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1、追求卓越追求卓越技术第一技术第一PowerGenerationl ITPowerSolutions华北电科院有限责任公司热控技术研究所华北电科院有限责任公司热控技术研究所n600MW超临界直流炉n机组控制特性分析追求卓越追求卓越技术第一技术第一PowerGenerationl ITPowerSolutions华北电科院有限责任公司热控技术研究所华北电科院有限责任公司热控技术研究所600MW超临界直流炉机组超临界直流炉机组控制特性分析控制特性分析n华北电科院有限责任公司n热控技术研究所n王玉山600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl IT
2、PowerSolutions 3王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所目录目录n 一、国一、国际际上超上超临临界机界机组组的的现现状状n 三、国内三、国内500MW及以上超及以上超临临界直流炉机界直流炉机组组投运情况投运情况n 二、目前超二、目前超临临界机界机组组的的发发展方向展方向n 四、超四、超临临界直流炉的控制特点界直流炉的控制特点目目录录n 五、引五、引进进英国巴威技英国巴威技术术超超临临界机界机组组控制控制现现状状600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 4王玉山华北电科院热控
3、技术研究所华北电科院热控技术研究所一、国际上超临界机组的现状一、国际上超临界机组的现状n 我国一次能源以煤炭为主，火力发电占总发电量的我国一次能源以煤炭为主，火力发电占总发电量的75%75%n 全国平均煤耗为全国平均煤耗为394g/(kWh)394g/(kWh)，较发达国家高，较发达国家高606080g80g，年均，年均 多耗煤多耗煤60006000万吨，不仅万吨，不仅浪费能源，而且造成了严重的环境浪费能源，而且造成了严重的环境 污染，烟尘，污染，烟尘，SOx,NOx,CO2SOx,NOx,CO2的排放量大大增加的排放量大大增加n 火电机组随着蒸汽参数的提高，效率相应地提高火电机组随着蒸汽参数
4、的提高，效率相应地提高亚临界机组亚临界机组(17MPa,538/538)净效率约为净效率约为3738%煤耗煤耗 330340g超临界机组超临界机组(24MPa,538/538)净效率约为净效率约为4041%煤耗煤耗 310320g超超临界机组超超临界机组(30MPa,566/566)净效率约为净效率约为4445%煤耗煤耗 290300g 由于效率的提高，污染物排量也相应减少，经济效益十分由于效率的提高，污染物排量也相应减少，经济效益十分明显。明显。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 5王玉山华北电
5、科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所一、国际上超临界机组的现状一、国际上超临界机组的现状n 19571957年美国投运第一台超临界试验机组，截止年美国投运第一台超临界试验机组，截止19861986年共年共166166 台超临界机组投运，其中台超临界机组投运，其中800MW800MW以上的有以上的有107107台，包括台，包括9 9台台 1300MW1300MW。n 19631963年原苏联投运第一台超临界年原苏联投运第一台超临界300MW300MW机组，截止机组，截止19851985年共年共 187187台超临界机组投运，包括台超临界机组投运，包括300MW,500MW,800MW300
6、MW,500MW,800MW,1200MW1200MW。n 19671967年日本从美国引进第一台超临界年日本从美国引进第一台超临界600MW600MW机组，截止机组，截止19841984 年共年共7373台超临界机组投运，其中台超临界机组投运，其中3131台台600MW,9600MW,9台台700MW700MW，5 5台台 1000MW1000MW，在新增机组中超临界占，在新增机组中超临界占80%80%。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 6王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所
