2×600mw超临界机组热工控制系统的研究

1、随着我国电力爭业的发展，降低机组每千瓦设备费用、基建投资、'运行维护管理费用，提高机组的经济效 益越来越引起人们的重视。而近一、两年来，国家采取或正在实行的将厂、网分开，竞价上网的措施，乂 促使人们尽量采用先进技术，达到提高机组运行的安全经济性。新建机组的蒸汽参数提岛到超临界，则是 捉高机组热效率的冇效方法z。工业国家的研究及实践证明，无论从对电网调峰要求的适应能力(尤其是两班制调峰运行)，述是机组正 常运行时变负荷能力，快速启/停能力，可用率以及机组的经济性，超临界机组都要优于亚临界机组。研 究报告农明，对600mw机组，若将蒸汽压力从亚临界参数(16.9mpa. 538c)提高到超

2、临界参数(24.6mpa、 538°c),则机组的热效率将提面1.7 %；若再将再热蒸汽温度从538°c提高到566°c,则机组的热效率乂能 捉高0.8%。因此，有必要对超临界机组的特点从设计、制造、运行等方面进行研究。近年來，我国先后从美国、徳 国、前苏联等国引进了一批超临界机组，如石洞口二厂(2x600mw)、背口发电厂(2x300mw).绥屮发电厂 (2x800mw)等。这些电厂的安装、调试及运行对我国研究、设计、制造超临界机组将有极大的帮助。本文正是本着这样的观点，浅显地论述超临界锅炉所特有的与热工控制有关的启动及运行调节特点。1超临界锅炉自然循环锅炉其蒸

3、发受热而屮工质的流动是依靠下降管和上升管z间工质的密度差來进行的。随着锅炉 容量的增大，特別是压力的提高，大大增加了自然循环和汽水分离的闲难。因为根据水蒸汽性质，压力愈 高,汽水密度差愈小，所以口然循环形成就愈困难和愈不可靠,特别当压力达到甚至超过临界压力时，口 然循环无法形成。在此情况下，锅炉蒸发受热而中工质的流动只有依靠外来能量(水泵)来进行，超临界锅 炉就是这种依黑外來能屋建立强迫流动的锅炉。1.1直流锅炉的工作原理和特点直流锅炉的工作原理如图i所示，我们把水在沸腾z前的受热面称为加热段；水开始沸腾(x=0)至全部变 为丁饱和蒸汽(x=1.0)的区段为蒸发段，蒸汽开始过热至额定的过热温度

4、称为过热段。直流锅炉蒸发受热面 中工质的流动全部依靠给水泵的压头来实现。给水在给水泵的压力作用下，顺次连续流过加热、蒸发、过 热各区段受热面，一次将给水全部加热成过热蒸汽。故直流锅炉在稳定流动时给水虽应等于蒸发屋。直流 锅炉的结构与自然循环锅炉不同，它没有汽包。所以加热、蒸发和过热各区段z间就不像汽包锅炉那样有 固定分界点。图1屮的曲线表示沿管子长度工质的状态和参数大致的变化情况：在加热段，水的焙和温度 逐渐增高，比容略有加大，压力则由于流动阻力而有所降低：在蒸发段，由于水的蒸发而使汽水混合物的 焙继续提高，比容急剧增加，压力降低较快，和应的饱和温度随压力的降低而降低；在过热段，蒸汽的焙、 温

5、度和比容均在増大，压力则由于流动阻力较大而突降。在锅炉运行中，无论何种原因引起丄况变动，都 可能影响汽水管道内各点的工质参数，从而改变了加热、蒸发和过热三区段的长度。这一情况便决定了直 流锅炉一系列主要的工作特性。其中，直流锅炉的启动系统及其蒸汽参数调节的特殊性对机组的控制系统 有比亚临界汽包锅炉的控制系统更复杂的要求。1.2超临界锅炉类型超临界锅炉的类型从水冷壁的结构型式分冇许多类型。但这里只从与热工控制冇关的启动系统型式來 分类，即按分离器在正常'运行时是参与系统工作，还是解列与系统之外，分为内置式分离器启动系统和外 置式分离器於动系统两大类型。121外置式分离器启动系统图2为lp

