超临界直流锅炉给水流量控制策略

超临界机组给水自动控制策略分析与应用李军1，孟祥荣1，郎澄宇1，于金栋2（1.山东电力研究院，山东济南250002；2.华电国际邹县发电厂，山东济宁273522）摘要：根据超临界直流炉的结构特点，有针对性的分析了汽水分离器水位控制及给水控制的相应特性。

分析起动时分离器贮水箱水位控制，其与汽包水位控制有相似之处，但过程更为复杂。

并分析机组干态时，如何结合过热器蒸汽温度对给水控制进行优化控制，实际运行后取得良好效果。

关键词：超临界直流炉；给水自动拉制；贮水箱水位控制；过热蒸汽温度文献标识码：B中图分类号：TK223.70引言我国在未来相当长的时期内电力生产仍是以煤为主的格局。

为保证电力行业可持续发展，加快电力结构调整的步伐，最现实、最可行的途径就是加快建设超临界机组，配备以常规的烟气脱硫系统，超临界和超超临界机组的发展已日趋成熟，其可用率、可靠性、运行灵活性和机组寿命等方面已接近亚临界机组。

理论上认为：在水的状态参数达到临界点时（压力22.129MPa、温度374.15℃)，汽化潜热为0，汽水密度差也为0，水的汽化会在一瞬间完成，即在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在，两者的参数不再有区别。

由于在临界参数下汽水密度相等，因此在超临界压力下无法维持自然循环，即不能采用汽包锅炉，只能采用直流锅炉。

理论和实践证明常规超临界机组的效率可比亚临界机组高2%左右，而对于高效超临界机组，其效率可比常规超临界机组再提高4%左右。

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。

与常规亚临界机组相比，超临界机组的动态特性复杂，主要表现为：（1）动态特性随负荷大范围变化，呈现很强的非线性和变参数特性；为了适应调峰的需要，超临界机组常采用复合变压运行，这就意味着超临界机组实际上也要在亚临界区运行，由于亚临界和超临界工质的特性不同，需要调节器的也要进行变参数调节；（2）由于没有汽包，在各个控制回路之间，存在着很强的非线性耦合，直流炉的控制对象是一个三输入、三输出的耦合系统当给水量、给煤量、汽轮机调门任一数值发生改变时，机组有功功率、主汽压力和主汽温度都会发生变化；（3）锅炉蓄热小，容易发生超温超压由于直流炉给水流量的变化对机组负荷、主汽压力、主汽温度的影响最大。

超临界机组协调控制策略之给水控制优化摘要：超临界机组蓄热能力差，是多输入的控制系统，且输入的耦合性高，运行参数的线性度差。

在实际运行中，超临界机组的协调控制策略不尽相同，部分存在需要优化的地方，本文通过优化机组给水控制逻辑，提高了煤水比在机组负荷变化过程中的稳定度，使机组在动态过程中过热度保持在合理范围内，同时主汽压力、温度、负荷等调节品质得到改善，同时对给水的优化控制基本上解决了给水超调滞后问题、幅度欠缺问题，使机组的低负荷阶段同样能满足AGC速度要求。

火电厂协调控制是自动化控制理论在火电过程控制中的最深度运用。

实现了厂内汽轮机、锅炉围绕调度下发的AGC负荷指令协调运行。

在汽包炉机组中，CCS控制策略运用已经较为成熟，对负荷的控制效果比较理想。

在超临界机组中，协调的控制策略种类繁多，实际运用中效果也表现不尽完美，需要进一步研究机组运行工艺，优化控制策略。

本文介绍了某电厂600MW超临界机组协调控制系统特点，并对机组给水自动进行优化，控制总给水流量，过程中维持锅炉燃烧过程中给水与燃料输入量之间合理关系，保证机组运行参数稳定。

超临界机组即直流炉，相对于汽包炉，直流炉没有汽包对机组运行工质进行缓冲存储，其蓄热能力较低。

直流炉中，给水及给煤发生变化时，水冷壁等受热面的热交换将发生变化，汽水分界面也随之变化，导致锅炉出口蒸汽压力、流量和温度都随之变化。

因此，直流炉的给水不能独立进行控制，要考虑着重考虑机组燃烧系统。

直流炉的多输入信号相互耦合。

表现为：给煤、给水、主气调门之间存在深度的耦合性。

如：调门的开度变化影响锅炉出口压力及蒸汽温度变化；给煤加大会使蒸汽压力、温度、流量均加大；给水加大，会在短时内加大锅炉主气流量、压力，经过延时后主气温度又开始下降，使主气压力及汽机功率有所降低。