7、二、目前超临界机组的发展方向二、目前超临界机组的发展方向n 9090年代年代,日本投运的超临界机组蒸汽温度逐步由日本投运的超临界机组蒸汽温度逐步由538/566 538/566 提高到提高到538/593538/593，566/593 566/593 及及600/600 600/600，蒸汽压力保，蒸汽压力保 持在持在2425MPa2425MPa，容量以，容量以1000MW1000MW为多，参数为为多，参数为 31MPa,566/56631MPa,566/566的两台的两台700MW700MW燃气机组于燃气机组于19891989年和年和19901990年在年在 川越电厂投产。目前正在研究参数为
8、川越电厂投产。目前正在研究参数为34.3MPa,649/59334.3MPa,649/593及及 34.3MPa,649/59334.3MPa,649/593的机组。的机组。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 7王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所二、目前超临界机组的发展方向二、目前超临界机组的发展方向n 欧洲超临界机组参数多为欧洲超临界机组参数多为25MPa,540/54025MPa,540/540，机组容量中，机组容量中 等，等，440600MW440600MW。德国两台。德
9、国两台900MW900MW机组于机组于19991999年投产；年投产；19981998 年投运的丹麦一台参数为年投运的丹麦一台参数为28.5MPa,580/580/58028.5MPa,580/580/580的二次的二次 中间再热，中间再热，411MW411MW机组的净效率达到了机组的净效率达到了4747是目前世界是目前世界 上效率最高的超临界火电机组。上效率最高的超临界火电机组。欧盟制定了欧盟制定了“THERMIE”700THERMIE”700先进燃煤火电机组发展计先进燃煤火电机组发展计划，联合欧洲划，联合欧洲4040家公司于家公司于19981998年开始，计划用年开始，计划用1717年时间
10、开发年时间开发35MPa,700/720/35MPa,700/720/（720720）的超超临界机组，其净效率达到的超超临界机组，其净效率达到50%50%以上。以上。n 美国电力科学院（美国电力科学院（EPRIEPRI）从）从19861986年起一直致力开发年起一直致力开发 32MPa,593/593/59332MPa,593/593/593的带中间负荷的燃煤火电机组。的带中间负荷的燃煤火电机组。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 8王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所三、国内三
11、、国内500MW及以上超临界直流炉机组投运情况及以上超临界直流炉机组投运情况n 我国自我国自8080年代后期开始重视发展超临界火电机组，国家确年代后期开始重视发展超临界火电机组，国家确 定以河南沁北电厂作为国产化依托，将超超临界发电技术列定以河南沁北电厂作为国产化依托，将超超临界发电技术列 为国家高技术发展计划，计划开发为国家高技术发展计划，计划开发30MPa,600/60030MPa,600/600，600MW600MW 以上的超超临界机组，供电效率达以上的超超临界机组，供电效率达434345%45%。n 我国前期的超临界机组多为从原苏联直接引进，如营口，我国前期的超临界机组多为从原苏联直接
12、引进，如营口，盘山，伊敏，绥中等厂，机组运行方式均以定压运行为主盘山，伊敏，绥中等厂，机组运行方式均以定压运行为主，后期主要以从后期主要以从日本，日本，欧洲引进技术的滑压运行机组欧洲引进技术的滑压运行机组 目前国内已投运的部分目前国内已投运的部分500MW500MW及以上超临界直流炉机组及以上超临界直流炉机组600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 9王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所 目前国内已投运的部分目前国内已投运的部分500MW500MW及以上超临界直流炉机组及以上超临界直流
