粗调。(2)中间点温度本工程采用中间点温度（即分离器出口温度）对微过热蒸汽焓定值进行修正。当中间点温度过高，微过热蒸汽焓定值立即切到最低焓，快速修改燃/水比、增加给水量。当中间点温度低与过热度，表明分离器处于湿态运行，此时焓值修整切为手动。(3)喷/水比（过热器喷水与总给水流量比）在超临界机组如果喷/水比过大（或过小），即流过水冷壁的给水量过小（或过大），用喷/水比修正微过热蒸汽焓定值（即修正燃/水比），改变给水流量，使过热减温喷水处于良好的控制范围内。(4)燃水指令的交叉限制回路本工程给水最小流量限制、燃/水交叉限制，主要目的是在各种工况下防止燃料与给水比的失调。燃料指令由锅炉指令加变负荷超调量前馈，经给水指令增、减闭锁限制（中间点温度正常范围内）；给水指令经燃料指令增、减闭锁限制（中间点温度正常范围内）。（5）高加解列超调前馈高加解列，给水温度偏低，通过超调前馈快速减少给水量（超调量与负荷成比例关系），以确保燃/水比调整使过热汽温在正常范围内。注：高加解列超调量只受最小流量限制，不受其他条件影响。1.3超临界锅炉的给水控制超临界锅炉给水控制要完成了多重控制任务：控制燃/水比、实现过热汽温的粗调、满足负荷的响应。1）给水指令组成给水指令由燃料指令经f(x)对应的总给水量减去过热器喷水量、通过燃/水比修正，加变负荷超调量前馈，经燃料指令增、减闭锁限制（中间点温度正常范围内），加高加解列前馈。具体分析如下：龙泉金亨660MW超临界机组MCS控制策略GE新华控制工程有限公司4（1）给水指令的前馈给水指令的前馈包括：静态前馈和动态前馈二部分组成。①静态前馈这是给水指令的主导部分，由燃料指令折算出锅炉需要的给水总量，扣除减温水量后，作为直流炉的给水指令，通过这部分的静态前馈，基本保证了燃/水之比。由于燃料、给水对过热汽温反应存在时差，因此给水指令要经惯性环节延迟。②变负荷超调量动态前馈变负荷超过1.5%(9MW)时对燃料、给水指令超调前馈，主要是为了提高机组的负荷响应速度。③高加解列超调前馈高加解列，给水温度偏低，通过超调前馈快速减少给水量（超调量与负荷成比例关系），以确保燃/水比调整使过热汽温在正常范围内。（2）给水指令的反馈修正静态前馈部分基本上确定了燃料与给水流量之间的关系，在实际运行中，这一关系还应根据实际情况作必要的修正，使分离器出口焓维持在定值附近。反馈修正的思路为：当过分离器出口焓大于设定值时，适当逐步加大给水指令；反之，则减少给水指令。焓定值的确定可分为二种情况，一种是正常情况下焓定值的确定；另一种是当分离器出口超温时的焓定值计算。①正常情况下分离器出口焓定值的计算在正常情况下，分离器出口焓定值由二部分组成：一是基准的焓设定值；二是由实际运行情况确定的定值修改量。a．基准的焓设定值基准的焓设定值是分离器出口压力的函数，f(x)代表了不同负荷对分离器出口蒸汽保证一定的过热度的控制要求。b.焓设定值的修正龙泉金亨660MW超临界机组MCS控制策略GE新华控制工程有限公司5焓控设定值修正是指根据分离器出口温度或喷/水比在一定范围内修正焓控设定值。当分离器出口温度大于定值3℃（初设），经过焓设定积分器将焓设定值适当减少，相应增加给水流量指令；反之相反。用喷/水比（过热器喷水量/总给水量比值）对焓控定值进行修正，其因是直流锅炉的给水流量控制与减温水总量的控制之间存在着必然的联系，比如当过热喷水量大，就说明前面的水冷壁的给水流量偏小，即可以通过减小焓控定值，增加给水流量而使过热喷水恢复到原来的值。注：焓定值修正范围：中间点温度过热度在超过热、欠过热范围内，即焓控设定值必须保证在Hmax和Hmin之间。②分离器出口超温时的焓定值计算给水控制系统还必须实现防止水冷壁管出口温度的越限，当分离器出口温度偏差大于3℃时，按上节方法减小焓设定值；当分离器出口温度大于限值（超过热）时，控制回路将焓设定值迅速切至最低限Hmin，从而快速增加给水流量，防止水冷壁出口温度进一步上升；当水冷壁出口温度超过其对应负荷下的温度保护定值，则发生MFT，这是直流锅炉为防止水冷壁管超温而设置的一个重要保护。2）湿态运行方式（1）当分离器出口温度低于欠热度（分离器出口压力函数），即为湿态方式。（2）湿态方式燃/水比切手动，用上述给水指令与给水流量的偏差的PI调节控制给水调门或电动给水泵。（3）锅炉处于非直流运行方式，焓控制器处于跟踪状态，给水控制保持32%BMCR流量指令，由于分离器处于湿态运行,通过液控阀10HAG41AA101、10HAG42AA101)进锅炉排污扩容器，在暖管阶段通过调阀10HAG70AA101进入一级减温，给水系统处于循环工作方式。在机组负荷大于32%BMCR后，锅炉逐步进入直流运行状态，焓控制器开始工作。3）干态运行方式用给水指令与给水流量的偏差的PI调节控制用电泵或汽泵转速，即控制给水量。干态方式用分离器出口焓对燃/水比进行修正。