直流炉运行参数非线性特性很强。

在机组滑参数运行时，随之机组运行负荷变化，机组的运行参数大幅变化，线性度很差。

在煤水比调节的温度对象中，在负荷于300～600MW负荷变化范围内，对象特性时间常数的变化也有近3倍，汽温响应特性惯性增加，时问常数和延迟时间增加，因此，从控制角度考虑，直流炉需要设计较汽包炉更为复杂化的控制手段，才能适应对象复杂特性的控制要求。

摘要锅炉超大容量、高参数发展，给水系统采用自动控制系统是必不可少的，它可以减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行。

对于大容量高参数锅炉，其给水系统是非常复杂和比较完善的。

直流锅炉将是国家未来的发展方向，给水系统是其中的重要环节。

随着火电机组容量的提高及参数的增加，机组在启停过程中需要监视的参数及控制的项目越来越多，超临界机组锅炉给水控制系统是超临界机组控制系统中的重点和难点。

近些年来，研究超临界机组给水的文献相应增多，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度也要求越高。

本文介绍了直流锅炉的给水控制策略，包括对直流锅炉的发展历程、应用、结构特点、启动系统、给水控制系统的工作任务；同时还介绍了直流锅炉给水系统的控制原理,介绍了前馈、反馈、串级控制的特点和应用；主要通过对直流锅炉给水控制系统分析与研究，介绍了直流锅炉的给水控制系统的工艺流程，重点介绍了给水控制系统的控制回路，给水信号回路的测量，给水流量的控制回路，以及给水控制回路的指令形成和控制方法，还包括一些辅助回路的控制策略。

最后简略的介绍了直流锅炉给水控制的技术发展。

关键词: 超临界直流锅炉；给水控制系统；前馈-串级控制；给水泵AbstractThe boiler faces, the high parameter development large capacity, uses the automatic control system for the aqueous system is essential, It may reduce the movement personnel's labor intensity, guarantees boiler's safe operation. Regarding the large capacity high parameter boiler, it gives the aqueous system is very complex and perfect. The once-through boiler will be the national future development direction, for the aqueous system is important link. Along with thermal power unit capacity enhancement and parameter increase, unit, in opens stops the parameter which and the control project in the process needs to monitor are getting more and more, the supercritical unit boiler gives the water control system is in the supercritical unit control system's key point and the difficulty. Recent year, studies the supercritical unit to increase correspondingly for the water literature, the thermal power unitis bigger, its equipment structure is more complex, the automation also requests to be higher.This article introduced once-through boiler for the water control policy, including to once-through boiler's development process, applies, the unique feature, the initialize the system, to give the water control system's work mission; Simultaneously also introduced the once-through boiler for aqueous system's control principle, introduced the forward feed, the feedback, the cascade control characteristic and the application; Mainly through to the once-through boiler for the water control system analysis and the research, introduced the once-through boiler gives the water control system's technical process, Introduced with emphasis for the water control system's control loop, for the water signal channel's survey, for the discharge of water control loop, as well as forms for the water control loop's instruction with the control method, but also includes some subsidiary loop's control policy. Finally brief introduction once-through boiler to water control technological development.Key word: Supercritical once-through boiler; Water control system; Forward feed-cascade control; Feed pump目录引言 10.1 论文研究的背景和意义 10.2 国内外研究动态及相关文献综述 20.3 论文的主要工作及难点 30.3.1 论文的主要工作 30.3.2 论文的难点 3第一章超临界机组系统简介 51.1 超临界直流炉特性简介 51.1.1 超临界机组的概况 51.1.2 超临界机组的发展历程 51.1.3 超临界机组在我国的应用 61.1.4 超临界机组的结构特点 71.1.5 超临界机组控制中存在的问题71.2 超临界直流锅炉给水全程控制系统 81.3 超临界直流锅炉给水系统的组成及运行 81.3.1 超临界直流锅炉给水系统的组成 81.3.2 超临界机组锅炉给水系统的运行 91.4 直流锅炉给水控制系统的工作任务 11第二章前馈串级调节系统122.1 前馈控制系统122.1.1 前馈控制概述 122.1.2 前馈控制的特点及结构形式 122.1.3 前馈控制原理 132.2 前馈—反馈控制系统 152.2.1 前馈-反馈控制系统原理152.2.2 前馈-反馈控制的设计原则162.3 串级控制系统172.3.1 PID控制概述172.3.2 串级PID控制 19第三章直流锅炉给水控制系统的分析与研究 233.1 火电厂直流给水系统介绍 233.1.1 直流锅炉给水控制系统介绍 233.1.2 直流锅炉给水控制系统的工艺流程243.1.3 给水系统信号回路的测量243.2 给水流量控制回路253.3 给水流量指令形成回路263.3.1 过热度的控制 263.3.2 主调节器温度给定值的设定 263.4 给水泵控制回路 283.4.1 给水泵的汽蚀及其解决措施 283.4.2 给水泵公用指令形成回路293.4.3 给水泵控制回路303.4.4 电动给水泵流量控制回路323.4.5 给水控制回路总结 323.5 给水阀控制回路 323.5.1 锅炉给水旁路调节阀控制343.5.2 给水泵最小流量再循环阀控制35第四章超临界直流锅炉给水控制技术发展374.1 四回路给水调节控制系统 374.1.1 四回路给水调节控制系统374.1.2 用蒸发器吸热及其焓增控制燃水比384.1.3 采用汽水分离器出口焓值校正燃水比失调 38 4.1.4 结论 394.2 直流炉的给水控制新思路 394.2.1 直流方式下给水的控制思路 394.2.2 直流方式下给水指令的分析 404.2.3 直流方式下的给水控制的投用414.3 基于中间点焓值校正的给水自动控制结构41 4.3.1 蒸发器理论吸热量计算 424.3.2 焓值控制回路 434.3.3 一级减温器前后温差控制回路434.3.4 基于中间点温度校正的给水自动控制结构 43 4.3.5 给水流量自动的超驰控制44结论45参考文献46谢辞48引言随着我国国民经济的高速发展，工农业生产和人民生活对电力的需求不断增长，电力工业通过引进、消化、吸收国外的先进技术和管理经验，得到了迅速的发展。