6、型肓流锅炉外置式分离器启动系统。其中过热器旁路为外置式启动分离器系统，汽轮机为两 级旁路系统。低温过热器与鬲温过热器z间串隔离阀200及其旁路调节阀门20i。低温过热器进口和出口 各冇一管路通至启动分离器。低温过热器进口至启动分离器管路上装彳j节流管束16、隔离阀门203和节流 调节阀门202：低温过热器出u至启动分离器管路上装有调节阀门207。高温过热器进口、200阀门之后 有一管路与卅动分离器汽侧连接，在管路上装有隔离阀门205o在启动分离器上还接有汽水工质热量回收 系统，汽侧至除氧器调节阀门230、至凝汽器调节阀门240、至髙压加热器调节阀门220,水侧至除氧器 调节门231、至凝汽器调

7、节阀门241、至地沟调节阀h 250o外凰式分离器启动系统解决了锅炉汽轮机启动工况不同要求的矛盾，它即能保证锅炉的启动压力和启动 流量,乂能送给汽轮机需耍的一定流量、压力与温度的蒸汽，还能回收用动中排放的工质和热量。外置式 分离器只是在卅动初期投入运行（阀门200关闭，205开启，202 , 207调节），待发展到一定阶段就耍从 系统屮切除（开200阀门，关205、202、207阀门），故乂称为”启动分离器”。图3为fw型直流锅炉两级床力的外置式分离器启动系统。它在水冷壁出口和低温过热器z间串联w、 丫减压阀门，低温过热器之与高温过热器之间串联隔离阀门v,阀门v的进口和出口通过p、n阀门与立

8、式用动分离器连接。分离器水、汽侧还连接热量和工质回收系统。该系统的用动特点与上述up塑££流锅炉的外豐式分离器系统基木相同。122内買式分离器启动系统122.1螺旋管圈直流锅炉内用式分离器启动系统螺旋管圈玄流锅炉都设冇内置式分离器，螺旋管圈型水冷壁适宜变压运行，分离器与水冷壁、过热器z 间的连接无任何阀门。在35%mcr负荷以下，山水冷壁进入分离器的为汽水混合物，在分离器小进行汽 水分离，蒸汽直接送入过热器，分离器疏水通过疏水系统冋收工质、热量或排放人气、地沟。当负荷35%mcr时，由水冷壁进入分离器的工质为蒸汽，分离器只起通道的作用，蒸汽通过分离器进入过热器。分离器疏水系

9、统有三种类型，见图4,扩容式(a)图、疏水热交换器式(b)图和辅助循环泵式(c)图。下而进行说明。扩容式疏水系统如图4(a)所示，分离器疏水水质介格时通过and阀门排入除氧器水箱冋收丁质和热量:当分离器大流最疏水(如工质膨胀峰值)或水质不合格时疏水通过aa阀门排入大气式扩容器4,扩容器的疏 水可冋收入凝汽器或排放地沟o201-hxf24!19hi 芽外动分弭an力直为系後1省煤器；2低温过热器；3高温过热器；4再热器；5汽轮机；6凝汽器；7分离器；8汽轮机旁路；9 低压加热器；10 除氧器；11 给水泵；12高压加热器疏水热交换器式系统如图4(b),分离器疏水通过热交换器加热给水回收热量：通过

10、热交换器后的合格疏 水可由and阀门排人除氧器。除氧器热屋饱和时由aa阀门排入凝汽器，水质不合格时也通过aa阀门排 入凝汽器；为了适应工质膨胀峰值大流量疏水的需要，设登一热水热交换器旁路，以减小排放阻力。辅助循环泵式系统如图4(c)。分离器疏水质最合格时通过辅助循坏泵打入给水系统，维持水冷壁最低质最 流速，减少给水流量；当疏水不合格时可通过扩容器排放或送入凝汽器。(«><e>ie4 *"39翅丸漁拷炉内厘式分(a)扩容式:(b)疏水热交换器式:(c)辅助循坏泵式1 汽轮机；2水冷璧；3分离器；4扩容器；5热交换器；6再循环泵；7过热器；8再热器我国第一台6

