【正文】 。論文從選題到定稿，無不凝聚著導(dǎo)師的辛勤付出，他淵博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)給我以深深的感染，使學(xué)生終生受益。由于時(shí)間倉促，以及本人才學(xué)疏淺，文中難免有錯(cuò)誤和遺漏之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。600MW 超臨界直流鍋爐以其啟停速度快、負(fù)荷變化快的特點(diǎn)將逐漸成為我國今后發(fā)展的調(diào)峰主力機(jī)組，對(duì)該機(jī)型的運(yùn)行特性應(yīng)更深入的了解，在實(shí)際運(yùn)行中更為合理和精確的控制機(jī)組運(yùn)行。超臨界機(jī)組是復(fù)雜多變的控制對(duì)象，協(xié)調(diào)、給水、汽溫等各個(gè)系統(tǒng)交叉相聯(lián)，隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)亦隨之大幅度變化，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)從全局出發(fā)，統(tǒng)籌考慮。同時(shí)針對(duì)目前國內(nèi)普遍在用的 600MW 超臨界直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。超臨界直流鍋爐具有發(fā)電效率高、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是中國未來大型鍋爐的發(fā)展趨勢，深入研究并掌握其動(dòng)態(tài)特性是十分重要的。超臨界機(jī)組是復(fù)雜多變的控制對(duì)象，協(xié)調(diào)、給水、汽溫等各個(gè)系統(tǒng)交叉相聯(lián)，隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)亦隨之大幅度變化，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)從全局出發(fā)，統(tǒng)籌考慮。為防止高、低容量溢流閥在特定情況下不必要的開啟，設(shè)置了限制流量的方式。為避免儲(chǔ)水箱壓力高時(shí)引起同樣開度下排水量的增加，引入儲(chǔ)水箱壓力對(duì)開度定值進(jìn)行修正，使在高壓力下閥門開度相應(yīng)的減少，并且加入了動(dòng)態(tài)濾波環(huán)節(jié)來保證信號(hào)的抗擾性。在循環(huán)泵和再循環(huán)閥正常工作但不能達(dá)到儲(chǔ)水箱水位控制的要求時(shí)，就由溢流閥的自動(dòng)和聯(lián)鎖功能來完成。在負(fù)荷非常低時(shí)，水沒有被蒸發(fā)而全部進(jìn)入儲(chǔ)水箱，然后利用一臺(tái)循環(huán)泵把水打回到省煤器入口。 高、低容量溢流閥調(diào)節(jié)說明如圖 39 儲(chǔ)水箱水位控制一及如圖 310 儲(chǔ)水箱水位控制二所示。隨著負(fù)荷的增加再循環(huán)閥開度會(huì)逐漸減小這樣就使再循環(huán)閥逐漸關(guān)閉，最終當(dāng)給水量超過最低給水量時(shí)，應(yīng)完全關(guān)閉。 儲(chǔ)水箱水位控制說明 再循環(huán)閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)說明如圖 314 汽動(dòng)給水泵再循環(huán)閥控制和圖 316 電泵再循環(huán)閥控制所示。在設(shè)計(jì)壓力下差壓—水位關(guān)系確定，即測量值是準(zhǔn)確的。33圖 39 儲(chǔ)水箱水位控制一34圖 310 儲(chǔ)水箱水位控制二35圖 311 儲(chǔ)水箱水位修正36圖 312 儲(chǔ)水箱水位控制邏輯圖37圖 313 循環(huán)泵出口流量38圖 314 汽動(dòng)給水泵再循環(huán)閥控制39圖 315 汽動(dòng)給水泵再循環(huán)閥控制邏輯40圖 316 電泵再循環(huán)閥控制41圖 317 汽動(dòng)給水泵再循環(huán)閥控制邏輯42 儲(chǔ)水箱水位補(bǔ)償說明如圖 311 儲(chǔ)水箱水位修正所示。 