超临界锅炉运行技术4. 超临界机组协调控制模式（1）CCBF,机炉自动，机调负荷，炉调压力；能充分利用锅炉蓄热，负荷响应快；主汽压力控制存在较大延迟，降低了主汽压稳定性。

（2）CCTF,机炉自动，炉调负荷，机调压力；主汽压稳定性好，负荷响应慢。

（3）机炉协调；机炉同时接受负荷和主汽压力指令，同步响应负荷和主汽压力的变化。

其中：（1）应用最广，（3）的调节器若匹配不当，机炉间容易引起震荡。

3.2.3 600MW超临界机组协调控制策略1. 被控参数(1)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，且由于超临界锅炉直流蓄热能力较小，给水流量和蒸汽流量比率的偏差过大将导致较大的汽压波动。

(2)煤水比稳定运行工况时，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蓄热能力，又按要求增减燃料，把锅炉热负荷调到与机组新的负荷相适应的水平.(3)喷水流量／给水流量超临界锅炉喷水仅能瞬时快速改变汽温．但不能始终维持汽温，因为过热受热面的长度和热焓都是不定的。

为了保持通过改变喷水流量来校正汽温的能力，控制系统必须不断地把喷水流量和总给水流量之比恢复到设计值。

(4)送风量／给煤量(风煤比)为了抑制NOx的产生，以及锅炉的经济、安全运行，需对各燃烧器的进风量进行控制，具体是通过各层燃烧器的二次风门和燃尽风门控制风量，每层风量根据负荷对应的风煤比来控制。

2 协调控制回路超临界机组蓄热能力相对较小．锅炉跟随系统的局限性较大，对于锅炉和汽机的控制指令既考虑稳态偏差又要考虑动态偏差。

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维持在可接受的限度内。

汽轮机调节汽门直接控制功率，锅炉控制主汽压力(CCBF)，给水流量由锅炉给水泵改变。

功率指令直接发送到汽轮机调节汽门，使得功率响应较快。

由于锅炉惯性大，负荷应变较慢．为防止汽机调门动作过大锅炉燃烧跟不上，设计了压力偏差拉回逻辑，当压力偏差过大时限制调门进一步动作，直到燃烧满足负荷需求。

关于超临界直流锅炉的给水控制与汽温调节分析伴随国内经济水平的快速提升，电力生产已然是重中之重的一个环节。

早期生产因为技术条件不足，普遍选用参数较低、能耗较大且污染严重的燃煤系统。

经过不断发展，当前国内逐步利用效率更高且污染较轻的系统取代传统燃煤机组。

随着电力领域的持续前行，超临界直流锅炉也出现在实际生产之中，不同种类的锅炉设备所适用的场合有所差异，同时内部给水控制架构也不尽相同，所以在实际应用过程中始终存在不足之处。

