1000MW超超临界机组给水全程控制的设计和应用

1、Page 1Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 1000MW超超临界机组给水全程控制的超超临界机组给水全程控制的 设计和应用设计和应用 刘潇 西门子电站自动化有限公司，江苏 南京 211100 Page 2Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 1 给水系统概貌给水系统概貌 外高桥三厂与宁海二期的给水系统配置如下（参见图外高桥三厂与宁海二期的给水系统配置如下（参见图1）：）： 1台台100BMCR容量的汽动给水泵（外

2、三），容量的汽动给水泵（外三），2台台50BMCR容量的汽容量的汽 动给水泵（宁海），及其再循环调门；动给水泵（宁海），及其再循环调门； 1台台40BMCR容量的锅炉再循环泵及其出口调门、再循环调门和过冷容量的锅炉再循环泵及其出口调门、再循环调门和过冷 水调门；水调门； 1个汽动给水泵出口主电动门和个汽动给水泵出口主电动门和1个旁路调门；个旁路调门； 1个省煤器进口主电动门和个省煤器进口主电动门和1个旁路调门个旁路调门 2个高水位疏水调门个高水位疏水调门 Page 3Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author

3、2 给水全程控制系统的运行模式及其模式切换给水全程控制系统的运行模式及其模式切换 给水全程控制覆盖了机组运行的全过程，即从锅炉上水给水全程控制覆盖了机组运行的全过程，即从锅炉上水-点火点火-湿态湿态 （启动阶段）（启动阶段）-干态（直流运行阶段）干态（直流运行阶段）-降负荷降负荷-湿态湿态-停炉，在这停炉，在这 整个过程中，非干态阶段的给水控制任务是上水和保证流过蒸发器整个过程中，非干态阶段的给水控制任务是上水和保证流过蒸发器 （水冷壁）的最小流量，防止超温并维持水动力的稳定性；干态时，（水冷壁）的最小流量，防止超温并维持水动力的稳定性；干态时， 再循环泵停运，处于热备用状态，给水控制的任务是

4、通过直接、快速再循环泵停运，处于热备用状态，给水控制的任务是通过直接、快速 的煤水比控制和精确的分离器出口微过热蒸汽焓值控制维持煤水比，的煤水比控制和精确的分离器出口微过热蒸汽焓值控制维持煤水比， 进而保证过热汽温，其原理见图进而保证过热汽温，其原理见图1 。 Page 4Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author Page 5Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 给水全程控制系统可分为停炉、湿态和干态三种运行模式。给水全

5、程控制系统可分为停炉、湿态和干态三种运行模式。 2.1 停炉模式及其与湿态模式的相互切换停炉模式及其与湿态模式的相互切换 “fire on”消失消失3min后即进入该模式。后即进入该模式。 分离器贮水箱水位设定值分离器贮水箱水位设定值35.5m， 两个高水位疏水调门的设定值两个高水位疏水调门的设定值36/38m， 当再循环泵启动后，其再循环流量定值为当再循环泵启动后，其再循环流量定值为5； 开始炉膛吹扫，再循环流量定值切为开始炉膛吹扫，再循环流量定值切为20； 点火开始或点火开始或“fire on”时，时， 再循环流量定值切为再循环流量定值切为点火流量定值点火流量定值蒸发器最小流量定值蒸发器最

6、小流量定值33， 两个高水位疏水调门的设定值从两个高水位疏水调门的设定值从36/38m切为切为18m，快速放水，快速放水以配合湿以配合湿 态模式下态模式下17m的分离器贮水箱水位定值的分离器贮水箱水位定值，当点火完成当点火完成3分钟后，分钟后，即切为即切为 25/28.5m，完成停炉模式完成停炉模式-湿态模式的切换湿态模式的切换。 Page 6Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 湿态模式切停炉模式：湿态模式切停炉模式： 随着停炉信号随着停炉信号“fire off”的产生，无需再保证流过水冷壁的最小流量，

7、的产生，无需再保证流过水冷壁的最小流量， 分离器储水箱水位设定值从分离器储水箱水位设定值从17m切为切为35.5m，疏水阀控制的水位定，疏水阀控制的水位定 值从值从25/28.5m切为切为36/38m，“fire off”产生产生3分钟内炉内热量迅速降分钟内炉内热量迅速降 低但并非突然降低，因此此时仍为湿态模式，给水流量继续低但并非突然降低，因此此时仍为湿态模式，给水流量继续降低，降低， 再循环流量继续上升，只有当再循环流量继续上升，只有当“fire off”3分钟后才进入停炉模式。分钟后才进入停炉模式。 如果锅炉停炉后很快就要重启，则分离器储水箱水位设定值和疏水如果锅炉停炉后很快就要重启，则