11、00mw超临界螺旋管圈型直流锅炉(石洞口二厂)配習的就是内習式分离器扩容式启动系统，100%mcr高压旁路和65%mcr低压旁路，过热器出口不装安全阀门，再热器进出口装100%mcr 安全阀门。该系统如图5所示。msm&na力tsa件覆加去*洌炉©动事筑1 水冷槃；2汽水分离器；3低温过热器；4高温过热器；5汽轮机：6再 热器；7凝汽器：&凝结水泵;9凝结水除盐装置：10低压加热器：11 除氧器及给水箱；12给水泵；13高压加热器；14疏水箱：15疏水扩容器；16汽轮机旁路减温减压器，高压 旁路100%mcr,低压旁路65%mcr系统中aaan及anb阀门川以排放分离

12、器疏水，三阀门的功能有所不同，aa阀门可把大量疏水排 入疏水扩容器，保证膨胀峰值流量排放：an阀门可辅助aa反门排放疏水，当aa关闭时，an与anb 共同控制分离器水位；anb阀门把疏水排入除氧器，回收工质和热暈。1.222 fw型血流锅炉内宜式分离器启动系统为了适应机组带屮间负荷频繁启动的要求，fw熨直流锅炉也有其自己特点的内置式分离器启动系统， 如图6所示。该系统与图3-样，仍有减压阀门w、y,但取消了隔绝阀门v。在减压阀门出口设置一组内定式分离 器7,其蒸汽送往过热器2和3、疏水送入扩容器8,汽水工质与热屋回收系统连接于扩容器。该系统同样 在正常运行时分离器不切除而成为通道，该系统阀门少

13、，心动操作简单，并容易实现自动化。1 省煤器与水冷娶；2低温过热器；3高温过热器；4再热器：5汽轮机；6凝汽器；7内置式分离器;&扩容器；9凝结水泵：10低压加热器：11除氧器及水箱：12-给水13-高压加热器；14凝结水除盐装豐；15汽轮机旁路1.3超临界锅炉启动特点如上所述，超临界锅炉与亚临界自然循环锅炉的结构和工作原理不同，因此，启动方法也有较大的差异。 超临界锅炉与白然循环锅炉相比，冇如下启动特点：1.3.1需要设登&门的启动旁路系统直流锅炉在启动、停炉或爭故情况下，都必须使用启动旁路系统。其h的在于冷却锅炉受热面、排走不 合格的工质，回收工质和热量、保护再热器等，它对

14、直流锅炉的启、停，起到安全和经济的保证作川。汽包锅炉在启动前，汽包水位保持在点火水位，在和当长的升火时间内不需要向锅炉补充给水。水冷壁 可依靠工质的白然循环來冷却：省煤器处在低温烟道内，不一定需要冷却，如需要冷却时，可以开启省煤 器再循环管上的再循环门來保护省煤器：过热器町以用锅炉产生的蒸汽”排汽冷却“。由于汽包的水容积人, 可允许有较长时间的排汽而不至使水位a低。在冷态启动时，汽包锅炉的工质开始是没有压力的，随点火 后燃料量的増多，给水开始蒸发，压力逐渐升高，所以汽包锅炉的启动与升温升压同时进行的，是一个升 温升压的过程。玄流锅炉的启动特点则是在锅炉点火前就必须不间断地向锅炉进水，建立起足够

15、的启动流量，以保证给 水连续不断地强制流经冇关受热面，使其得到冷却。冇的直流锅炉联至还采用全压心动。因此，直流锅炉 的启动过程实质上是工质的升温过程。汽包锅炉的汽包，在蒸汽生产过程中实际上是加热、蒸发和过热三阶段的大致分界点。而直流锅炉则不 同，点火前，直流锅炉各受热面内全部是水，点火后，随着燃料量的增加，开始送出的是水，然后是湿蒸 汽、饱和蒸汽和过热蒸汽，最后过热度才达到设计值。启动过程屮，送出的工质状态不断发生变化，与z 相对应的锅炉受热面山开始时全部作为加热段，当产生蒸汽后，全部受热面即分成加热和蒸发两区段，最 后当锅炉出口的蒸汽过热后，全部受热面才分成加热、蒸发、过热三区段。一般高参数