600MW超臨界機(jī)組的儲(chǔ)水箱水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制方案在超臨界機(jī)組中，沒有汽包這樣的中間儲(chǔ)水箱水位采用三選中標(biāo)準(zhǔn)邏輯，啟動(dòng)再循環(huán)流量采用二選均標(biāo)準(zhǔn)邏輯。當(dāng) A、B 汽泵均手動(dòng)時(shí)，汽泵給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)手動(dòng)，調(diào)節(jié)器輸出跟蹤 A、 B 汽泵手操器輸出平均值。汽泵給水流量調(diào)節(jié)器的輸出分別送到 A、B 汽泵 M/A 站。 汽泵給水流量調(diào)節(jié)說明如圖 36 給水控制四及圖 38 給水控制邏輯二所示。35％給水調(diào)節(jié)閥水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)只用于上水和低負(fù)荷階段，此時(shí)電泵在最小轉(zhuǎn)速。 給水旁路閥水位輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理如圖 35 給水控制三及圖 37 給水控制邏輯一所示。電泵停且在備用狀態(tài)，電泵 M/A 站跟蹤電泵指令。給水流量定值形成后和省煤器入口流量信號(hào)比較作為電泵給水流量調(diào)節(jié) PID 的輸入，電泵給水流量調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)電泵勺管，來調(diào)節(jié)省煤器入口流量。如圖 37 給水控制邏輯一所示，當(dāng)如圖所示邏輯出現(xiàn)時(shí)，相應(yīng)的 PID 調(diào)節(jié)器切手動(dòng)。給水泵控制回路中設(shè)計(jì)有跟蹤，當(dāng)給水泵切手動(dòng)后給水泵手操器跟蹤給水泵位置反饋信號(hào)，當(dāng)再次投自動(dòng)時(shí)能保證無擾切換。當(dāng)噴水量與給水量的比例增加時(shí)，說明煤與水的比例中煤量增多，煤量的增多反應(yīng)最快的是分離器出口溫度。分離器出口溫度修正即中間點(diǎn)溫度修正，其作用是修正燃水比。在給水系統(tǒng)中，正常給水流量定值是通過給煤量和總?cè)剂狭繛榛A(chǔ)的函數(shù)作為基本的給水量需求信號(hào)。在蒸汽流量和燃料量和給水流量之間的任意一方出現(xiàn)配合不當(dāng)均會(huì)使鍋爐的蒸發(fā)點(diǎn)移動(dòng)。23圖 31 給水流量24圖 32 給水流量邏輯25圖 33 給水控制一26圖 34 給水控制二27圖 35 給水控制三28圖 36 給水控制四29圖 37 給水控制邏輯一30圖 38 給水控制邏輯二31 給水流量定值形成說明如圖 31 給水流量，圖 33 給水控制一和圖 34 給水控制二所示?？紤]實(shí)際工程設(shè)計(jì)中微過熱溫度定值設(shè)計(jì)與機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況的偏差，特引入一減前后溫差控制器，以22保證減溫水量和給水量的比例。鍋爐轉(zhuǎn)直流運(yùn)行穩(wěn)定后，給水控制系統(tǒng)根據(jù)鍋爐主指令和燃水比計(jì)算出給水流量定值，它代表不同負(fù)荷下對(duì)給水流量的要求；微過熱溫度(中間點(diǎn)溫度)控制器輸出給水流量校正系數(shù)(～)及時(shí)微調(diào)給水流量，最后給水控制器通過兩汽泵轉(zhuǎn)速控制和電泵勺管控制省煤器入口流量，最終保證中間點(diǎn)溫度具有一定的過熱度，且在允許范圍內(nèi)變化。由于該點(diǎn)位于整個(gè)汽水流程的前部，因此該點(diǎn)焓值(溫度)對(duì)燃水比失調(diào)的反應(yīng)快，慣性和遲延時(shí)間均較小。一般通過控制燃水比來粗調(diào)主蒸汽溫度，通過過熱減溫水來細(xì)調(diào)主蒸汽溫度。鍋爐濕態(tài)運(yùn)行時(shí)，電泵勺管控制給水旁路調(diào)門前后差壓，給水旁路調(diào)門控制省煤器入口流量為鍋爐額定蒸發(fā)量的 35%，約為 670t/h[16]。在 6700mm 和 7650mm 之間，小溢流閥逐步開啟，在 7450mm 和 8160mm 之間大溢流閥開啟。圖 31 溢流閥運(yùn)行控制啟動(dòng)初期，汽水膨脹將使水位升高到 6400mm 以上。大小溢流閥控制范圍之間有一個(gè)重疊控制區(qū)。