13、炉机组机机 组组机组容量机组容量投产时间投产时间备备 注注国国华盘华盘山山#1,2500MW1995俄供定压运行俄供定压运行伊敏电厂伊敏电厂#1,2500MW1995俄供定压运行俄供定压运行国国华绥华绥中中#1,2800MW2001俄供定压运行俄供定压运行石洞口二期石洞口二期#1,2600MW1991/1992欧供滑压运行欧供滑压运行外高桥二期外高桥二期#1,2900MW2004欧供滑压运行欧供滑压运行华能沁北华能沁北#1,2600MW2005欧供滑压运行欧供滑压运行常熟电厂常熟电厂#1,2600MW2005欧供滑压运行欧供滑压运行三、国内三、国内500MW及以上超临界直流炉机组投运情况及以上
14、超临界直流炉机组投运情况600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 10王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所 目前国内已投运的部分目前国内已投运的部分500MW500MW及以上超临界直流炉机组及以上超临界直流炉机组机机 组组机组容量机组容量投产时间投产时间备备 注注国国华华太太仓仓5，6600MW2006上锅上锅大唐大唐乌乌沙山沙山14600MW2006英国巴威技术，哈锅英国巴威技术，哈锅大唐潮州大唐潮州#1,2600MW2006英国巴威技术，哈锅英国巴威技术，哈锅大唐宁德大唐宁德#1,
15、2600MW2006英国巴威技术，哈锅英国巴威技术，哈锅大唐三门峡大唐三门峡5,6600MW2006英国巴威技术，哈锅英国巴威技术，哈锅福建可门福建可门1，2600MW2006欧供滑压运行欧供滑压运行阜阳华润电厂阜阳华润电厂1，2600MW2006欧供滑压运行欧供滑压运行三、国内三、国内500MW及以上超临界直流炉机组投运情况及以上超临界直流炉机组投运情况600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 11王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所 目前国内已投运的部分目前国内已投运的部分500M
16、W500MW及以上超临界直流炉机组及以上超临界直流炉机组机机 组组机组容量机组容量投产时间投产时间备备 注注浙能兰溪浙能兰溪1，2600MW2006英国巴威技术，哈锅英国巴威技术，哈锅江苏利港江苏利港5，6600MW2006大唐湖南湘潭大唐湖南湘潭600MW2007英国巴威技术，哈锅英国巴威技术，哈锅广西广西贵贵港港1，2600MW2007英国巴威技术，哈锅英国巴威技术，哈锅华能玉环华能玉环1，21000MW2007三菱技术三菱技术华电邹县华电邹县1，21000MW2007三菱技术三菱技术江西丰城江西丰城1，2660MW2007三、国内三、国内500MW及以上超临界直流炉机组投运情况及以上超临
17、界直流炉机组投运情况600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 12王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所 国内不同等级机组的煤耗国内不同等级机组的煤耗机机 组组机组容量机组容量煤耗煤耗备备 注注超超临界超超临界1000MW283玉环，邹县玉环，邹县超超临临界界800900MW306外高桥外高桥,绥中绥中超临界超临界600MW316乌沙山，宁德乌沙山，宁德超临界超临界500MW328盘山，伊敏盘山，伊敏亚临亚临界界600MW320330亚临亚临界界300MW330340超高超高压压200M
18、W350高高压压100MW377三、国内三、国内500MW及以上超临界直流炉机组投运情况及以上超临界直流炉机组投运情况600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 13王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制特点汽包炉的控制四、超临界直流炉的控制特点汽包炉的控制n汽包炉中，汽包把汽水流程分为汽包炉中，汽包把汽水流程分为加热段、蒸发段和过热段加热段、蒸发段和过热段，三段受热面的位置和面积是固定不变的，在给水流量变化三段受热面的位置和面积是固定不变的，在给水流量变化时，仅影响