16、大容量的直流锅炉都釆用单元制系统。在单元制系统启动中，汽轮机要求暖机、冲转的蒸 汽在相应的进汽压力下具有50c以上的过热度，其h的是防止低温蒸汽送入汽轮机后凝结，造成汽轮机的 水击。因此，直流锅炉启动过程中最初排出的热水、汽水混合物、饱和蒸汽和过热度不足的过热蒸汽都不 能进汽轮机，所以，直流锅炉就需要设置专门的心动旁路系统來排除这些不介格的工质。另外，启动时的热量损失和凝结水耗量很大，设置启动旁路系统也是为了回收这部热量和工质，同时， 在启动初期还可以通汽冷却再热器，使再热器得到保护。1.3.2需耍配誉汽水分离器和疏水回收系统超临界锅炉运行在正常范围时，正如其名称所述，是运行在“纯玄流“状态。

17、锅炉给水靠给水泵压头直接 流过省煤器、水冷唯和过热器。肖流运行状态的负荷从锅炉满负荷到肖流最小负荷，肖流最小负荷一般为25 45%。低丁-该直流最小负荷，给水流量耍保持怛定。例如，在20%负荷时35%最小流量虑味着在水冷壁出口 有20%的饱和蒸汽和15%的饱和水，这种汽水混合物必须在水冷壁出口处分离，而千饱和蒸汽被送入过 热器。因而，在低负荷时超临界锅炉需要汽水分离器和疏水回收系统。图7所示为sulzer公司的汽水分离器，它是山一个或多个垂直容器组成，当运行在低负荷定流量范 围内时，汽水分离器山于分离饱和蒸汽及饱和水，且要维持有一定的液位而工作在”湿态”：运行在直流工 作范用时，汽水分离器在”

18、干烧”而工作在”干态”。sulzer汽水分商器图疏水冋收系统是超临界锅炉在低负荷工作时必需的另一个部件，它的作用是使锅炉安全可靠地启动和 热损失最小并可显若地延长分离器疏水阀的寿命。-般有带低负荷循环泵和带热交换器两类疏水回收系 统，其疏水合格时送入除氣器回收工质和热量。1.3.3启动过程屮汽、水受热而要进行冷、热态淸洗汽包锅炉受热血在启动过程中一般不需要进行淸洗，锅水中的杂质在运行中可以用排污的方法去除， 从而保证汽水品质；而直流锅炉在运行屮是不能排污的，进入直流锅炉的给水一次被蒸发成蒸汽，给水中 的杂质一部分直接溶解于过热蒸汽中带往汽轮机，其余部分都沉积在锅炉受热面内壁，这对锅炉和汽轮机

19、的安全和经济运行是很不利的。因此，在锅炉点火前和卅动过程中，直流锅炉的汽水受热而都必须在一定 流量下进行清洗，以保证合格的汽水品质。清洗包括启动点火前的冷态清洗和启动过程中的热态清洗134启动前锅炉要建立启动床力和启动流暈启动压力是指直流锅炉在启动过程屮水冷壁屮工质具有的压力。启动压力升高，汽水比容差减小，锅 炉水动力特性稳定，工质膨胀量小，并且易于控制膨胀过程；但於动压力愈高，对屏式过热器和再热器的 保护不利。启动流量是指血流锅炉在启动过程锅炉的给水量，启动流量主耍与下列因索有关：水冷壁管屏中工质流动的稳定性：卅动流量大，工质的质量流速也人，这对防止水动力特性不稳定、 停滞、倒流，膜态沸腾等

20、不安全因素是冇利的。受热ifii的冷却能力：启动流量大，对受热面的冷却效果好，能够保证在高热负荷区的受热而管了不致 超温损坏。前屏过热器的壁温及主蒸汽温度的控制：启动流量大耍求燃料量也相应增加，但过热器的通流量是受 到汽轮机的进汽量和人旁路通流量限制的。如果燃料量増加而过热器流量无法増加时，前屏过热器管壁会 因冷却不好而超温，主蒸汽温度也难于控制。启动损失：启动流量愈大，给水泵消耗的能量也愈人。启动分离器的排水量也愈多，既增加了心动分 离器的负担，也增加了凝汽器的负担，同时，山于排水量多，启动热损失也增大。启动分离器的切除：启动流量大，在燃料量不变的情况下，将使包覆管出口工质的焙值降低，造成包

