600 MW超临界机组给水控制策略及煤质变差 对给水的影响

王飞

摘 要 以我厂给水控制系统来阐述600 MW超临界机组的给水控制策略及煤质偏离设计煤种后对给水产生的影响。通过对热工逻辑图，给水量计算公式，给水修正公式及系统内部参数定量计算出煤质变差时，给水在自动控制时的修正极限。为了能让煤质变差，给水在自动位时，主汽温度仍能达到额定，文中给出了解决办法。虽没有通过实践证明，但通过在平时运行中给水解手动时的观察，可以反推此方法是可行的。

关键词 煤水比；分离器出口温度；分离器出口压力；焓值；限幅

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0060-02

张家港沙洲电力有限公司2×600 MW超临界机组锅炉为上海锅炉厂引进技术制造的国产超临界参数、变压运行、螺旋管圈直流锅炉，型号SG1913/25.40-M955，采用定-滑-定运行方式。汽轮机为上海汽轮机厂引进技术制造的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机，型号为N600-24.2/566/566。发电机为上海汽轮发电机有限公司引进美国西屋公司技术制造的QFSN-600-2型水氢氢汽轮发电机。热控系统采用FOXBORO的分散控制系统。每台机组配置2×50%B-MCR调速汽动给水泵和一台30%的电动调速给水泵。

1 给水控制的基本策略

在超临界机组中，减温水只是对过热汽温进行细调，起一个短时间的调整作用，而且调整能力有限。长期调节作用是通过煤水比来实现的。煤水比不是恒定不变的，它必须随负荷的改变而改变，如公式所示：

ist=ifw + （1）

式中：ist为主蒸汽焓值，kJ/kg；ifw为给水焓值，kJ/kg；F为燃料量，t/h；W为给水量，t/h；Qnet为燃料低位发热量，kJ/kg；η为锅炉效率。

当锅炉给水温度随负荷的增加而升高时，ifw也随之升高；机组定压时，主蒸汽温度和压力为定值，即ist为定值；Qnet和η可视为常数，可见煤水比F/W是随负荷的升高而减小的。无论是定压还是滑压运行，这一公式都是计算静态煤水比F/W与负荷关系的基本公式。另一方面，燃料量和给水量在负荷改变的时按煤水比F/W并行进行调整，但二者对汽温的动态影响是不同的，一般为给水超前于煤量。为了减少负荷动态调整过程中的汽温波动，在给水指令中设置了动态校正环节，保证燃料量和给水量的动态匹配。

我厂机组正常运行方式为CCS下的炉跟机运行方式。此时汽机主控主要调节机组功率，形成高压调门开度指令；锅炉主控主要调节主汽压力，形成燃料指令。给水控制器根据煤水比函数粗调给水，再通过中间点温度修正，最终形成给水指令。具体控制逻辑如图1。

给水调节回路最重要部分是燃料量经F（x）函数变换后生成基本给水量，它代表不同负荷（燃料量）下对给水的要求。F（x）即是俗称的煤水比（我厂的煤水比其实是水煤比，即给水量除以给煤量。因习惯叫作煤水比）函数。由于汽温对给水量的动态响应要比燃烧率快，设置了两个惯性环节，使给水迟于

图1 给水控制逻辑图

煤量的变化。经过中间点修正后的给水公式为：

M12=M11（1+0.01×D） （2）

式中：M12为经过中间点温度修正后给水量；M11为经过煤水比函数F（X）形成的给水量；D为中间点温差修正值。

从逻辑图中可以看到在主调节回路中，通过求和模块加入了一个副调节回路，强制加水或减水，进一步控制分离器出口温度的偏差在可控范围之内。它有一个判断逻辑：如果ABS（RIO4-RIO5）>35℃，那么ROO2=（RIO4-RIO5）×2，否则 ROO2=0。 （3）