19、汽包水位，不影响蒸汽压力和温度。而燃烧量时，仅影响汽包水位，不影响蒸汽压力和温度。而燃烧量变化时仅改变蒸汽流量和蒸汽压力，对蒸汽温度影响不大，变化时仅改变蒸汽流量和蒸汽压力，对蒸汽温度影响不大，因此给水、燃烧、蒸汽温度控制系统是可以相对独立的，因此给水、燃烧、蒸汽温度控制系统是可以相对独立的，可以通过控制给水流量、燃烧率、喷水流量分别控制汽包可以通过控制给水流量、燃烧率、喷水流量分别控制汽包水位、蒸汽流量和蒸汽压力。水位、蒸汽流量和蒸汽压力。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 14王玉山华北电科院
20、热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制特点直流炉四、超临界直流炉的控制特点直流炉n直流锅炉没有汽包，又没有炉水小循环回路，给水是一次性流过加热段、直流锅炉没有汽包，又没有炉水小循环回路，给水是一次性流过加热段、蒸发段和过热段的，三段受热面没有固定的分界线。当给水流量及燃烧蒸发段和过热段的，三段受热面没有固定的分界线。当给水流量及燃烧量发生变化时量发生变化时，三段受热面的吸热比率将发生变化，锅炉出口温度以及，三段受热面的吸热比率将发生变化，锅炉出口温度以及蒸汽流量和压力都将发生变化，因此给水、气温、燃烧系统是密切相关蒸汽流量和压力都将发生变化，因此给水、气温、燃烧系统是密切
21、相关的，不能独立控制，应该作为整体进行控制。直流锅炉随着蒸汽压力的的，不能独立控制，应该作为整体进行控制。直流锅炉随着蒸汽压力的升高，蒸发段的吸热比例逐渐减少，而加热段和过热段的吸热比例增加；升高，蒸发段的吸热比例逐渐减少，而加热段和过热段的吸热比例增加；以及受热面管径变小，管壁变厚，因此，随着蒸汽压力的升高，锅炉分以及受热面管径变小，管壁变厚，因此，随着蒸汽压力的升高，锅炉分离器出口气温和锅炉出口气温的惯性增加，时间常数和延迟时间增加。离器出口气温和锅炉出口气温的惯性增加，时间常数和延迟时间增加。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGeneration
22、l ITPowerSolutions 15王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制特点直流炉四、超临界直流炉的控制特点直流炉n 理论上认为：在临界点（理论上认为：在临界点（22.129MPa22.129MPa、温度、温度374374），水的汽），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，因此在临界压力下无法维持于在临界参数下汽水密度相等，因此在临界压力下无
23、法维持 自然循环，不能再采用汽包锅炉，直流炉成为唯一的型式。自然循环，不能再采用汽包锅炉，直流炉成为唯一的型式。n 超临界锅炉与亚临界自然循环锅炉的结构和工作原理不同，超临界锅炉与亚临界自然循环锅炉的结构和工作原理不同，启动方法也有较大的差异，启动方法也有较大的差异，超临界锅炉与自然循环锅炉相超临界锅炉与自然循环锅炉相 比，有以下的启动特点：比，有以下的启动特点：600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 16王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制特点启动系统四、超临
24、界直流炉的控制特点启动系统设设置置专门专门的启的启动动旁路系旁路系统统直流锅炉在锅炉点火前就必须不间断的向锅炉进水，建立直流锅炉在锅炉点火前就必须不间断的向锅炉进水，建立足够的启动流量，以保证给水连续不断的强制流经受热面，足够的启动流量，以保证给水连续不断的强制流经受热面，使其得到冷却。为防止低温蒸汽送入汽轮机后凝结，造成使其得到冷却。为防止低温蒸汽送入汽轮机后凝结，造成汽轮机的水冲击，直流炉需要设置专门的启动旁路系统来汽轮机的水冲击，直流炉需要设置专门的启动旁路系统来排除这些不合格的工质。排除这些不合格的工质。配置汽水分离器和疏水回收系配置汽水分离器和疏水回收系统统低于本生流量时，给水流量要
25、保持恒定。因此在本生负低于本生流量时，给水流量要保持恒定。因此在本生负荷下超临界锅炉需要设置汽水分离器和疏水回收系统。荷下超临界锅炉需要设置汽水分离器和疏水回收系统。启启动动前前锅锅炉要建立启炉要建立启动压动压力和启力和启动动流量流量600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 17王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制特点变负荷适应能力强四、超临界直流炉的控制特点变负荷适应能力强n超临界直流炉，由于锅炉的蓄质和蓄热量小，因而负荷调节超临界直流炉，由于锅炉的蓄质和蓄热量
