600MW超临界锅炉低负荷水冷壁超温控制策略

颜纲要，杜 磊，杨志君

（国能蚌埠发电有限责任公司，安徽 蚌埠 233411）

0 引言

某电厂2×600MW超临界机组，锅炉采用哈尔滨锅炉厂生产的变压直流炉、一次中间再热，采用前后墙对冲燃烧方式、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊Π型结构。配置6台直吹式中速磨煤机，下层两台磨为等离子点火，燃油系统在后期被取消，配置两台汽动给水泵调整给水流量。随着国内新能源的大力发展，新能源在电网中的占比快速增长，但新能源受气候条件影响，负荷不稳定，火电机组承担了更多的调峰任务，且在中低负荷段运行时间较多[1]。在AGC负荷指令和网频波动下，机组工况变化频繁，有时甚至处于振荡，这对机组系统和自动控制形成了严峻的考验[2]。在50%（300MW）负荷左右，水冷壁温度波动大且易超温，运行人员调整中又造成主汽温度过低情况。通过对运行参数和调整过程进行分析，找出关键问题，从自动控制策略制定方案并实施解决。

1 锅炉水冷壁超温现象分析

在50%～60%负荷工况时，选择4台磨煤机运行，下层两台，中上层各一台的磨组运行方式，部分燃煤为低灰熔点煤种。在AGC负荷指令波动频繁时，水冷壁温度上升较快，易超温。一般采取降低中间点温度的调整方式，但在煤量降低且煤质变化时，又可能造成汽温快速突降问题。水冷壁波动如图1。

图1 锅炉壁温波动趋势图Fig.1 Fluctuation trend of boiler wall temperature

1.1 热力系统分析

机组在低负荷工况下，总送风量较小，二次风压力偏低，炉内动力工况不良，燃烧稳定性差，抗干扰能力弱。在调整时可以适当关小燃尽风，同时适当增加总风量，提高二次风母管压力，让更多的风量从燃烧器区域送入，使锅炉富氧燃烧。多余的风量送入会降低燃烧器区域的火焰温度，减少火焰对水冷壁的辐射换热，对控制水冷壁壁温有利[3-5]。

为了防止锅炉水冷壁超温，部分运行人员也会采取减小过热度设定值，以增加一定的给水流量。但是降低过热度所带来的问题是，中间点温度及主汽温度整体偏低。当由于负荷扰动而给水量大幅变化时，主汽温度容易突降，严重影响汽轮机安全。

1.2 自动调节系统分析

通过运行数据分析，壁温突升一般发生在反复上下变负荷过程，其时机组负荷上下反复波动，给煤量和给水量波动也都较大。当负荷变化为±6MW，煤量变化最大30t/h，给水流量变化100t/h，并且在主汽压力升高中，分离器出口过热度变化不大。说明变负荷中煤量和给水匹配出现问题，在主汽压力升高时，给水阻力增大，水动力不足，给水被压制，给水流量偏少而超温[6]，是主要原因（见图2）；同时变负荷过程超调量偏大，造成煤水的大幅波动，是第二个原因（见图3）；进一步分析，在壁温超限前，虽然给水流量指令上升，但实际给水流量跟踪滞后，最大偏差30t/h，且无超调现象，说明给水调节回路的动态响应较弱，快速性不足，这是影响整个协调控制的第3个原因。

图2 主汽压力与壁温变化趋势图Fig.2 Variation trend of main steam pressure and wall temperature

图3 主给水流量与壁温变化趋势图Fig.3 Variation trend of main feedwater flow and wall temperature

2 水冷壁超温解决方案

2.1 协调控制基本原理

锅炉给水控制采用基于中间点温度校正的方法，以分离器出口温度作为中间点温度，对水煤比进行判断和校正，以保证水煤比的稳定。在机组协调控制中，将AGC指令按一定速率处理后送入锅炉主控，一方面按直接能量平衡匹配煤量，另一方面由主汽压力调节回路进行压力调节。在变负荷时，为了克服锅炉的大迟延和大惯性，有超前环节进行前馈控制，前两项的和作为总煤量信号进行煤量调节，同时送入给水调节回路，通过调节给水流量控制合适的过热度来保持煤水比的平衡。而第3项除了送入煤量调节回路外，还进行一定的运算关系，送入给水控制回路[7-10]。其基本原理如图4。

图4 协调控制原理图Fig.4 Schematic diagram of coordination control

2.2 变负荷前馈回路优化

负荷前馈指令在变负荷过程中进行超前调节，有效克服由于锅炉大迟延、大惯性的影响，快速适应汽轮机对锅炉的要求。但AGC指令在低负荷区间的小幅波动，由于超前作用导致煤水大幅变化，形成了过调，使主汽压力波动，其调节回路与超调量的叠加加剧了振荡。因此，通过变参数设置，在低煤量时前馈作用弱，而在较高煤量时前馈作用强，既减小了系统振荡，不致因给水量太低而超温，也满足了高负荷时的快速适应能力。

2.3 给水调节回路优化

对于给水调节回路的快速性不足问题，发现是PID参数整定不合理，P值为0.5，I值为80s。当给水指令变化时，给水流量超调量不足，其偏差依靠积分作用逐渐消除，表现为非周期过程。加强比例积分作用，将P值和I值分别调为0.8s和55s。调整后给水回路快速跟随能力加强，在扰动时给水指令与给水流量偏差降至15t/h之内。

2.4 压力前馈回路优化

由于给煤量的变化使主汽压力上升时，压力调节回路减小给煤量，进一步减小给水流量。由于压力的上升增加了给水阻力，在同样的给水泵转速下给水流量减小而水量不足，导致水冷壁超温。因此，在主汽压力升高时，增加给水前馈。此前馈一方面与压力偏差的微分正相关，同时也与过热汽减温水流量正相关。控制回路如图5。

图5 压力前馈优化原理图Fig.5 Schematic diagram of pressure feedforward optimization

以上优化措施实施后，在机组变负荷中锅炉水冷壁温变化幅度小，无超温。优化后效果趋势如图6。

图6 优化后锅炉壁温波动趋势图Fig.6 Fluctuation trend of boiler wall temperature after optimization

3 结语

经过逻辑优化，并在实际运行中对PID参数、各前馈参数的反复整定，在负荷频繁波动时给水流量变化幅度减小，给水调节快速及时。在主汽压力上升时，给水前馈提前动作，锅炉壁温得到有效抑制，波动幅度明显降低并在规定范围内，低负荷区间锅炉水冷壁温度大幅波动和超限的问题得以解决。此优化方案立足于现场实际问题的分析和解决方案，其思路和方法对于同类机组协调控制下锅炉水冷壁超温现象的处理具有借鉴和参考意义。