21、 覆管出口王质和启动分离器出口的饱和蒸汽焙差增人，不利于等焙切换，在切除启动分离器的过程中，容 易引起主蒸汽温度人幅度降低。综上所述，心动流量的选择，在保证水冷壁安全的前提下，应尽量选得小一些。一般纯直流锅炉选取的 启动流量为额定蒸发量的25%30%。1.3.5爪动过程中的t质膨胀直流锅炉在启动过程中，随着加热的进行，出口工质状态发生着变化。直流锅炉受热而的加热、蒸发、 过热三区段没冇固定明确的分界点，各段受热面是在启动过程中逐渐形成的，整个过程冇三个阶段。第一阶段，工质加热阶段。在启动初期，全部受热面部都起加热水的作用。这个阶段小工质温度逐渐升 高，而状态未发生变化。锅炉出口的热水量与给水量

22、相等。第二阶段，工质膨胀阶段。随着炉膛热负荷的增大，当水冷壁内工质的温度达到饱和温度时就开始汽化, 产生蒸汽，工质比容增人很多倍，例如，压力在6mpa时，蒸汽的比容是水比容的25倍；8mpa时，蒸汽 比容是水比容的17.5倍。因此，引起局部压力升高，将汽化点后管内的水迅速排挤出去，使锅炉出口排出 的工质流量大大超过给水量（即启动流虽），这种现彖称为工质的膨胀。当汽化点后受热面中的水全部被汽 水混合物取代后，锅炉出口流量才回复到和给水量一致。此时，锅炉的全部受热面才分成水的加热和蒸发 两个区段。第三个阶段，正常阶段。当锅炉出口工质变成过热蒸汽时，锅炉受热而就开始形成水的加热、蒸发和过 热三个区段

23、。蒸发量等于给水屋，工质出口温度达到规定值。自然循环锅炉也有工质的膨胀，但山于汽包的作用，膨胀时只引起汽包水位的升高。因此，在锅炉点火 前汽包水位应维持较低一些，以防满水。直流锅炉在启动过程中，如果对工质的膨胀过程控制不当，将会引起锅炉和启动分离器超压。2. 超临界锅炉的启动控制如上所述，超临界锅炉的启动控制，关系到锅炉的安全和经济性。但是，两种启动系统的控制却是冇所 不同。2.1外置式分离器启动系统控制”启动”控制系统包括一大批川来操作这些阀门系统的数字和调整控制逻辑。从”扩容器运行”、汽轮机解 列到”部分至全部负荷运行”、扩容器解列的启动和切换过程，有如下三种运行模式：1冷清洗一这时候锅炉

24、不点火。阀门202和241开启。所冇其他的阀门均关闭。给水流暈设置在大约 15%25%的最小流量设定点，给水通过阻尼管道进入扩容器。在这种状况下，按照锅炉给水泵对给水所 施加的功,给水将加热一段时间,这个操作会使扩容器溢流，为了防止这些水进入蒸汽系统,联锁保持阀 门207、230、240和242关闭。扩容器液位高时联锁动作关闭205阀门。这个过程的h的是将水清洗到导电度小干1微欧。通过241阀门将全部给水流屋导入凝汽器。全部的凝结 水流屋都经过化学除盐装置处理。这个过程一直持续到化验表明水的纯度可满足一下过程的要求为止。2. 热清洗一此时锅炉可以点火并维持在一个较低燃烧率水平上。烟气的对流温度

25、受到监控。点火后扩容 器中压力上升，这样可在不产生扩容器溢流的情况下维持流量。扩容器产生蒸汽后，扩容器液位通过调整 241阀门维持在设定点上。扩容器水位降低时，205阀门可以在联锁允许的情况下打开，允许打开205阀 门的联锁条件是扩容器压力升高至大约2. 07mpa°热淸洗将持续至工质中的悬浮铁离子降至小于100ppho在对流烟气温度达到149c时，207阀门打开。这时候工质在阻尼管道、一级过热器和207阀门范围内 流动。在烟气温度达到大约204.4c时，期待己久的203阀门可以打开。这时出于保持水质清洁的原因， 其温度不应超过287.8°c,在2877c以下一定范用内的温

26、度可以通过控制燃烧率达到口动控制。在扩容器压力达到827.4kpa时，如果需要的话，扩容器就可以向除氧器供汽。达到2.07 mpa时，205 阀门打开，使用扩容器蒸汽对二级过热器进行预热。同时，蒸汽路线经过210阀门。在扩容器压力达到 3.448mpa时，汽机可以使用分别流经220阀门和240阀门进入高压加热器和除氧器的余汽进行冲转。这 些蒸汽是來自202阀门工质，至u扩容器的蒸汽再加上经过207阀门來自一级过热器出口的蒸汽。混合后的 蒸汽流经205阀门和二级过热器到达汽轮机。3. 在给水完成彻底淸洗后，启动阶段可以开始了。汽轮机节流阀开到足以使汽轮机得到加热并冲转升 速的开度。燃烧率调整到可

