1、前言
發(fā)展超臨界機(jī)組已成為我國(guó)電力行業(yè)的主要方向之一。大容量超臨界機(jī)組具有運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性高、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，是我國(guó)未來(lái)大型火電機(jī)組的發(fā)展方向。由于超臨界直流爐和汽包爐在結(jié)構(gòu)上存在的差異，因此在運(yùn)行特性和控制手段上有著較大的差別，下面將對(duì)超臨界機(jī)組啟動(dòng)系統(tǒng)和控制方法進(jìn)行討論，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
木屑顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
超臨界參數(shù)鍋爐與亞臨界汽包鍋爐在自動(dòng)控制方面有所不同，其原因是直流鍋爐與汽包鍋爐之間的差別。超臨界參數(shù)鍋爐是指過(guò)熱器出口主蒸汽壓力超過(guò)22. 129 MPa，理論上認(rèn)為，在水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，水的汽化會(huì)在一瞬間完成，即在臨界點(diǎn)時(shí)飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區(qū)存在，也就是說(shuō)二者的各項(xiàng)參數(shù)不再有區(qū)別。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相-等，在超臨界壓力下無(wú)法維持自然循環(huán)，因此超臨界鍋爐必須是直流鍋爐。
2、超臨界機(jī)組的啟停過(guò)程
機(jī)組啟動(dòng)系統(tǒng)首先要建立啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)流量，保證給水能連續(xù)通過(guò)省煤器和水冷壁，尤其要保證水冷壁能足夠冷卻和水動(dòng)力的穩(wěn)定性。同時(shí)，系統(tǒng)回收鍋爐啟動(dòng)初期排出的熱水、汽水混合物、飽和蒸汽以及過(guò)熱度不足的過(guò)熱蒸汽，以實(shí)現(xiàn)工質(zhì)和熱量的回收。
根據(jù)啟動(dòng)系統(tǒng)的形式．即分離器在正常運(yùn)行時(shí)是參與系統(tǒng)工作還是解列于系統(tǒng)之外，可分為內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)和外置式分離啟動(dòng)系統(tǒng)。
外置式分離器只是在啟動(dòng)初期投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間就從系統(tǒng)中切除，故又稱(chēng)為啟動(dòng)分離器。而內(nèi)置式分離器不同，運(yùn)行期間全程投用。下面就以某600 MW超臨界機(jī)組直流鍋爐為例，對(duì)其使用的內(nèi)置式啟動(dòng)分離器進(jìn)行討論。
該系統(tǒng)為不帶再循環(huán)泵的簡(jiǎn)單疏水型啟動(dòng)系統(tǒng)，鍋爐設(shè)有2只內(nèi)置式啟動(dòng)分離器（如圖1），并設(shè)有3只水位控制閥、3只電動(dòng)閘閥以及直流負(fù)荷后的暖管系統(tǒng)等。
對(duì)于直流爐來(lái)講，為了確保水冷壁在低負(fù)荷時(shí)的有效冷卻，通過(guò)水冷壁的流量不能小于某個(gè)值，即最低直流負(fù)荷。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)和停爐時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)投入使用，由于啟動(dòng)系統(tǒng)要經(jīng)歷不同的運(yùn)行狀態(tài)，故必須采用不同的運(yùn)行方式，且能平穩(wěn)、自動(dòng)地切換。
2.1機(jī)組由啟動(dòng)水位控制到溫度控制的切換
圖2表明，鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火后，主要調(diào)節(jié)量為分離器水位控制，通過(guò)改變水位控制閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。負(fù)荷逐漸增加，一直到純直流鍋爐方式后切換到溫度自動(dòng)控制方式：
I階段：給水流量保持在某個(gè)最小常數(shù)值，燃燒率逐漸增加，隨之蒸汽產(chǎn)生量增加，回水量減小，在分離器入口濕蒸汽的焓值增加。
在I階段末，分離器入口蒸汽干度達(dá)到1，飽和蒸汽流入分離器，此時(shí)沒(méi)有水可分離，回水閥關(guān)閉。