21在啟動(dòng)升壓和低負(fù)荷運(yùn)行期間，由于水的膨脹，水位會(huì)升高到超出泵控制范圍之外，開啟小溢流閥及其隔離閥以降低水位。循環(huán)泵在 45%BMCR 負(fù)荷下自動(dòng)停運(yùn)或在貯水箱低水位下跳閘，貯水箱水位由水位控制切換到限制流量模式下運(yùn)行。當(dāng)負(fù)荷增加到本生負(fù)荷時(shí)，貯水箱水位降到最低，循環(huán)泵控制閥關(guān)閉，當(dāng)循環(huán)流量降低到約 20%泵的設(shè)計(jì)流量時(shí)，最小流量截止閥開啟，泵在最小流量下運(yùn)行。當(dāng)蒸發(fā)開始后，水冷壁中的汽水混合物在分離器中分離，飽和蒸汽進(jìn)入過熱器，飽和水返回到貯水箱。在開始蒸發(fā)時(shí)，通過增加給水量和減少循環(huán)流量來維持水冷壁 30%BMCR 的流量。在啟動(dòng)和低于本生負(fù)荷(30%BMCR)運(yùn)行時(shí)，省煤器和水冷壁必須維持 30%BMCR 的最小通流量，以保證水冷壁在任何時(shí)候都能得到足夠的冷卻。在給水流量定值形成回路中設(shè)計(jì)有跟蹤回路，給水泵全手動(dòng)時(shí)該定值將跟蹤省煤器入口流量。當(dāng)噴水量與給水量的比例增加時(shí)，說明煤與水的比例中煤量增多，煤量的增多反應(yīng)最快的是分離器出口溫度。分離器出口溫度修正即中間點(diǎn)溫度修正，其作用是修正燃水比。在給水系統(tǒng)中，正常給水流量定值是通過給煤量和總?cè)剂狭繛榛A(chǔ)的函數(shù)作為基本的給水量需求信號(hào)。在蒸汽流量和燃料量和給水流量之間的任意一方出現(xiàn)配合不當(dāng)均會(huì)使鍋爐的蒸發(fā)點(diǎn)移動(dòng)。溫差調(diào)節(jié)器的目的是使減溫水量在不同的負(fù)荷點(diǎn)時(shí)工作在適當(dāng)?shù)奈恢?，提高燃燒?jīng)濟(jì)性，但校正作用相對(duì)緩慢。20(3)減溫噴水量與給水量的協(xié)調(diào):直流爐在干態(tài)運(yùn)行時(shí)，水汽轉(zhuǎn)換一次完成，穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)給水量(包含減溫水流量)等于蒸發(fā)量。同樣，微過熱溫度設(shè)定值加以一階慣性環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)修正，使其與實(shí)際的物理過程相匹配。三階慣性環(huán)節(jié)的作用是使快速的給水流量變化與慢速的燃燒過程相適應(yīng)，保證負(fù)荷動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程的匹配。 給水控制系統(tǒng)的指令在機(jī)組燃燒率低于 35%BMCR，鍋爐處于非直流運(yùn)行方式，給水控制保持 35% BMCR 流量指令，通過大小溢流閥及鍋爐再循環(huán)閥控制分離器水位；當(dāng)鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行階段，分離器處于干態(tài)運(yùn)行，成為(過熱)蒸汽通道，此時(shí)給水控制任務(wù)不僅是應(yīng)負(fù)荷需求調(diào)整省煤器入口流量，還要調(diào)整微過熱汽溫達(dá)到期望的設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)過熱主汽溫的粗調(diào)。給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要包括：鍋爐主給水流量補(bǔ)償、鍋爐主給水流量設(shè)定值、鍋爐儲(chǔ)水箱水位控制、電泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路、A 和 B 汽泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路、給水旁路閥調(diào)節(jié)回路等。給水管路上配有一臺(tái) 30%容量的給水旁路調(diào)節(jié)閥和一臺(tái) 100%容量的電動(dòng)截止閥。鍋爐給水系統(tǒng)均配置了 1 臺(tái)電動(dòng)給水泵型號(hào)為：MDG346，由沈陽水泵股份有限公司 三菱重工業(yè)公司生產(chǎn)。