26、小，因而负荷调节的灵敏性好，可实现快速启、停和调节负荷的灵敏性好，可实现快速启、停和调节负荷由于没有汽包这个巨大的厚壁金属元件，因此超临界直由于没有汽包这个巨大的厚壁金属元件，因此超临界直流炉，可以不像汽包炉受壁温升率的限制，可实现快速启、流炉，可以不像汽包炉受壁温升率的限制，可实现快速启、停和更快速的调节负荷。停和更快速的调节负荷。n同时正是由于没有汽包，直流锅炉的蓄质和蓄热量小，蓄热能同时正是由于没有汽包，直流锅炉的蓄质和蓄热量小，蓄热能力仅为汽包炉的力仅为汽包炉的1/41/3。在变负荷过程中可以利用的蓄能较。在变负荷过程中可以利用的蓄能较少，因而机前压力波动较大少，因而机前压力波动较大特
27、别是在变负荷的起始阶段，由于蓄能较少，如过想要特别是在变负荷的起始阶段，由于蓄能较少，如过想要维持大的负荷变化率和较短的负荷响应时间，相对于汽包炉维持大的负荷变化率和较短的负荷响应时间，相对于汽包炉要困难。要困难。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 18王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制特点滑压运行四、超临界直流炉的控制特点滑压运行n现代超临界锅炉的重要特点是变压运行现代超临界锅炉的重要特点是变压运行现代超临界机组采用复合变压运行的方式，即在高负荷及低负荷
28、区，现代超临界机组采用复合变压运行的方式，即在高负荷及低负荷区，负荷调节采用改变汽轮机调节阀开度的方式，而蒸汽压力保持不变；在负荷调节采用改变汽轮机调节阀开度的方式，而蒸汽压力保持不变；在中间负荷范围，采用变压运行，用改变锅炉主蒸汽压力的方式调节负荷。中间负荷范围，采用变压运行，用改变锅炉主蒸汽压力的方式调节负荷。如上海石洞口二厂如上海石洞口二厂600MW机组滑压曲线机组滑压曲线如上海外高桥二厂如上海外高桥二厂900MW机组滑压曲线机组滑压曲线自然滑压曲线修正滑压曲线滑压运行较定压运行的相对效率要高滑压运行较定压运行的相对效率要高2大范围的滑压运行不仅对控制提出了更高大范围的滑压运行不仅对控制
29、提出了更高的要求，同时与电网对机组的具备快速负荷的要求，同时与电网对机组的具备快速负荷响应能力的要求构成了一对矛盾响应能力的要求构成了一对矛盾600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 19王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制特点主汽温度控制四、超临界直流炉的控制特点主汽温度控制n减温是临时手段，最终由合理的煤水比来控制主汽温度减温是临时手段，最终由合理的煤水比来控制主汽温度喷水减温实质上是调整工质流量在水冷壁和过热器之间分配比例，喷水减温实质上是调整工质流量在水冷
30、壁和过热器之间分配比例，减温水量一般占额定给水流量的减温水量一般占额定给水流量的1010，下图给出了不同的工质流量，下图给出了不同的工质流量分配比例对各区段工质温度的影响。减温水量的变化改变了进入省分配比例对各区段工质温度的影响。减温水量的变化改变了进入省煤器和水冷壁的给水量，这一区段的热量煤器和水冷壁的给水量，这一区段的热量/水量比值随之改变，因水量比值随之改变，因而区段内工质温度发生了相应变化。但无论减温水有多大的变化，而区段内工质温度发生了相应变化。但无论减温水有多大的变化，如总给水流量未改变，即燃水比未改变，稳态时锅炉出口过热汽温如总给水流量未改变，即燃水比未改变，稳态时锅炉出口过热汽
31、温亦不变，减温水只能改变瞬态的过热汽温。显然最终的主汽温度的亦不变，减温水只能改变瞬态的过热汽温。显然最终的主汽温度的控制还需要燃烧比来控制。控制还需要燃烧比来控制。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 20王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制特点非线性耦合系统四、超临界直流炉的控制特点非线性耦合系统n强烈的非线性是超临界机组又一主要特征强烈的非线性是超临界机组又一主要特征超临界机组采用超临界参数的蒸汽超临界机组采用超临界参数的蒸汽,其机组的运行方式其机组的运