式中：ABS为绝对值含义；RIO4为中点温度；RIO5位分离器压力经函数对应下的温度；ROO2为副回路输出。

给水在通过各个环节计算后经过大选器（>600 t/h）作为给水流量控制器的设定值，最终形成给水指令。

2 煤质变差对给水的影响

由于当前煤炭价格形势紧张，我厂为了加强燃料成本的控制，优化燃料供应结构，通过多种途径采购了混煤和褐煤，而非原设计煤种神府东胜煤。各煤质分析对比如表1。

在一段时间内，我厂在混煤中掺烧20%的褐煤，由此可见所烧煤种已经远远偏离了设计煤种。从给水方面带来的影响看，在同等负荷下给水量已经比正常时偏多，直接导致主气温低于正常值10℃～20℃之多。在这种情况下运行人员经常是手动调整给水来保证主汽温度的正常值。作为调峰机组，负荷是随时在变动的.如果给水在手动状态下，会给运行人员带来很大的负担，也会给机组的安全运行带来隐患。下面主要从原理方面来分析煤质变差对给水的影响以及可采取的措施。分离器出口温度控制逻辑图如图2。

图2 中间点温度修正逻辑图

当中间点温度控制器在自动状态下，分离器出口压力经压力/温度函数f（x）（保证具有一定的过热度）折算成温度。此温度与中间点温度相比较通过PID模块生成中间点温度修正值对给水进行修正。但此修正值是经过上，下限幅的。查内部参数可知上限幅MO1=20，下限幅MO2=-15。在燃烧设计煤种的情况下，机组随负荷的不同，煤水比值大约在7.3～7.8之间。取煤水比平均值7.6及下限幅M02=-15来进行计算，代入经中间点温度修正的给水公式：

M12=M11（1+0.01×D）

令M11=7.6，D=-15

得M12=6.46

由此可以看出，经中间点温度修正后的煤水比最小值只能是6.46，如果此时煤质进一步变差（即同等负荷下，煤量会继续增加），给水主要跟踪煤水比函数，给水会自动增加，而中间点温度修正值已达下限-15，修正能力受到限制。此时就造成了给水量偏多，主汽温下降。给水自动状态已经无法完成调节主汽温的任务。运行人员往往会手动调整给水来保证主汽温在额定范围之内。

为了保证在煤质较差的情况下，给水控制自动能够调节主汽温，就必须使修正后的煤水比尽量地小。由给水公式看出可以通过两种途径来调整：1）适当地将煤水比函数的比值放小。但由于煤水比函数是根据设计煤种计算得出的，已经固化在系统内部，而且是随负荷变化而变化，修改麻烦且计算量很大。另一方面燃烧煤种是时刻变化，修改煤水比函数存在较大风险。所以此方法不可行；2）可以适当地将中间点温度修正值下限由-15改至-20，经计算中间点温度修正后的煤水比最小值能达到6.08，基本可以满足我们现阶段所烧煤种了。但此下限也不宜设得过小，设得过小使得修正能力过强，当炉侧发生扰动时，会造成给水波动变大。

当中间点温度控制器在手动状态时，中间点温度修正值进行实时跟踪。跟踪值的公式为：

M10=（RIO1/RIO2-1）/0.01 （4）

式中：M10为中间点温度修正值的跟踪值；RIO1位省煤器入口流量；RIO2为经煤水比函数F（X）换算后的给水理论值。

从实际的运行经验来看，给水手动调节时，当煤水比达到6.1左右时，跟踪值在-19左右。进一步证明将下限设为-20是可行的。

3 结束语

因为给水对主汽压力、过热汽温、有功功率的都有影响，甚至涉及到机组的安全，所以给水自动控制是超临界直流炉控制中非常重要的回路。在机组的运行工况偏离设计工况时，我们可以合理地修改控制系统的内部参数，使机组运行在最优化状态。

参考文献

[1]孙奎明，时海刚.热工自动化[M].中国电力出版社，2006.

[2]张秋生，岳建华，赵军，何志永.超临界机组的给水自动控制策略[J].华北电力技术，2007（9）.endprint