摘要：贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司2×660MW超临界机组控制系统为艾默生公司OVATION分散控制系统，该系统包括了FSSS、MCS、SCS、DAS、ECS等系统。超临界机组通常采用调节给水流量来实现燃水比控制的控制方案。在燃水比控制中，燃水比的失衡会影响到过热汽温，但是不能使用过热汽温作为燃水比的反馈信号。因为过热汽温对给水量扰动也有很大的迟延，若等到过热汽温已经明显变化后再用调节给水流量的话，必然会使过热汽温严重超温或大幅降温，经实践证明分离器出口温度即中间点温度反映过热汽温速度比较快。
关键词：给水；控制；分析
一、中间点温度的给水控制方案
燃水比改变后，汽水流程中各点工质焙值和温度都随着改变，可选择锅炉受热面中间位置某点蒸汽温度（又称为中间点温度或微过热温度）作为燃水比是否适当的反馈信号，因为中间点温度不仅变化趋势与过热汽温一致，而且滞后时间比过热汽温滞后时间要小得多，这对于稳定过热汽温，提高锅炉燃水比的调节过程品质是非常重要的。而且中间点温度过热度越小，滞后越小，也就是越靠近汽水行程的入口，温度变化的惯性和滞后越小。采用内置式汽水分离器的超临界机组，一般取汽水分离器出口蒸汽温度作为中间点温度来反映燃水比。
当由于燃水比例失调而引起汽温的变化时，仅依靠调节减温水流量来控制汽温会使减温水流量大范围变化，有时会超出减温器的减温水流量可调范围。为了避免因燃水比失衡而导致减温水流量变化过大，超出减温水流量可调范围，因此可利用减温水流量与锅炉总给水流量的比值（喷水比）来对燃水比进行校正。用喷水比校正燃水比原则是：根据设计工况确定不同机组负荷下的喷水比，当实际喷水比偏离给定值时，说明是由于燃水比例失调而使过热汽温过高或过低，而导致实际喷水比偏离给定值，因此这时不能仅依靠调节减温水流量来控制汽温，而是要利用喷水比偏差来修改锅炉总给水流量，也就是进行燃水比校正，进而通过改变给水流量W来调节汽温。
图2.1所示为600MW机组给水控制基本方案，系统采用中间点温度和喷水比来校正燃水比，并通过调节锅炉总给水流量来实现燃水比控制，从而实现过热汽温粗调的目的。
这是一个前馈—串级调节系统，副调节器PID2输出为给水流量控制指令，通过控制给水泵的转速使得锅炉总给水流量等于给水给定值，以保持合适的燃水比。主调节器PID 1以中间点温度为被调量，其输出按锅炉指令BD形成的给水流量基本指令进行校正，以控制锅炉中间点汽温在适当范围内。控制系统可分为两大部分，即给水流量指令形成回路和给水泵转速控制回路。这里重点分析给水流量指令形成回路。
锅炉总给水流量给定值SP2是由给水基本指令和主调节器PID 1输出的校正信号两部分叠加而成。
图2.1采用中间点温度的给水控制方案
锅炉指令BD作为前馈信号经动态延时环节f2（t）和函数发生器f2（x）后给出的给水流量基本指令，以使燃水比协调变化。其中f2（t）是补偿燃料量和给水流量对水冷壁工质温度的动态特性差异。由于燃料制粉过程的迟延以及燃料燃烧发热与热量传递的迟延，因此，给水流量对水冷壁工质温度的影响要比燃料量要快得多，所以增负荷时要先加燃料，经f2（t）延时后再加水，以防止给水增加过早使水冷壁工质温度下降。锅炉指令BD经儿f2（x）给出不同负荷下的给水量需求。由于燃料量也是锅炉指令BD的函数，所以f2（x）实际上是间接地确定燃水比。这样，当锅炉指令变化时，给水量和燃料量可以粗略地按一定比例变化，以控制过热汽温在一定范围内。
校正信号是以分离器蒸汽温度作为中间点温度来修正给水流量基本指令。校正信号由主调节器PID 1输出的反馈调节信号和微分器D（t）输出的前馈调节信号组成，前者根据分离器蒸汽温度和它的给定值之间的偏差运算得到，后者是分离器蒸汽温度的微分。前馈信号起动态补偿作用，当燃料的发热量等因素发生变化，如发热量上升使分离器汽温上升时，D（t）的输出增加，提高给水流量给定值，使给水流量增加，以稳定中间点温度。