Ⅱ階段：給水流量仍不變，燃燒率繼續(xù)增加，在分離器中的蒸汽慢慢地過(guò)熱。這時(shí)，控制作用完全停止。給水流量仍維持在最小值，實(shí)際溫度仍低于設(shè)計(jì)值，溫度控制還未起作用。所以，此時(shí)增加的燃燒率不是用來(lái)產(chǎn)生新的蒸汽，而是用來(lái)提高直流鍋爐運(yùn)行方式所需的蒸汽蓄熱。
在Ⅱ階段末，分離器中的蒸汽溫度達(dá)到設(shè)定值。
Ⅲ階段：進(jìn)一步增加燃燒率，使溫度超過(guò)設(shè)定值。汽溫信號(hào)通過(guò)選大器，溫度控制系統(tǒng)投入運(yùn)行，開(kāi)始增加給水流量，從而實(shí)現(xiàn)了由水位控制到溫度控制的切換。
2.2機(jī)組由停爐溫度控制到水位控制的切換
圖3表明，負(fù)荷降低，鍋爐從純直流鍋爐方式切換到啟動(dòng)運(yùn)行方式，由溫度控制切換到水位控制的過(guò)程：
I階段：鍋爐負(fù)荷指令同時(shí)減少燃燒率和給水流量，汽溫控制系統(tǒng)自動(dòng)。
在工階段末，給水流量達(dá)到最低直流負(fù)荷流量。
Ⅱ階段：給水流量仍不變，燃燒率繼續(xù)減小，在分離器中的蒸汽過(guò)熱度降低，開(kāi)始有水分離出。
在Ⅱ階段末，蒸汽過(guò)熱度完全消失，流人分離器的蒸汽呈飽和狀態(tài)。
Ⅲ階段：進(jìn)一步減小燃燒率，給水流量不變，分離器人口蒸汽濕度增加，分離器中開(kāi)始積水，水位控制開(kāi)始動(dòng)作，回水閥自動(dòng)調(diào)節(jié)水位，從而實(shí)現(xiàn)了由溫度控制到水位控制的切換。
3、超臨界機(jī)組的控制特點(diǎn)
超臨界機(jī)組是特性復(fù)雜多變的對(duì)象，隨著負(fù)荷的變化，機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)亦隨之大幅度變化。因此，超臨界機(jī)組有著特殊的控制特點(diǎn)和難點(diǎn)。
3.1直流鍋爐自動(dòng)控制的主要任務(wù)
基于直流鍋爐動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，直流鍋爐對(duì)于整個(gè)機(jī)組的控制任務(wù)是：保證鍋爐蒸汽的蒸發(fā)量隨時(shí)滿(mǎn)足汽輪機(jī)要求，滿(mǎn)足外部負(fù)荷要求。對(duì)于鍋爐本身的控制任務(wù)是：保證鍋爐本身蒸汽壓力和溫度的穩(wěn)定，保證燃燒過(guò)程穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性。直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)，決定直流鍋爐穩(wěn)定性的根本手段是使燃燒率和給水量成適當(dāng)?shù)谋壤纱酥绷麇仩t的自動(dòng)控制必須解決給水和燃料的關(guān)系，要統(tǒng)籌考慮。
該直流機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的構(gòu)成是以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。由鍋爐控制負(fù)荷，而由汽機(jī)控制汽壓，燃料和給水在機(jī)組協(xié)調(diào)投入進(jìn)行控制，相對(duì)于各系統(tǒng)單獨(dú)投入自動(dòng)控制，更有利于鍋爐的安全穩(wěn)定和控制精度。
3.2直流鍋爐的控制難點(diǎn)
3.2.1汽機(jī)和鍋爐之間的耦合
從控制對(duì)象的角度看，直流爐可簡(jiǎn)要看作為一個(gè)三輸入和三輸出的多變量被控對(duì)象，其中輸入變量為燃燒率、給水量、汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度，輸出為主汽壓力、主汽溫度、蒸汽流量（機(jī)組負(fù)荷）。任一輸入量的變化都會(huì)影響鍋爐的沿程和輸出，這樣使直流鍋爐與汽輪機(jī)的關(guān)系變得較復(fù)雜，各系統(tǒng)關(guān)聯(lián)密切，控制難度大。
3.2.1.1燃燒率擾動(dòng)對(duì)直流鍋爐影響的分析
燃燒率擾動(dòng)是指燃燒量、送風(fēng)量和引風(fēng)量同時(shí)協(xié)調(diào)變化的一種擾動(dòng)。在鍋爐給水量不變而燃燒率階躍增加后，經(jīng)過(guò)短暫的遲延后，各個(gè)受熱面吸熱量迅速增加，使鍋爐蒸發(fā)量迅速增加，但由于鍋爐給水量未增加，蒸汽流量經(jīng)過(guò)一定的峰值后逐漸減少，直至同鍋爐給水量相等。而過(guò)熱蒸汽的溫度經(jīng)過(guò)一段的遲延迅速增加，最后的明顯偏差反映燃水比的變化。蒸汽壓力由于初始的蒸汽流量增加而上升，隨后同蒸汽流量的逐漸減少而下降。
3.2.1.2給水量擾動(dòng)對(duì)直流鍋爐的影響
在鍋爐燃燒率不變而鍋爐給水量階躍增加，由于水是不可壓縮的介質(zhì)，所以給水流量的變化瞬間即可影響到加熱段各個(gè)受熱面內(nèi)工質(zhì)流量。但蒸汽是可壓縮的，給水流量對(duì)蒸發(fā)段和過(guò)熱段蒸汽流量的直接影響具有一定的遲延，由于鍋爐燃燒未增加，最終導(dǎo)致汽水溫度的下降。給水流量的擾動(dòng)變化最終改變各受熱面的比例，過(guò)熱汽溫的穩(wěn)態(tài)偏差反映出燃水比的變化。