8、分离器储水箱水位设定值和疏水 阀控制的水位定值仍维持在阀控制的水位定值仍维持在17和和25/28.5m。 停炉模式的一个特例是分离器蒸汽压力停炉模式的一个特例是分离器蒸汽压力P2200bar（如（如MFT后的短后的短 暂时间），此时水位测量不可能，因此由水位控制切为焓值控制以暂时间），此时水位测量不可能，因此由水位控制切为焓值控制以 快速减水。快速减水。 Page 7Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 2.2 湿态模式及湿态湿态模式及湿态-干态模式干态模式 “fire on”产生产生3min后即进入湿态

9、模式。后即进入湿态模式。 分离器贮水箱水位设定值分离器贮水箱水位设定值17m， 分离器贮水箱水位的上限分离器贮水箱水位的上限25/28.5m; 蒸发器最小流量蒸发器最小流量33BMCR超驰加水量（超驰加水量（水冷壁出口温度水冷壁出口温度 T1Max2时）时），此定值为湿态，此定值为湿态-干态的定值干态的定值; 再循环流量定值蒸发器最小流量给水流量定值再循环流量定值蒸发器最小流量给水流量定值; 湿态切干态过程见图湿态切干态过程见图2的的I部分部分 Page 8Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 图图2 湿

10、态、干态模式相互切换过程示意图湿态、干态模式相互切换过程示意图 Page 9Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 3.3 干态模式及干态干态模式及干态-湿态模式湿态模式 干态时，蒸发器最小流量干态时，蒸发器最小流量31(与湿态的与湿态的33有有2的回差的回差)，此，此 定值为干态定值为干态-湿态的定值。湿态的定值。 通过维持煤水比和控制过热器入口的微过热蒸汽的焓为设定值来通过维持煤水比和控制过热器入口的微过热蒸汽的焓为设定值来 控制给水流量。其原理见图控制给水流量。其原理见图1和图和图3。 干态切湿态过程

11、见图干态切湿态过程见图2的的部分部分 Page 10Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 3 干态模式的给水控制干态模式的给水控制 包括：包括： 蒸发器理论吸热量计算蒸发器理论吸热量计算 焓值设定值校正焓值设定值校正 焓值控制焓值控制 给水流量设定值计算给水流量设定值计算 超驰降焓加水超驰降焓加水 燃料量与给水的解耦控制燃料量与给水的解耦控制 Page 11Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 图图3 干态模式给水控

12、制原理干态模式给水控制原理 Page 12Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 3.1 蒸发器理论吸热量计算蒸发器理论吸热量计算 蒸发器理论吸热量理论给水流量蒸发器理论吸热量理论给水流量省煤器出口到分离器出口的省煤器出口到分离器出口的 理论焓增蒸发器金属蓄热量的变化量理论焓增蒸发器金属蓄热量的变化量 3.2 焓值设定值的校正焓值设定值的校正 焓值设定值是分离器压力的函数，该修正是对相应负荷下减温水焓值设定值是分离器压力的函数，该修正是对相应负荷下减温水 流量设计值流量设计值f3(x)与该负荷下的实际减温水

13、流量的差进行积分校正，与该负荷下的实际减温水流量的差进行积分校正， 通过改变焓值设定值让实际减温水流量最终等于该负荷所对应的减通过改变焓值设定值让实际减温水流量最终等于该负荷所对应的减 温水流量设计值。温水流量设计值。 当水冷壁出口温度当水冷壁出口温度T1Max2时，应超驰加水，迅速降温，这也是时，应超驰加水，迅速降温，这也是 通过超驰降低焓值设定值来实现的。通过超驰降低焓值设定值来实现的。 Page 13Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 3.3 焓值控制回路及变参数校正焓值控制回路及变参数校正 根据

14、分离器出口微过热蒸汽的焓能迅速判断燃水比是否失调，因此采根据分离器出口微过热蒸汽的焓能迅速判断燃水比是否失调，因此采 用微过热蒸汽焓值调节器的指令去修正给水流量指令以保证燃水比的用微过热蒸汽焓值调节器的指令去修正给水流量指令以保证燃水比的 平衡，从而保证过热汽温为给定值。平衡，从而保证过热汽温为给定值。 焓值设定值为分离器出口压力的函数焓值设定值为分离器出口压力的函数f4(x)。由于在负荷变化。由于在负荷变化50% 100时，过热汽温被控对象的增益变化达时，过热汽温被控对象的增益变化达35倍，时间常数变化也倍，时间常数变化也 有有23倍左右，因此采用变参数控制，即用代表负荷的锅炉主控指令倍左右