本電廠選用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司與三井巴布科克（MB）公司合作設(shè)計(jì)、制造的超臨界本生（Benson）直流鍋爐，型號(hào)：HG1900/；機(jī)組汽輪機(jī)型號(hào)：CLN600，是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司制造，機(jī)組采用合作制造方式，與三菱公司一起改進(jìn)設(shè)計(jì)。介紹了幾種常見的超臨界鍋爐給水方案。需要指出的是，不同磨煤機(jī)組合焓值偏18置不同?！≈虚g點(diǎn)焓值定值的產(chǎn)生中間點(diǎn)焓值定值是實(shí)際負(fù)荷的函數(shù)。圖中，爐膛吸熱量目標(biāo)值為給水流量目標(biāo)值與焓增的乘積；這個(gè)目標(biāo)值經(jīng)過鍋爐金屬儲(chǔ)能的瞬態(tài)修正(鍋爐金屬能是基于爐膛出口飽和溫度的變化率)，再除以來自焓值控制器的爐膛焓增需求值，就得出了實(shí)際的爐膛給水流量需求值。不過，目前已經(jīng)研制成功的 DCS 有熱力學(xué)計(jì)算的模塊能夠直接根據(jù)輸入計(jì)算出焓值，可以克服這個(gè)缺點(diǎn) [19]。焓值是溫度和壓力的兩維函數(shù)，以前大多數(shù) DCS 都要利用函數(shù)模塊或者差值計(jì)算模塊來搭建焓值查詢表，由于蒸汽的過熱度越低，焓值壓力溫度間的非線性越強(qiáng)，要能夠查詢到從大約 25%負(fù)荷到滿負(fù)荷機(jī)組所有參數(shù)下的焓值，必需采用大量17的模塊才能實(shí)現(xiàn)，這樣就需要經(jīng)過很長時(shí)間的運(yùn)算周期才能查到當(dāng)前的焓值，當(dāng)負(fù)荷快速變化等工況導(dǎo)致溫度或者壓力的變化比較快時(shí)，這種查詢滯后的結(jié)果就會(huì)抵消焓值反映快的優(yōu)勢，最終導(dǎo)致主汽溫的較大幅度的變化。分離器出口溫度目標(biāo)值 F2(x)是鍋爐主控指令的函數(shù)，設(shè)置原則是保證分離器出口溫度有一定的過熱度 [14]。其控制系統(tǒng)簡化原理如圖 27 所示。它不僅受溫度變化影響，還受壓力變化影響，在低負(fù)荷壓力升高時(shí)(中間點(diǎn)溫度有可能進(jìn)入飽和區(qū))，焓值的明顯變化有助于判斷，進(jìn)而能及時(shí)采取相應(yīng)的措施。圖 26　工質(zhì)熱焓壓力溫度曲線中間點(diǎn)焓值除了對(duì)燃水比失調(diào)反映快系統(tǒng)校正迅速以外，焓值還代表了過熱蒸汽的作功能力，因此隨工況改變焓值的給定值不但有利于負(fù)荷控制，而且也能實(shí)現(xiàn)過熱汽溫粗調(diào)。當(dāng)中間點(diǎn)溫度低到接近飽和區(qū)，給水量的擾動(dòng)可引起明顯的焓值變化，但溫度變化卻很小。由水和蒸汽的熱力性質(zhì)可知，熱焓壓力溫度間存在如圖 26 的關(guān)系 [15]；可以看到，蒸汽的過熱度越低熱焓壓力溫度間關(guān)系的非線性度越強(qiáng)，特別是亞臨界壓力下飽和區(qū)附近，這種非線性度更強(qiáng)。當(dāng)然，在不同的負(fù)荷(壓力)下，由于飽和溫度的不同，“中間點(diǎn)溫度”的定值也是隨負(fù)荷變化的。而汽水分離器處的微過熱汽溫或微過熱蒸汽焓值對(duì)燃水比擾動(dòng)的響應(yīng)曲線是單調(diào)的，響應(yīng)較快并近似一階慣性環(huán)節(jié)，因此在直流鍋爐控制中得到廣泛的應(yīng)用。反映燃水比的信號(hào)有加熱段水溫、微過熱汽溫、微過熱蒸汽焓值、最大熱容區(qū)工質(zhì)密度；反映燃料熱量的信號(hào)有煙氣溫度、火焰輻射溫度、爐膛內(nèi)蒸發(fā)段管外壁溫度、微過熱區(qū)熱信號(hào)和鍋爐出口熱量信號(hào)等，據(jù)此組合可以構(gòu)成十余種燃水比控制系統(tǒng)。又由于鍋爐給水溫度是隨負(fù)荷的增加而升高的，故 ifw也隨之升高，機(jī)組定壓運(yùn)行時(shí)主蒸汽溫度和壓力為定值，即 ist為一定值，Q 和 η 可視為常數(shù)，因此燃水比通常隨著負(fù)荷的升高而減少。和亞臨界汽包鍋爐相比，超臨界鍋爐給水控制系統(tǒng)的主要任務(wù)不再是控制汽包的水位，而是保證給水量和燃料量的比例，滿足機(jī)組不同負(fù)荷下給水量的要