32、行方式采用滑参数运行，机组在大范围的变负荷运行中，压力采用滑参数运行，机组在大范围的变负荷运行中，压力运行运行10MPa10MPa25MPa.25MPa.之间。超临界机组实际运行在超临之间。超临界机组实际运行在超临界和亚临界两种工况下，在亚临界运行工况给水具有加界和亚临界两种工况下，在亚临界运行工况给水具有加热段、蒸发段与过热段三大部分，在超临界运行工况汽热段、蒸发段与过热段三大部分，在超临界运行工况汽水的密度相同，水在瞬间转化为蒸汽，因此在超临界运水的密度相同，水在瞬间转化为蒸汽，因此在超临界运行方式和亚临界运行方式机组具有完全不同的控制特性，行方式和亚临界运行方式机组具有完全不同的控制特性
33、，是复杂多变的被控对象。是复杂多变的被控对象。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 21王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制特点非线性耦合系统四、超临界直流炉的控制特点非线性耦合系统超临界机组是被控特性复杂多变的对象，随着机组负荷超临界机组是被控特性复杂多变的对象，随着机组负荷的变化，机组的动态特的变化，机组的动态特性参数亦随之大幅度变化。如燃性参数亦随之大幅度变化。如燃水比调节的温度对象，在负荷变化水比调节的温度对象，在负荷变化50-100%范围内，增范围内
34、，增益变化达益变化达56倍，时间常数的变化也有倍，时间常数的变化也有3倍左右。倍左右。n超临界机组控制中机、炉之间存在严重的非线性耦合。直流超临界机组控制中机、炉之间存在严重的非线性耦合。直流锅炉在直流运行状态汽水之间没有一个明确的分界点锅炉在直流运行状态汽水之间没有一个明确的分界点 ，在流，在流程中每一段的长度都受到燃料、给水、汽机调门开度的扰动程中每一段的长度都受到燃料、给水、汽机调门开度的扰动而变化，从而导致了功率、压力、温度的变化，而变化，从而导致了功率、压力、温度的变化，直流锅炉是直流锅炉是一个一个三输入三输入/三输出相互耦合关联极强的被控对象三输出相互耦合关联极强的被控对象；600
35、MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 22王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制策略四、超临界直流炉的控制策略压力控制压力控制n压力控制是直流锅炉控制系统的关键环节压力控制是直流锅炉控制系统的关键环节压力的变化对机组的外特性来说将影响机组的负荷，压力的变化对机组的外特性来说将影响机组的负荷，对内特性来说将影响锅炉的温度。因为直流炉蓄热较小，对内特性来说将影响锅炉的温度。因为直流炉蓄热较小，调门变化时引起的负荷变化较小，而且压力变化较大，对调门变化时引起的负荷变化较小，
36、而且压力变化较大，对机组的负面影响较大机组的负面影响较大，所以国外的资料中更推荐在超临界，所以国外的资料中更推荐在超临界机组中采用机跟炉为基础的协调方式，协调锅炉与汽机的机组中采用机跟炉为基础的协调方式，协调锅炉与汽机的控制。但是在该方案的设计中应该充分考虑利用锅炉的储控制。但是在该方案的设计中应该充分考虑利用锅炉的储能加快机组对负荷的响应。能加快机组对负荷的响应。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 23王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制策略四、超临界直流
37、炉的控制策略温度控制温度控制n在超临界机组中要保证主蒸汽温度的稳定，对机组的长期安全、在超临界机组中要保证主蒸汽温度的稳定，对机组的长期安全、稳定运行尤为重要。稳定运行尤为重要。必须要控制汽水流程，控制蒸发点。一般通过必须要控制汽水流程，控制蒸发点。一般通过控制煤水比控制煤水比来粗调主蒸汽温度，通过过热喷水减温来细调主蒸汽温度。来粗调主蒸汽温度，通过过热喷水减温来细调主蒸汽温度。理论和实践证明要保证直流锅炉汽温的调节性能，维持特定理论和实践证明要保证直流锅炉汽温的调节性能，维持特定的燃水比来控制汽水行程中某一点焓（分离器出焓）为负荷的燃水比来控制汽水行程中某一点焓（分离器出焓）为负荷的函数是切
38、实有效的手段。当给水量或燃料量扰动时，汽水的函数是切实有效的手段。当给水量或燃料量扰动时，汽水行程中各点工质焓值的动态特性相似；在锅炉的燃水比保持行程中各点工质焓值的动态特性相似；在锅炉的燃水比保持不变时（稳定工况），汽水行程中某点工质的焓值保持不变，不变时（稳定工况），汽水行程中某点工质的焓值保持不变，对于滑压运行锅炉，故采用微过热蒸汽焓替代该点温度作为对于滑压运行锅炉，故采用微过热蒸汽焓替代该点温度作为燃水比校正信号。燃水比校正信号。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 24王玉山华北电科院热控