3.2.1.3直流鍋爐的蓄熱能力和調(diào)門(mén)開(kāi)度影響
鍋爐負(fù)荷大于最低直流負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)入純直流運(yùn)行工況后至額定負(fù)荷。此時(shí)汽水流程中沒(méi)有汽包、汽水分離器和爐內(nèi)小循環(huán)，一次工質(zhì)在給水泵壓力作用下一次經(jīng)過(guò)鍋爐加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱各段受熱面，由于無(wú)汽包、汽水分離器和較粗的下降管及聯(lián)箱，鍋爐蓄熱能力小。實(shí)際運(yùn)行中鍋爐出口壓力受外界負(fù)荷擾動(dòng)比較敏感，調(diào)門(mén)開(kāi)啟后會(huì)立即引起機(jī)前壓力和鍋爐沿程壓力的變化，同時(shí)會(huì)引起蒸汽流量的變化和汽溫的變化。由于為保證鍋爐在超臨界狀態(tài)下運(yùn)行，不允許鍋爐出口壓力有較大范圍地變化，這樣也決定了汽機(jī)控制的主要任務(wù)是控制機(jī)前壓力。
3.2.1.4汽輪機(jī)和鍋爐之間的非線(xiàn)性耦合
由于采用超臨界參數(shù)必須采用直流鍋爐，主汽門(mén)開(kāi)度一方面控制汽輪機(jī)功率，一方面也直接影響了鍋爐出口末端阻力特性，使之成為無(wú)自平衡能力的對(duì)象，機(jī)爐間表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線(xiàn)性耦合。因此，在超臨界機(jī)組控制系統(tǒng)中，必須考慮到汽輪機(jī)采用功頻調(diào)節(jié)時(shí)鍋爐被控特性的變化，采取措施實(shí)時(shí)預(yù)估鍋爐改變負(fù)荷的能力，并以此來(lái)限制汽輪機(jī)調(diào)門(mén)的變化率。也就是說(shuō)，由汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)分擔(dān)鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)的部分任務(wù)。
3.2.2煤水控制參數(shù)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償
在直流鍋爐中．給水變成過(guò)熱蒸汽是一次完成的。當(dāng)給水量和燃燒率的比例改變時(shí)，鍋爐中的加熱段、蒸發(fā)段和過(guò)熱段將隨之改變。當(dāng)燃燒率增加時(shí)，加熱段和蒸發(fā)段縮短，過(guò)熱段加長(zhǎng)，當(dāng)給水量增加時(shí)則相反，因此理論上認(rèn)為在直流爐的控制上應(yīng)采用煤水比控制溫度。但該600 MW機(jī)組采用直吹式制粉系統(tǒng)，發(fā)出燃燒指令到改變進(jìn)入鍋爐的燃料要經(jīng)過(guò)給煤機(jī)的控制和磨煤機(jī)制粉的過(guò)程，燃燒對(duì)溫度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要比給水對(duì)溫度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢得多。因此在動(dòng)態(tài)過(guò)程中必須考慮煤水控制參數(shù)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。
4、結(jié)語(yǔ)
超臨界機(jī)組與相同容量的亞臨界汽包爐相比，自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)模，即所需的自動(dòng)控制和儀表裝置大致相同，但超臨界鍋爐更難于控制。在規(guī)定的運(yùn)行工況下，必須維持某些比例常數(shù)，而
在變工況下必須使這些比例按一定規(guī)律變化，在啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)，要求更大幅度地改變這些比例，以得到寬范圍領(lǐng)域的自動(dòng)控制。為此，必須設(shè)計(jì)更完善的閉環(huán)控制系統(tǒng)，啟動(dòng)工況更多地采用變參數(shù)、變定值技術(shù)，所有控制功能應(yīng)在前饋技術(shù)的基礎(chǔ)上完成，并連續(xù)地校正控制系統(tǒng)的增益。這也要求我們?cè)趯?shí)踐中深入研究，不斷摸索，了解直流鍋爐運(yùn)行特點(diǎn)，運(yùn)用更先進(jìn)的控制理論和更完美的控制策略。
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1、
生物質(zhì)壁爐
2、
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