焓值控制的特点和优化

660MW超超临界机组焓值控制的特点和优化古郁中电国际芜湖发电有限责任公司，安徽芜湖241009characteristicscharacteristicscharacteristicscharacteristicsandandandandoptimizationoptimizationoptimizationoptimizationofofofofenthalpyenthalpyenthalpyenthalpycontrolcontrolcontrolcontrolstrategstrategstrategstrategyyyyinininin660MW660MW660MW660MWultraultraultraultrasupercriticalsupercriticalsupercriticalsupercriticaluniuniuniunittttGuYuCPIWUHUELECTRICPOWERCO.,LTD.WUHUAHUI241009ABSTRACT:ABSTRACT:ABSTRACT:ABSTRACT:.Themainsteamtemperatureandpressurecontrollisdifficultyinlargecapacitypowerunit,especiallymainsteamtemperature.Themainsteamtemperaturewouldhaveasignificantlychangeifcoal-waterratioisnotfitness.Thecontrolqualityoncoal-waterratiowouldreflectonthesafeoperationoftheunit.Onthebasisofsumminguptheexperienceindebuggingandrunning,ThisarticledescribebrieflythestrategiesaboutboilerenthalpycontrollerinwuhuelectricpowerCO.,LTDfivephaseoftheproject1#、2#boiler,andproblemencouteredinthedebuggingandrunning,andthecontrolstrategyofoptimization.Thestrategyoffersgoodreferencetosimilarenthalpycontrolsystemsinultrasupercriticalpowerunits.KEYKEYKEYKEYWORD:WORD:WORD:WORD:Ultra-supercritical;Coal-waterratio;Middlepoint；Enthalpy;Optimize摘要：大容量机组控制上的难点就是汽温和汽压的控制，尤其是汽温控制更是个难点。水煤比不相适应时，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。煤水比控制的品质直接关系到机组安全运行。在总结调试和正常运行经验的基础上，浅述了中电国际芜湖发电公司五期工程1#、2#锅炉焓值控制策略，并就调试过程和正常运行中遇到的问题,对控制策略作了相应修改。该控制策略为同类超超临界机组焓值控制设计提供了参考作用。关键词：超超临界；煤水比；中间点；焓；优化1引言实践证明超（超）临界机组的效率可比亚临界机组高2%～4%左右,超（超）临界机组运行的稳定性和经济性强烈地依赖于自动控制系统，而煤水比控制的品质直接关系到机组安全运行。过热蒸汽温度能正确反映煤水比的改变，但存在较大的迟延，通常为400s左右，因此不能以过热蒸汽温度作为煤水比的控制信号，通常采用微过热汽温作为煤水比例的校正信号。采用微过热汽温可基于中间点温度(焓值)作为校正信号，但是中间点温度控制易进入饱和区或非饱和区，且反映不灵敏导致汽温超调，而基于中间点焓值的校正有灵敏度高，可防止中间点温度进入饱和区的优点。中电国际芜湖发电公司五期工程1#、2#锅炉（以下简称中电芜湖锅炉）是北京B&W公司国内首台超超临界锅炉，按美国B&W公司SWUP锅炉技术标准，超超临界参数、螺旋炉膛、设三级减温器，设计额定主汽压力26.15MPa、主汽温度585℃、再热汽温603℃。本文以B&W公司SWUP直流锅炉焓值控制策略为出发点，介绍实际工程中的控制方法，并就实际应用中对控制策略进行优化改进。2煤水比控制锅炉在直流运行方式下，炉膛给水量需求值与实测的炉膛给水量值之差，通过比例加积分的控制方式向锅炉给水泵控制发出给水流量需求信号。2.1给水流量为了保护炉膛水冷壁,当锅炉点火条件具备（MFT复位），实际的炉膛给水流量需求值不应低于炉膛最小流量值，以保证锅炉点火时炉膛水冷壁管中有足够的水流量。2.1.1给水流量设定值理论的给水流量是由锅炉主控经过F（X）函数发生器后，转换为给水流量，而后减去减温水流量得出（煤水比值约为1∶8）。将炉膛吸热量目标值经过锅炉金属储能变化的瞬态修正（锅炉金属储能变化与炉膛出口工质饱和温度变化率有关，利用饱和温度变化率乘以水冷壁管的金属质量的热容量来计算得到金属部件所吸收的热量），再除以来自焓控制器的炉膛焓增需求值，就得出了实际的炉膛给水流量需求值。给水流量设定值经上、下限限制后（燃料对给水的高限和低限），加上给水再循环流量，减去“到锅炉的给水流量加上再循环流量加5与省煤器出口流量中的小值（直流锅炉的最小流量限制），再经过双向限幅作用，而后再乘以1.4。双向限幅限制和最小流量限制的主要目的是在各工况下防止燃料和给水的失调（以保证给水流量总是超过本生点流量）。2.1.2减温水流量直流锅炉的给水流量控制与减温水总量的控制之间有着必然的联系。直流锅炉给水控制的一个主要任务就是维持汽温稳定，一方面严格控制煤水比完成过热汽温粗调，另一方面又要确保后级减温在可调范围内。