4）RB给水指令龙泉金亨660MW超临界机组MCS控制策略GE新华控制工程有限公司6RB时经燃料指令折算的给水指令缩短延迟时间，60秒后用过热器入口焓对燃/水比进行修正（在RB过程，喷/水比不参与），确保过热汽温在可控范围内。5）给水控制方式给水控制系统采用二台50%汽泵、一台30%电泵、主给水旁路调门。给水控制系统通过对泵速和阀门的配合控制来给水量。为适应机组的各种运行方式，设计多回路变结构控制系统。机组在启动和低负荷（小于30%额定负荷）时，由一台电泵向锅炉供水。这时给水调节系统按单电泵工作方式。当锅炉给水量较小时，用出口旁路阀调节给水量。当旁路开度达90%时，应改为电泵或汽泵转速控制。当负荷大于30%，当主给水电动门打开，旁阀超驰以一定速率关闭。正常工况二台汽泵运行，主给水电动门打开，控制汽泵转速来调节负荷。给水控制系统属单回路控制，转速控制一拖三，不采用平衡算法，原因是给水回路是快速跟随系统。控制系统变参数由控制内部变结构完成，分单电泵、单汽泵、双汽泵、混泵控制方式。正常工况电泵处于后备“自并”状态。1.4改善超临界机组协调控制调节品质为了提高机组负荷响应的能力，主要方法为：①采用机组指令并行前馈到机、炉主控，即要充分利用机组的蓄热，也要提速燃烧指令；②加快锅炉侧的快速响应尤其是燃水的快速响应，对给水和给煤应有合理的、经智能化处理的超调量，加快整个机组的动态响应速度。1.4.1变负荷时，燃水指令的超调①当增负荷幅度9MW，同时机组实际负荷指令变化率大于0.2MW/min（这是二次确认，即非AGC工况按下《GO》。），启动增负荷超调指令。②超调持续时间的判断逻辑当增负荷幅度差值3MW、机组实际负荷指令与实发功率偏差2MW，上述任一条件成立，增负荷超调结束。③超调量龙泉金亨660MW超临界机组MCS控制策略GE新华控制工程有限公司7超调量与变负荷速率、实际负荷指令有关。变负荷速率越快，超调的量也越大；负荷指令越高，超调的量也越大。④当遇到加负荷后随即又减负荷的工况，则加负荷超调立刻结束，同时触发减负荷超调。反之亦然。注：减负荷超调类同。1.4.2增加一次风量的前馈一次风压设定值是机组指令的正比函数，通过改变一次风压来提高锅炉变负荷速率；利用锅炉主控指令的前馈信号同时改变一次风量，充分利用磨煤机内的蓄粉来快速响应负荷需要。2．本公司超临界机组协调控制策略协调控制系统设计原则是将汽机、锅炉作为整体考虑。在综合控制策略基础上，通过预测提前量来提高机组负荷响应能力、抑制动态偏差；与各种非线性、方向闭锁等控制机理的有机结合，协调处理燃料与给水匹配，使过热蒸汽温基本稳定，协调控制机组功率与机前压力，协调处理负荷要求与实际能力的平衡。在保证机组具备快速负荷响应能力的同时，维持机组主要运行参数的稳定。龙泉金亨660MW超临界机组MCS控制策略GE新华控制工程有限公司8图一350MW超临界机组负荷控制中心2.1机组指令处理回路机组指令处理回路是机组控制的前置部分，它接受操作员指令、AGC指令、一次调频指令和机组运行状态信号。根据机组运行状态和调节任务，对负荷指令进行处理使之与运行状态和负荷能力相适应。2.1.1AGC指令AGC指令由省调远方给定，4～20mA对应330MW～720MW。当机组发生RUNUP/RUNDOWN、RUNBACK，退出AGC控制。2.1.2一次调频指令一次调频指令为频率对应功率关系，频率调节死区范围为±0.033HZ（3000±2r/min），频率调节范围确定为50±0.2HZ，即49.8～50.2HZ（对应于汽轮机转速控制范围为3000±12r/min），对应±40MW。当负荷达到上限720MW或下限340MW对一次调频信号进行方向闭锁，当机组发生RUNUP/RUNDOWN、RUNBACK时退出一次调频控制。2.1.3机组指令的实际能力识别限幅功能机组指令的实际能力识别限幅是根据机组运行参数的偏差、辅机运行状况，识别机组的实时能力，使机组在其辅机或子控制回路局部故障或受限制情况下的机组实际负荷指令与机组稳态、动态调节能力相符合。保持机组/电网，锅炉/汽机和机组各子控制回路间需要/可能的协调，及输入/输出的能量平衡。机组指令的实际能力识别限幅功能，反映了协调控制系统一种重要设计思想——控制系统自适应能力：1）正常工况——“按需要控制”，实际负荷指令等于目标指令；2）异常工况——“按可能控制”，目标指令跟踪实际负荷指令。机组指令的实时能力识别限幅功能主要有：1）方向性闭锁2）迫升/迫降（RunUp/RunDown）3）辅机故障快速减负荷（Runback）龙泉金亨660MW超临界机组MCS控制策略GE新华控制工程有限公司9所有机组实时能力识别限幅功能，均设计有超驰优先级秩序，并具备明了的CRT显示。2.1.3.1方向闭锁功能方向闭锁技术作为CCS的安全保护，具有下例功能：1）防止参数偏差继续扩大的可能；2