27、以维持对流温度和扩容器压力。机组达到同步转速并逐）渐升负荷。通过打开201 阀门，机组的负荷可以使用流径201阀门和205阀门并在扩容器床力降低后的蒸汽维持负荷。必须注意匹 配分別來自205阀门和201阀门蒸汽的焙，以便在升负荷时获得平滑的焙升。由t207阀门关闭，所以201阀门需打开以维持所要求的蒸汽流量。通过201阀门的蒸汽占总量的比 例和蒸汽总量均逐渐増加。避免蒸汽在二级过热器和汽轮机阀门人口处产生焙的波动（表现为温度的波动） 是操作运行中较敬感的一部分。进入二级过热器的蒸汽是來h扩容器和201阀门两股蒸汽的混合。通过使 用240阀门，扩容器压力可升窩到大约6. 895mp a的设定点。

28、山节流压力程序去调整來自201阀门的给 水流量命令及设定点压力。机组通过201阀门设定节流压力，随着负荷的升高，节流压力会高丁-扩容器压力，逆止阀关闭，切断 205阀门这条蒸汽路径。此时汽轮机的全部进汽均来自201阀门。同时由于207和205阀门关闭，扩容器 被解列。当201阀门的压力设定点达到大约6.895mpa,高于扩容器压力时,205阀门联锁关闭。201阀门继续增加进入汽轮机的流量直至全开。根据负荷信号命令200阀门打开。当200阀门打开时， 201阀门的压降会很小，所以也使通过201阀门的流量降至很低值，系统将过热和再热喷水阀设定在大约 50%的开度，这样他们可以同时在两个方向快速降温

29、。随着锅炉的给水流量和燃烧军的增加，负荷升薛，工质压力和温度也将升高至设计值。这时候要特别注 意不能让蒸汽温度超过界限从而引起汽轮机温度急剧变化。通过切换阀门组合和控制阀门位置，整个起动 过程的几个阶段的操作就自动地完成了。一般的控制冋路包含如下的功能：根据给水流量要求设置201阀门压力的程序 200阀门根据负荷由数字联锁脉冲打开，同时201阀门开到大于预先限定的开度。通过一个來自对流烟气的前馈信号、一个来h级过热器出口压力的超驰信号和一级过热器的出口温 度控制207阀门的打开。由一级过热器出口压力控制202阀门。由241疏水阀控制扩容器水位。根据扩容器水位的前馈信号和自除氣器水位的超驰信号，

30、由230阀门控制除氧器压力。由节流压力程序通过240阀门确定扩容器压力设定点。根据扩容器压力的前馈信号iii 231阀门控制除氧压力。第一级高压加热器压力山220阀门控制。2.2内置式分离器启动系统控制图5为石洞口二厂600mw j2临界压力螺旋管圈型直流锅炉启动系统图。abb-ce超临界机组一般设计 为滑压运行方式。在低负荷及锅炉启动时，锅炉运行在亚临界范围内。虽然与蒸汽参数没冇直接关系，但是内登式汽水分离器运行在湿态和十态的控制是不同的，而几随着斥力升高，湿十态转换更是内置式汽水分离器运行的一个显著特点。1ib 10 n水分k»»e»aismieeb221内置

31、式汽水分离器湿态运行如前所述，锅炉负荷小于35%mcr时，超i临界锅炉运行在最小水冷壁流量，所产生的熬汽要小于最 小水冷壁流量，汽水分离器湿态运行，汽水分离器屮多于的饱和水通过汽水分离器液位控制系统控制排出。 控制简图见图10o222内置式汽水分离器干态运行当锅炉负荷大t35%以上时，锅炉产生的蒸汽大于绘小水冷壁流量，过热蒸汽流过汽水分离器，此时 汽水分离器小没冇水，为干式运行。汽水分离器出口或第一级过热器出口蒸汽温度，由给水流量/蒸汽温度 控制器以及锅炉负荷指令的前馈信巧控制，即山汽水分离器湿态时的液位控制转为蒸汽温度控制。控制简 图见图sbf律化玄&艰1%l««