39、技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制策略四、超临界直流炉的控制策略n对于超临界直流锅炉来说，压力控制固然重要，但是温度对于超临界直流锅炉来说，压力控制固然重要，但是温度控制更为关键，对于变压运行直流炉而言，可以允许压力控制更为关键，对于变压运行直流炉而言，可以允许压力在一定的范围内波动，但对温度波动的范围要比汽包炉要在一定的范围内波动，但对温度波动的范围要比汽包炉要严格。严格。根据根据锅锅炉厂提供的技炉厂提供的技术资术资料，超料，超临临界界锅锅炉的允炉的允许许波波动动压压力波力波动动范范围围：-1.01.0MPa温度波温度波动动范范围围：-55度度600MW超临界直流炉机组
40、控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 25王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制策略四、超临界直流炉的控制策略给水控制给水控制分离器出口焓（中间点焓）值对燃水比失配的反应快，分离器出口焓（中间点焓）值对燃水比失配的反应快，系统校正迅速；系统校正迅速；焓值代表了过热蒸汽的作功能力，随工况改变焓给定值不焓值代表了过热蒸汽的作功能力，随工况改变焓给定值不但有利于负荷控制，而且也能实现过热汽温（粗）调正。但有利于负荷控制，而且也能实现过热汽温（粗）调正。焓值物理概念明确，用焓值物理概念明确，用焓
41、增焓增来分析各受热面的吸热分布来分析各受热面的吸热分布更为科学。它不仅受温度变化影响，还受压力变化影响，更为科学。它不仅受温度变化影响，还受压力变化影响，在低负荷压力升高时（分离器出口温度有可能进入饱和区）在低负荷压力升高时（分离器出口温度有可能进入饱和区），焓值的明显变化有助于判断，进而能及时采取相应措施。，焓值的明显变化有助于判断，进而能及时采取相应措施。因此，静态和动态燃水比值及随负荷变化的焓值校正是因此，静态和动态燃水比值及随负荷变化的焓值校正是超临界直流锅炉给水系统的主要控制特征。超临界直流锅炉给水系统的主要控制特征。采用晗值控制的优点：采用晗值控制的优点：600MW超临界直流炉机组
42、控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 26王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制策略四、超临界直流炉的控制策略但在目前国内超临界机组的实际使用中，采用焓值控制但在目前国内超临界机组的实际使用中，采用焓值控制的不多，大唐三门峡，浙江兰溪，上海外高桥等电厂采的不多，大唐三门峡，浙江兰溪，上海外高桥等电厂采用焓值控制大部分电厂仍采用中间点温度控制用焓值控制大部分电厂仍采用中间点温度控制大部分电厂仍采用中间点温度控制而不采用焓值控制的大部分电厂仍采用中间点温度控制而不采用焓值控制的原因有：原因有
43、：所采用的控制系统无法进行焓值的实时和精确计算所采用的控制系统无法进行焓值的实时和精确计算用中间点温度作为被控量，比较简单明了，运行人员用中间点温度作为被控量，比较简单明了，运行人员容易掌握和操作。容易掌握和操作。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 27王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所四、超临界直流炉的控制策略四、超临界直流炉的控制策略n在超临界直流炉在超临界直流炉RB逻辑设计中需要充分考虑分离器出口温逻辑设计中需要充分考虑分离器出口温度，即必须考虑在事故工况下有合适的煤水比
44、。度，即必须考虑在事故工况下有合适的煤水比。n由于超临界直流炉的由于超临界直流炉的强非线性强非线性，常规的控制策略难以达到，常规的控制策略难以达到良好的控制效果。因此需要大量采用良好的控制效果。因此需要大量采用变参数变参数PID，变结构控变结构控制策略制策略，以保证在各个负荷点上控制系统具有良好的效果，以保证在各个负荷点上控制系统具有良好的效果n注意微注意微过热过热点点焓值对焓值对燃料率和燃料率和给给水量的响水量的响应较应较慢，响慢，响应时应时间间达达24分分钟钟。由于燃。由于燃烧对烧对温度的温度的动态动态响响应应要比要比给给水水对对温温度的度的动态动态响响应应慢的多，因此控制方案慢的多，因此