本文就针对目前超临界直流锅炉的发展进行研究，对内部控制系统存在的问题提出对应的优化方案。

[关键词]超临界;直流锅炉;给水控制系统;汽温调节Nie Xin-yang[Abstract]With the rapid improvement of domestic economic level，electric power production has become one of the most important links. Due to the lack of technical conditions in early production，coal-fired systems with low parameters，large energy consumption and serious pollution were generally selected. After continuous development，the current domestic use of higher efficiency and less pollution system to replace the traditional coal-fired units. With the continuous development of the electric power field，supercritical once through boiler also appears in the actual production. Different types of boiler equipment are suitable for different occasions，and the internal water supply controlstructure is also different，so there are always deficiencies in the actual application process. In this paper，the development of supercritical once through boiler is studied，and the corresponding optimization scheme is proposed for the problems existing in the internal control system.[Keywords]supercritical; once through boiler; feed water control system; steam temperature regulation超臨界直流锅炉相较于原有的燃煤系统来说，不管是容量、效率还是环保等方面都有着质的飞跃。

超临界机组给水控制策略超临界机组是指工作压力高于临界压力的蒸汽发电机组，其在能源利用效率和环保方面相较于传统的发电机组具有更大的优势。

在超临界机组的运行中，给水控制策略的实施对于保证机组的稳定运行和安全运行具有至关重要的意义。

本文将着重介绍超临界机组给水控制策略的实施。

一、超临界机组给水控制的意义在超临界机组的运行中，给水控制策略对于机组的安全运行和发电效率具有至关重要的意义。

在运行过程中，给水系统的作用是为锅炉提供所需的水流。

给水的控制策略的实施可以有效地控制给水量，从而保证锅炉的正常运行。

给水控制还可以控制锅炉的水位和蒸汽质量，从而保证机组的稳定运行和高效发电。

二、超临界机组给水控制的实施超临界机组给水控制的实施包括以下方面：1.给水泵的控制策略给水泵是超临界机组中最为重要的一个组成部分，其控制策略的实施对于机组的稳定运行和高效发电具有至关重要的意义。