32、<x ii h*«0teahfimms223汽水分离器”湿t态”运行转换如前所述，在“湿态“运行过程中锅炉的控制方式为分离器水位及维持启动给水流暈；在“干态”运行过程 中锅炉控制方式为温度控制和给水流量控制，在两态转换过程中可能会发生蒸汽温度变化。故分离器两态 转换过程屮必须保持蒸汽温度稳定。图12农示sulzer公司汽水分离器由”湿”态（液位控制倒”干”态（温度控制）的转换简图。根据sulzer 公司的控制概念，”湿干态”转换时先增加锅炉的燃烧率，然后增加给水量。在最小给水流量下燃烧率的增 加使饱和蒸汽量増加而饱和水量减少，此时图10的液位控制器控制汽水分离器的水位。当汽水分

33、离器入 口“湿蒸汽'的焙值达到"干”饱和蒸汽焙值时，流进汽水分离器得为“干”饱和蒸汽，汽水分离器液位控制阀因 没有饱和水而关闭。随着燃烧率的进一步增加，使流经汽水分离器的蒸汽逐步成为过热蒸汽，图门中的温度控制器因蒸汽 温度未达到设定点而不起作用。当蒸汽温度随着燃烧率持续增加而超过设定点，图11中的温度控制器起作 用，同时流暈控制器控制锅炉给水流暈，实现了山湿态时的液位控制到干态时得温度和给水流暈控制的平 稳转换。超临界锅炉的蓄热能力相对较小，因此超临界机组的闭环控制系统有其口 c的特点。主要表现在超临界锅炉的给水控制系统和温度控制系统.以及超临界机组的机炉协调控制系统。3.1

34、超临界锅炉的控制特点311超临界锅炉控制与亚临界汽包锅炉基木并别从控制的角度來看，超临界锅炉和亚临界氏流锅炉没冇多大差别，因为它们的汽水流程基木相同，其区 别主要在于蒸汽压力提高。汽包锅炉中，汽包把汽水流程分隔为三部分.加热段，蒸发段和过热段，三段受热而的位置和而积是固 定不变的。在给水流量变化时，仅影响汽包水位，不影响蒸汽压力和温度，而燃料量变化时，仅改变蒸汽 流量和蒸汽床力，对蒸汽温度影响不人。因此给水.燃烧、蒸汽温度控制系统是町以相对独立的。町以通 过控制给水流試、燃烧率、喷水流竝分别控制汽包水位，蒸汽流竝和蒸汽压力。超临界锅炉没有汽包，乂没有炉水小循环回路。给水是一次性流过加热段、蒸发

35、段和过热段，三段受热 而没有固定分界线.当给水流量或燃料量发牛变化时，三段受热而的吸热比例将发牛变化，锅炉出口汽温, 以及蒸汽流量和压力都将发生变化。因此给水.汽温，燃烧控制系统是密切相关，不能独立的，某-控制 系统投入与否将影响另一控制系统的性能，这给控制系统的设计和整定増加了复杂性。汽包锅炉过热蒸汽温度是通过改变蒸发受热面和过热受热面之间的吸热比例來实现的。山于受热面是 固定的喷水可作为主耍控制手段.在锅炉结构确定后.过热蒸汽温度的控 制范甬受到喷水流量的限制。超临界锅炉则不同，它没有固定的过热受热面，进入过热受热血的工质热焙也是不固定的，过热蒸汽温 度主要决定于燃料量与给水流量z比率，由

36、于只耍这个比例正确，受热而吸热量比率总能自动调正到要求 的状态，因此可以在很宽的负荷范围内得到要求的蒸汽温度。所有锅炉都要有一个在最低燃烧率时最小的水冷壁给水流量，以防止水冷壁过热。对汽包炉，是通过汽 包和水冷壁间强制或自然循环來保证的，对超临界锅炉，用起动旁路系统和少最给水再循环來实现的，因 此右超临界机纽起动和低负荷运行期间，在汽机负荷（蒸汽流量）达到最小给水流量以前，控制系统必须把 蒸汽压力和给水控制延伸到起动旁路系统伐门。3.1.2超临界锅炉控制特点超临界锅炉在稳定运行期间，必须维持某些比率为常数，在变动工况时必须使这些比率按一定规律变化, 以便得到稳定的控制，而在起动和低负荷运行时，