45、控制方案设计设计中要考中要考虑虑煤水控煤水控制参数的制参数的动态补偿动态补偿。600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 28王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所五、引进英国巴威技术超临界机组控制现状五、引进英国巴威技术超临界机组控制现状 大唐国际乌沙山发电厂大唐国际乌沙山发电厂4600MW4600MW机组，机组，DCSDCS为为福克斯波福克斯波罗罗公司的公司的 IA IA seriseserise系系统统，控制，控制逻辑为逻辑为我所我所设计设计、组态组态 大唐国大唐国际际宁德宁德发电发
46、电厂厂2600MW2600MW机机组组，DCSDCS采用西屋公司的采用西屋公司的OvationOvation控制控制 系系统统,控制控制逻辑为逻辑为我所我所设计设计、组态组态 大唐国大唐国际际潮州潮州发电发电厂厂2600MW2600MW机机组组，DCSDCS采用北京日立公司的采用北京日立公司的 HIACS-5000MHIACS-5000M控制系控制系统统,控制控制逻辑为逻辑为我所我所设计设计、组态组态 江江苏苏利港利港发电发电厂厂2600MW2600MW机机组组，DCSDCS采用西屋公司的采用西屋公司的OvationOvation控制系控制系统统,控制控制逻辑为逻辑为智深公司智深公司设计设计、
47、组态组态 中国大唐三中国大唐三门门峡峡发电发电厂厂2600MW2600MW机机组组，DCSDCS采用北京日立公司的采用北京日立公司的 HIACS-5000MHIACS-5000M控制系控制系统统，我院分公司，我院分公司调试调试n 华华北北电电科院科院热热控所控所20062006年相年相继继完成了完成了1 12 2台台600MW600MW超超临临界界 直流炉机直流炉机组组的的调试调试600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 29王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所五、引进英国巴威技术超临
48、界机组控制现状五、引进英国巴威技术超临界机组控制现状600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 30王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所n 我所设计的我所设计的大唐国大唐国际际南方三个南方三个电电厂厂600MW600MW超超临临界机界机组协调组协调控制系控制系统统主要主要 包括机主控（包括机主控（TMTM）、炉主控（）、炉主控（TMTM）、）、负负荷指令荷指令设设定、定、压压力力设设定、定、协调协调 方式切方式切换换、辅辅机故障减机故障减负负荷（荷（RUNBACKRUNBACK）、）、频
49、频率校正等功能回路。率校正等功能回路。图图1 1600MW600MW超临界机组协调控制系统示意图超临界机组协调控制系统示意图五、引进英国巴威技术超临界机组控制现状五、引进英国巴威技术超临界机组控制现状-协调系统协调系统600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 31王玉山华北电科院热控技术研究所华北电科院热控技术研究所n负荷设定回路接受运行人员手动设定的目标负荷或中调自负荷设定回路接受运行人员手动设定的目标负荷或中调自动发电（动发电（AGC）指令，经速率限制，负荷上、下限限制和）指令，经速率限制，负荷上、
50、下限限制和负荷指令闭锁增、减运算后分别送往机、炉主控等回路；负荷指令闭锁增、减运算后分别送往机、炉主控等回路；频率校正回路把频差信号转换为负荷偏差信号，叠加到负频率校正回路把频差信号转换为负荷偏差信号，叠加到负荷指令上；压力设定回路提供定压荷指令上；压力设定回路提供定压/滑压两种机前压力设定滑压两种机前压力设定值，滑压设定值为负荷的函数。值，滑压设定值为负荷的函数。五、引进英国巴威技术超临界机组控制现状五、引进英国巴威技术超临界机组控制现状600MW超临界直流炉机组控制特性分析超临界直流炉机组控制特性分析PowerGenerationl ITPowerSolutions 32王玉山华北电科院热