给水泵可以通过控制给水阀门的开度来控制给水量，从而保证锅炉的正常运行。

同时，给水泵还可以通过控制泵的速度来控制给水量。

在实施控制策略时，需要根据机组的实际运行情况来确定控制策略的具体方案。

2.锅炉水位的控制策略锅炉水位的控制是超临界机组给水控制的重要组成部分。

在实施控制策略时，需要根据机组的实际运行情况来确定锅炉水位的控制策略。

在实际操作中，可以通过控制给水泵的开度和关闭给水阀门来控制锅炉水位，从而保证机组的稳定运行。

3.蒸汽质量的控制策略蒸汽质量是超临界机组运行中一个非常重要的指标，其控制策略的实施对于机组的稳定运行和高效发电具有至关重要的意义。

在实施控制策略时，需要根据机组的实际运行情况来确定蒸汽质量的控制策略。

在实际操作中，可以通过控制给水泵的开度和关闭给水阀门来控制蒸汽质量，从而保证机组的稳定运行。

三、超临界机组给水控制策略的应用超临界机组给水控制策略的应用对于保证机组的稳定运行和高效发电具有非常重要的意义。

在实际应用中，需要根据机组的实际运行情况来确定具体的控制策略。

试论超临界机组给水的控制本文笔者阐述了超临界机组的结构特点，提出了超临界直流炉给水系统的组成及启停、运行要求，探讨了超临界机组给水的控制，具有重要的现实意义。

标签：超临界机组；给水；直流锅炉引言：随着电力需求的增长，以及能源和环保的要求，我国的火电建设开始向大容量、高参数的大型机组靠拢。

但是，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度也要求越高。

下面笔者探讨了超临界机组给水的控制。

1.超临界机组的结构特点1.1锅炉启动系统锅炉的启动系统，简单的说就是设置了启动分离器。

直流锅炉在启动时，一开始点火就必须不断的向锅炉上水，建立足够的工质流速和压力，以保证给水连续地强迫流经所有的受热面，使其得到充分的冷却。

由此可见，直流锅炉的启动过程就是工质的升温升压过程。

又由于超临界锅炉没有固定的汽水分离点，在锅炉启动过程中和低负荷运行时，由于给水量有可能小于炉膛保护及维持流动所需的最小流量，因此必须在炉膛内维持一定的工质流量以保护水冷壁不致过热超温。

锅炉启动系统是超临界机组的关键技术之一，其与汽机旁路系统是保证机组安全，经济启停，低负荷运行及妥善进行事故处理的重要手段。

（1）配合锅炉给水系统进行水冷壁及省煤器的冷态和温态水冲洗，并将冲洗水通过扩容器和冷凝水箱排入冷却水总管或冷凝器；（2）满足锅炉冷态、温态、热态和极热态启动的需要，直到锅炉达到特定的最低直流负荷，由再循环模式转到直流模式运行时为止；（3）只要工质合格，启动系统可以完全回收工质及其所含的热量；（4）锅炉转入直流运行时，启动系统处于热备用状态，一且锅炉度过启动期间的汽水膨胀期，即开始进行炉水再循环。

（5）启动分离器系统也能起到在水冷壁出口集箱与过热器间的温度补偿作用，均匀分配进入过热器的蒸汽流量。

启动分离器系统可以分为内置式分离器启动系统和外置式分离器启动系统。

在锅炉启停及低负荷运行期间，启动分离器處于湿态运行，分离器如同汽包一样，起汽水分离作用；而在锅炉正常运行期间，启动分离器处于干态运行，从水冷壁出来的微过热蒸汽经过分离器，进入过热器，此时分离器仅起一个连接通道作用。

关于超临界直流锅炉的给水控制与汽温调节分析摘要：随着对电力需求的不断提升，供电的要求越来越高，电力生产作为其中的重要环节，超临界直流锅炉取代了传统的燃煤机组，广泛应用于电力领域中，改善了环境污染的问题，有效提升了电力供应效率。

基于此，本文对超临界直流锅炉的给水控制和气温调节进行了深入探讨，为保证机组的稳定性运行提出几点建议。

关键词：超临界直流锅炉；给水控制；气温调节一、超临界机组的给水控制系统直流锅炉是多变量系统，直流锅炉的控制任务与汽包锅炉有很大差别，对于直流锅炉不能象汽包炉那样，将燃料、给水、汽温简单地分为3个控制系统，而是将给水量与燃料量的控制与一次汽温控制紧密地联系在一起，这是直流锅炉控制最突出的特点[1]。

二、汽水分离器水位控制我厂超临界机组采用内置式汽水分离器，锅炉启动点火前进行冷态冲洗，进入分离器的流量保持最低运行负荷50%MCR下的900t/h，冲洗排放经储水箱溢流阀排到疏水扩容器，然后排至锅炉排水管。

冷态冲洗合格后回收至凝汽器锅炉允许点火。

用炉水循环泵出口调门来控制省煤器入口保持30%BMCR流量，将锅炉上水旁路调门关回保持3-5%BMCR流量。

点火后随燃料量投入的增加，进入分离器的工质压力、温度和干度不断提高，汽水在分离器内实现分离。

蒸汽进入过热器系统，饱和水通过汽水分离器排入疏水扩容器实现工质回收。

随着压力上升，水冷壁汽水开始膨胀，分离器储水箱液位逐渐升高，这时可通过分离器储水箱小溢流阀排放控制水位，随着汽水膨胀的结束，分离器储水箱水位开始下降，分离器的正常水位由上水旁路调门、炉水循环泵出口调门和锅炉储水箱小溢流阀来控制，此时分离器为湿态运行，给水控制方式为分离器水位与最小给水流量控制。

当水冷壁出口（进入分离器）工质的干度提高到干饱和蒸汽后，汽水分离器已无疏水，转变成蒸汽联箱，锅炉切换到30%MCR下的干态运行（纯直流运行）。

锅炉在30%BMCR（本生负荷）以下为再循环运行方式。