37、要求大幅度地改变这些比率，以得到宽范围的控制。这 些比率是：给水流量/蒸汽流量：因为给水系统和蒸汽系统是直接连通的，给水流量和蒸汽流量比率的偏差过人 将导致较大的汽压波动，乂由于超临界锅炉存贮能力较小，给水流量与蒸汽流屋的比率，在锅炉负荷増加 时必须限制。热量输入/给水流量（即煤水比）：在稳定运行工况，煤水比必须维持不变以保证过热器出口汽温为设 计值。而在变动工况下，煤水比必须按一定规律改变，以便既充分利用锅炉蕎热能力，乂按要求增减燃料, 把锅炉热负荷调到与新的机组负荷相适应的水平。喷水流屋/给水流屋，超临界锅炉仅能够瞬时快速改变汽温，但不能始终起到维持汽温的作用，因为 过热受热ifii的长度

38、和热焙都是不周定的。为了保持通过改变喷水流量來校正汽温的能力，控制系统必须不 断地把喷水流最和总给水流最之比恢复到设计的ti分数。总之，超临界锅炉控制系统要比亚临界汽包炉更复杂，在启动工况下要求更多地采川变参数、变定值技 术，所有控制功能应在前馈技术的基础上完成，并要求连续地校正控制系统的增益。在控制系统设计时应 事先考虑工艺过程内部的相互作用，釆取合理的前馈、变定值、变増益、变参数控制策略，而不是彖通常 那样，仅根据偏差采取反馈控制策略。3.2机组协调控制系统超临界机组的箫热能力相对较小，因而，表现出锅炉跟随系统的局限性。解决这个问题需改进协调控制 系统。和亚临界的汽包锅炉机组一样，超临界机

39、纽的协调控制系统的基本目标是将锅炉和汽轮发电机作为一个 整体操作运行，锅炉和汽机的控制拆令，既应考虑稳态偏差也要考虑动态偏差。为了在机组负荷变化时机 炉同时响应，机组负荷指令要作为前馈信号分别送到锅炉和汽机的主控系统，以便将过程控制变量（机组发 电量、蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛风量和蒸汽温度）维持在一个可接受的限度内。图13所示为一个超临界机组的协调控制系统框图。汽轮机调节汽门不参与负荷调整，和反负荷由流量 來调整。升负荷或降负时，流屋由锅炉给水泵改变。也就是说，代表发电暈命令的uld信号，直接发送到 汽轮机调节汽门，冇效地改变机组发电虽的唯一途径就是改变锅炉的能虽输出。如果在所要求的输出和实

40、际的发电呆之间存在偏差，则将偏置锅炉和汽轮机命令，雨新校正山于循环系 统变化后的系统。同样，节流压力误差用来校正蒸汽生成量和蒸汽使川量之间的平衡。为补偿锅炉和汽轮 机不同的响应时间，这两个误差信号作为-个过渡过程变量使用，以便于利用锅炉蓄能变化使汽轮机快速 响应，从而使发电量谋差减到最小。协调控制系统设计不仅要完成定压运行，而且还要完成滑压运行。超临界直流炉的压力山汽轮机阀门控 制,开始这个阀门作为前压调节阀门方式运行。汽轮机阀门控制的唯一变最就是节流压力。对于大多数超 临界机组,这个压力大约为24. 13mpao在正常运行（大于30 %）时,这些阀门用于控制锅炉压力。阀门 关小压力升高，阀门开大压力降低。在定压运行时，机组启动后的全部负荷范围内，协调控制系统将节流压力调整到一个固定的设定点：机 组负荷升高时，汽轮机调速器开大。在负荷产生瞬时波动时，定压运行方式使锅炉冇能力在不对过多的过 程变忒进行调整的悄况下更冇效地做出反应。在滑压运行方式下，节流压力按负荷成直线斜率变化，汽轮机调速器在整个线斜率调节范甬内固定在 一个祷细调整的开度位賈（正常时为90%开）。10%的裕最允许用來缓冲机组负荷的变化。汽轮机调速器的 位置在机组负荷按照uld变化率而改变时会受到暂态影响。*锅炉负荷要求锅炉负荷婆求來h如图13所示的能量需求运算，并经pid控制作用以维持主蒸汽