1、龙泉金亨 660MW 超临界机组 MCS 控制策略GE 新华控制工程有限公司 1龙泉金亨 2660MW 超临界机组MCS 系统逻辑设计说明设计：校对：审核：批准：新华控制工程有限公司2012 年 3 月 18 日龙泉金亨 660MW 超临界机组 MCS 控制策略GE 新华控制工程有限公司 2660MW 超超临界机组控制方案说明1超超临界机组模拟量控制系统的控制要求 超临界机组相对于亚临界汽包炉机组，有两点最重要的差别：一是参数提高，由亚临界提高至超临界；二是由汽包炉变为直流炉。正是由于这种差别，使得超临界机组对其控制系统在功能上带来许多特殊要求。也正是由于超临界机组与亚临界汽包炉机组这两个控制
2、对象在本质上的差异，导致各自相对应的控制系统在控制策略上的考虑也存在差别。这种差别在模拟量控制系统中表现较为突出。此处谨将其重点部分做一概述。1.1 超临界锅炉的控制特点 (1)超临界锅炉的给水控制、燃烧控制和汽温控制不象汽包锅炉那样相对独立，而是密切关联。(2)当负荷要求改变时，应使给水量和燃烧率（包括燃料、送风、引风）同时协调变化，以适应负荷的需要，而又应使汽温基本上维持不变；当负荷要求不变时，应保持给水量和燃烧率相对稳定，以稳定负荷和汽温。（3）湿态工况下的给水控制分离器水位控制，疏水。（4）干态工况下的给水控制-用中间点焓对燃水比进行修正，同时对过热汽温进行粗调。（5）汽温控制采用类似
3、汽包锅炉结构，但应为燃水比+喷水的控制原理，给水对汽温的影响大；给水流量和燃烧率保持不变，汽温就基本上保持不变。1.2 超临界锅炉的控制重点超临界机组由于水变成过热蒸汽是一次完成的，锅炉的蒸发量不仅决定于燃料量，同时也决定于给水流量。因此，超临界机组的负荷控制是与给水控制和燃料量控制密切相关的；而维持燃水比又是保证过热汽温的基本手段；因此保持燃/水比是超临界机组的控制重点。本公司采用以下措施来保持燃/水比：（1） 微过热蒸汽焓值修正龙泉金亨 660MW 超临界机组 MCS 控制策略GE 新华控制工程有限公司 3对于超临界直流炉，给水控制的主要目的是保证燃/水比，同时实现过热汽温的粗调，用分离器
4、出口微过热蒸汽焓对燃/水比进行修正，控制给水流量可以有效对过热汽温进行粗调。(2) 中间点温度本工程采用中间点温度（即分离器出口温度）对微过热蒸汽焓定值进行修正。当中间点温度过高，微过热蒸汽焓定值立即切到最低焓，快速修改燃/水比、增加给水量。当中间点温度低与过热度，表明分离器处于湿态运行，此时焓值修整切为手动。(3) 喷/水比（过热器喷水与总给水流量比）在超临界机组如果喷/水比过大（或过小），即流过水冷壁的给水量过小（或过大），用喷/水比修正微过热蒸汽焓定值（即修正燃/水比），改变给水流量，使过热减温喷水处于良好的控制范围内。(4) 燃水指令的交叉限制回路本工程给水最小流量限制、燃/水交叉限制
5、，主要目的是在各种工况下防止燃料与给水比的失调。燃料指令由锅炉指令加变负荷超调量前馈，经给水指令增、减闭锁限制（中间点温度正常范围内）；给水指令经燃料指令增、减闭锁限制（中间点温度正常范围内）。（5）高加解列超调前馈高加解列，给水温度偏低，通过超调前馈快速减少给水量（超调量与负荷成比例关系），以确保燃/水比调整使过热汽温在正常范围内。注：高加解列超调量只受最小流量限制，不受其他条件影响。1.3 超临界锅炉的给水控制超临界锅炉给水控制要完成了多重控制任务：控制燃/水比、实现过热汽温的粗调、满足负荷的响应。1）给水指令组成给水指令由燃料指令经 f(x)对应的总给水量减去过热器喷水量、通过燃/水比修