在不同的负荷下，给水流量和减温水流量有相对应比值，如果实际减温水流量发生偏差时，焓设定积分器就会校正焓定值，改变给水流量指令，使减温水量逐步消除偏差。2.2给水主控在干态时，基于中间点焓值（汽水分离器出口焓值）校正的控制动态煤水比值的给水自动控制系统，控制逻辑由前馈和反馈调节二部分组成，给水指令的前馈又由静态前馈和动态前馈二部分组成，静态前馈是给水指令的主要部分，由锅炉的负荷指令（总燃料量）经F(x)函数折算出锅炉需要的给水总量，再扣除减温水量后，作为给水的基本指令，该部分保证了稳态的煤水比。动态前馈是为了加快变负荷时给水的响应速度，从而提高机组的负荷响应速度（在设计中考虑一次调频功率前馈环节）。给水指令的反馈部分则是确保分离器出口（过热器进口）的焓值等于给定值。考虑到水冷壁进口给水的焓值偏差对过热蒸汽焓值的影响，将进口给水焓差修正得到热值信号与焓控制器输出一道组成给水流量指令。为保证给水流量总是超过本生流量和循环流量，对给水流量设定进行最小值限制。最终的直流方式下的给水流量设定值，还要再加上锅炉加速信号，之后送到给水主控。简化的给水主控指令形成回路如图1。给水主控指令两给水泵全部手动KTD给水流量MAOR全手动全手动2调频功率X-+-.速率限制前负荷指令LDC输出(不含一次调频)给水流量设定(最小流量限制后)30005700汽动给水泵B指令TTF(x)ΣF(t)F(t)F(t)Σ汽动给水泵A指令+图1给水主控指令形成回路FigFigFigFig1111MasterMasterMasterMasterinstructioninstructioninstructioninstructionforforforforfeedfeedfeedfeedwaterwaterwaterwatergeneratinggeneratinggeneratinggeneratinglooplooplooploop3焓值控制以微过热汽温作为煤水比的校正信号时，其过热度的选择是非常重要的。从控制系统品质指标的角度考虑，所取的微过热汽温过热度越小，迟延越小。然而，若焓值小于2847kJ/kg（680kcal/kg），此时汽温随焓值变化的放大系数明显减小，而受汽压变化的影响很大，变得不稳定。这影响微过热汽温对于煤水比例关系的代表性。经验证明，微过热蒸汽的焓值在2847kJ/kg左右时，其特性比较稳定。按照反应较快和便于检测，且中间点汽温变化的时滞应不超过30～40s等条件，中电芜湖锅炉选取分离器出口母管为中间点，根据该点焓值来控制煤水比。3.1中间点焓值测量焓值是温度和压力的两维函数，由水和蒸汽的热力性质可知，蒸汽的过热度越低，焓值一压力一温度间的非线性越强。要能够查询到从大约25％负荷到满负荷机组所有参数下的焓值，要经过很长时间的运算周期才能查到当前的焓值，当出现负荷快速变化等工况导致温度或者压力的快速变化时，这种计算值的滞后会抵消掉焓值反映快的优势最终导致主汽温度的较大幅度的变化。为提高焓计算精度，可按温度、压力分成若干个分区，通过判断选择分区计算。图2为焓值测量组态实施例图。112锅炉启动系统分离器出口母管温度锅炉启动系统分离器出口母管压力2饱和温度(℃)过热度(℃)8MPa等压线焓值F(x)F(x)F(x)F(x)F(x)F(x)F(x)F(x)F(x)F(x)F(x)F(x)F(x)9MPa等压线焓值10MPa等压线焓值11MPa等压线焓值12MPa等压线焓值13MPa等压线焓值14MPa等压线焓值15MPa等压线焓值16MPa等压线焓值17MPa等压线焓值18MPa等压线焓值19MPa等压线焓值图2焓值测量组态实施例图FigFigFigFig2222enthalpyenthalpyenthalpyenthalpyvaluevaluevaluevaluemeasurementmeasurementmeasurementmeasurementconfigurationconfigurationconfigurationconfigurationchartchartchartchartofofofofthethethetheimplementationimplementationimplementationimplementation3.2焓设定值基于中间点焓值校正的煤水比控制系统在纯直流阶段，焓设定值由二部分组成：一是基准的焓设定值；二是由实际运行情况确定的焓设定值修正量。分离器出口母管压力与分离器出口母管压力经一阶惯性环节后的值进行大选，分别经过2个F（X）函数发生器，得出TmaxSP1、TmaxSP2两个值，其中TmaxSP1减去分离器出口最高温度，经系数修正后，与“锅炉指令反馈算出的总的减温水流量与实际的减温水流量的差值”进行小选，而后送到焓值修正的PI调节器，该调节器的输出值即为焓控的设定值的修正值。基准焓值和“焓设定值的修正值”相叠加后，得到焓设定值。焓控的设定值与低温过热器入口焓相减后，得到偏差信号，送到焓控PI调节器，得到焓值控制器输出。3.3焓增省煤器到分离器处的理论焓增：正常时焓控的设定值，减去“过热器入口蒸汽流量的函数”，得出“省煤器到分离器处的理论焓增”。蒸发器理论吸热量为理论给水流量（Kg/s）与省煤器出口到分离器出口的理论焓增（KJ/kg）乘积。以上计算均考虑其蓄热迟延时间。在给水压力和给水门开度不变的条件下，由于汽压降低，给水流量实际上是自动增加的。这样，平衡后的给水流量和蒸汽流量有所增加。在燃料量不变的情况下，这意味着单位工质吸热量必定减小，或者说出口汽温(焓)必定减小。出口汽温的降低过程中由于金属贮热的释放而变得迟缓。并且，由于金属贮热的释放，稳定后的汽温降低值也并不显著。设计总焓增减去金属部件所吸收的热量得到设计有效焓增。省煤器到分离器处的实际焓增：正常时焓控的设定值减去给水的焓，得出省煤器到分离器处的实际焓增。省煤器到分离器处的实际焓增是对给水指令中的静态前馈部分的修正，静态前馈部分确定了锅炉负荷指令与给水流量之间的比值，该比值还应根据实际情况作必要的修正。如：当加热器未投用