二、中间点温度的给定值由三部分组成：
（1）汽水分离器压力信号经函数发生器后给出分离器温度给定值的基本部分。其中f1（t）是为消除汽水分离器压力信号的高频波动而设置的滤波环节。当机组负荷小于100MW时，函数器f1（x）的输出为分离器压力对应的饱和温度；当机组负荷大于100MW后，函数器f1（x）的输出为分离器压力对应的饱和温度，并加上适当的过热度。
（2）过热器喷水比的修正信号是由实际的过热器喷水比与其给定值的偏差计算得到。过热器喷水比率的给定值由机组负荷指令信号经函数发生器f3（x）给出，它是根据设计工况（或校核工况）下一、二级减温水总量与机组负荷的关系计算得到的。滤波环节f3（t）用于消除过热器喷水比率信号的高频波动。为防止修正信号动态波动较大而引起分离器的干、湿切换，因此喷水比修正作用不能太强，通过图中f4（x）对其修正的幅度和变化率进行限制。当喷水比大于f3（x）给出的给定喷水比时，就意味着过热汽温高于设计工况（或校核工况）值。此时，为了将汽温降低到设计工况（或校核工况）的水平，需提供一个负的修正值，以降低中间点温度的给定值SP2.喷水比大于给定值时使SP1减小，SP1减小导致主调PID 1输出增加，提高了锅炉总给水流量给定值SP2，通过增加给水流量，从而使汽温恢复到正常范围，使过热器喷水保持在合适的流量范围内。本系统的喷水比修正只在机组的负荷大于100MW之后才起作用，当机组的负荷小于100MW时，中间点温度给定值仅仅是分离器压力的函数。
（3）为了便于运行人员根据机组运行情况调整中间点温度，系统还设置手动偏置。可见，给水流量串级控制系统的主调节器PID 1作用是根据中间点温度与其给定值的偏差进行PID运算，其输出为锅炉总给水流量基本指令的校正值，以校正燃水比，稳定中间点温度，实现过热汽温粗调。当实际运行工况偏离设计工况，如燃料的品质发生变化或燃水比失调使中间点温度偏离给定值时，通过改变锅炉总给水流量来改变燃水比，以稳定中间点温度。副调节器PID2根据锅炉总给水流量的测量值与流量给定值SP2的偏差进行PID运算，输出作为给水流量控制指令，调节给水泵转速来满足机组负荷变化对锅炉总给水流量的需求。
给水泵转速控制回路中，泵总转速指令nz为汽泵A转速指令na、汽泵B转速指令nb和电泵C转速指令nc之和。给水流量控制指令与泵总转速指令nz的偏差送控制模块PID3中，利用控制模块PID3的积分作用，使泵总转速指令nz等于给水流量控制指令。这样当某台泵的偏置增加（或减少）时，其对应的泵转速指令也增加（或减少），由于给水流量控制指令未变，积分作用使泵公用转速指令no减少（或增加），也使其他泵转速指令减少（或增加），最终使泵总转速指令nz保持不变，以维持锅炉总给水流量不变。
三、结论
对于超临界660MW机组的直流锅炉给水控制系统来说，影响过热汽温的重要因素就是燃水比，燃料量（燃烧率）或给水流量的单独改变，都使汽温发生明显的变化，因此，当负荷改变时，为了使汽温的变化较小，必须使燃料量（燃烧率）和给水流量协调比例变化。而给水流量变化是跟随燃料量变化而变化，因而给水控制是自动控制中的重中之重。
参考文献：
[1] 刘自放，刘春雷《热工检测与自动控制》，中国电力出版社，2007.02.1。
[2] 张华、孙奎明《热工自动化》，中国电力出版社，2010.03。
[3] 程蔚萍《超临界直流锅炉汽温控制系统的改进》，发电设备，2008.02.18。
论文作者:杨福田,郭时龙
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/13
标签：流量论文; 温度论文; 指令论文; 锅炉论文; 转速论文; 机组论文; 定值论文; 《电力设备》2019年第3期论文;