15、，因此采用变参数控制，即用代表负荷的锅炉主控指令 转化的转化的01的因数乘以微过热蒸汽焓值调节器的输出，再去调节给水的因数乘以微过热蒸汽焓值调节器的输出，再去调节给水 流量以适应控制特性变化了的控制对象流量以适应控制特性变化了的控制对象过热汽温过热汽温 Page 14Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 3.4 给水流量设定值的计算给水流量设定值的计算 给水流量设定值蒸发器理论吸热量给水流量设定值蒸发器理论吸热量（省煤器出口到分离器出（省煤器出口到分离器出 口的实际焓增焓值控制器的输出）口的实际焓增焓值控

16、制器的输出） 省煤器出口至分离器出口实际焓增校正后的焓值设定值省煤省煤器出口至分离器出口实际焓增校正后的焓值设定值省煤 器出口给水实际焓值器出口给水实际焓值 省煤器出口给水实际焓值的作用省煤器出口给水实际焓值的作用 高加切除的异常工况高加切除的异常工况 Page 15Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 宁海宁海B厂厂5号机连续变负荷时的焓值控制和给水流量控制曲线号机连续变负荷时的焓值控制和给水流量控制曲线 Page 16Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyr

17、ight SPPA 2008 Author 4 给水全程控制中的特殊情况给水全程控制中的特殊情况 4.1 给水泵出口旁路调门及其主给水电动门的控制给水泵出口旁路调门及其主给水电动门的控制 干、湿态切换点为干、湿态切换点为3133BMCR的给水流量，而给水泵在最低的给水流量，而给水泵在最低 转速时其给水流量约为转速时其给水流量约为2540BMCR，无法参与给水调节，给，无法参与给水调节，给 水流量由给水泵出口旁路调门控制。水流量由给水泵出口旁路调门控制。 4.2给水泵再循环阀的控制给水泵再循环阀的控制 其任务是保证给水泵各转速下的最小流量；同时兼顾给水泵的出其任务是保证给水泵各转速下的最小流量；

18、同时兼顾给水泵的出 口压力，保证给水泵的工作点在安全区内；增加与泵出口旁路调口压力，保证给水泵的工作点在安全区内；增加与泵出口旁路调 门之间的解耦控制，使给水旁路调门工作在在合适的工作区域，门之间的解耦控制，使给水旁路调门工作在在合适的工作区域， 如在给水流量较小时出口旁路调节阀的开度不会太小。如在给水流量较小时出口旁路调节阀的开度不会太小。 Page 17Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 4.3 MFT后的给水控制后的给水控制 当当MFT发生后，为了防止冷水进锅炉，同时保证高压旁路减温控发生后，为了

19、防止冷水进锅炉，同时保证高压旁路减温控 制有足够的喷水，给水泵不停，有如下控制策略：省煤器进口主制有足够的喷水，给水泵不停，有如下控制策略：省煤器进口主 给水电动门快关，给水泵至最低转速，给水泵出口主电动门关闭，给水电动门快关，给水泵至最低转速，给水泵出口主电动门关闭， 同时给水旁路调门开至一定开度，并控制给水母管压力分离器同时给水旁路调门开至一定开度，并控制给水母管压力分离器 压力压力-2.0MPa(以保证高压旁路减温水压力足够大以保证高压旁路减温水压力足够大)，同时给水泵，同时给水泵 再循环阀投自动。再循环阀投自动。 4.4 分离器贮水箱水位测量值的处理分离器贮水箱水位测量值的处理 当分离

20、器压力当分离器压力180bar时，水位测量在超临界状态下失去意义，时，水位测量在超临界状态下失去意义， 应强制分离器贮水箱水位测量值应强制分离器贮水箱水位测量值0，以免错误的水位信号引起，以免错误的水位信号引起 MFT等。等。 Page 18Nov. 2008SPPA / PG L / Energy Sector Copyright SPPA 2008 Author 4.5 焓值设定值校正回路的优化焓值设定值校正回路的优化 在上述焓值设定值校正回路中，校正调节器的设定值是锅炉厂给出的设计在上述焓值设定值校正回路中，校正调节器的设定值是锅炉厂给出的设计 减温水流量，但在宁海二期调试时发现主汽温偏低，减温水调门开度很小减温水流量，但在宁海二期调试时发现主汽温偏低，减温水调门开度很小 （有时基本为零）方能维持（有时基本为零）方能维持605的设计值，如果按照此设计减温水流量的设计值，如果按照此设计减温水流量 去校正焓值，势必增加焓值设定值，而这会导致焓值调节器去