6、正，加变负荷超调量前馈，经燃料指令增、减闭锁限制（中间点温度正常范围内），加高加解列前馈。具体分析如下：龙泉金亨 660MW 超临界机组 MCS 控制策略GE 新华控制工程有限公司 4（1） 给水指令的前馈给水指令的前馈包括：静态前馈和动态前馈二部分组成。静态前馈这是给水指令的主导部分，由燃料指令折算出锅炉需要的给水总量，扣除减温水量后，作为直流炉的给水指令，通过这部分的静态前馈，基本保证了燃/水之比。由于燃料、给水对过热汽温反应存在时差，因此给水指令要经惯性环节延迟。 变负荷超调量动态前馈变负荷超过 1.5%(9MW)时对燃料、给水指令超调前馈，主要是为了提高机组的负荷响应速度。 高加解列超
7、调前馈高加解列，给水温度偏低，通过超调前馈快速减少给水量（超调量与负荷成比例关系），以确保燃/水比调整使过热汽温在正常范围内。（2） 给水指令的反馈修正静态前馈部分基本上确定了燃料与给水流量之间的关系，在实际运行中，这一关系还应根据实际情况作必要的修正，使分离器出口焓维持在定值附近。反馈修正的思路为：当过分离器出口焓大于设定值时，适当逐步加大给水指令；反之，则减少给水指令。焓定值的确定可分为二种情况，一种是正常情况下焓定值的确定；另一种是当分离器出口超温时的焓定值计算。 正常情况下分离器出口焓定值的计算在正常情况下，分离器出口焓定值由二部分组成：一是基准的焓设定值；二是由实际运行情况确定的定值
8、修改量。a基准的焓设定值基准的焓设定值是分离器出口压力的函数，f(x) 代表了不同负荷对分离器出口蒸汽保证一定的过热度的控制要求。b. 焓设定值的修正龙泉金亨 660MW 超临界机组 MCS 控制策略GE 新华控制工程有限公司 5焓控设定值修正是指根据分离器出口温度或喷/水比在一定范围内修正焓控设定值。当分离器出口温度大于定值 3（初设），经过焓设定积分器将焓设定值适当减少，相应增加给水流量指令；反之相反。用喷/水比（过热器喷水量/总给水量比值）对焓控定值进行修正，其因是直流锅炉的给水流量控制与减温水总量的控制之间存在着必然的联系，比如当过热喷水量大，就说明前面的水冷壁的给水流量偏小，即可以通
9、过减小焓控定值，增加给水流量而使过热喷水恢复到原来的值。注：焓定值修正范围：中间点温度过热度在超过热、欠过热范围内，即焓控设定值必须保证在 Hmax 和 Hmin 之间。 分离器出口超温时的焓定值计算给水控制系统还必须实现防止水冷壁管出口温度的越限，当分离器出口温度偏差大于 3时，按上节方法减小焓设定值；当分离器出口温度大于限值（超过热）时，控制回路将焓设定值迅速切至最低限 Hmin，从而快速增加给水流量，防止水冷壁出口温度进一步上升；当水冷壁出口温度超过其对应负荷下的温度保护定值，则发生 MFT，这是直流锅炉为防止水冷壁管超温而设置的一个重要保护。2）湿态运行方式（1）当分离器出口温度低于欠
10、热度（分离器出口压力函数），即为湿态方式。（2）湿态方式燃/水比切手动，用上述给水指令与给水流量的偏差的 PI 调节控制给水调门或电动给水泵。（3）锅炉处于非直流运行方式，焓控制器处于跟踪状态，给水控制保持 32% BMCR 流量指令，由于分离器处于湿态运行, 通过液控阀10HAG41AA101、10HAG42AA101)进锅炉排污扩容器，在暖管阶段通过调阀10HAG70AA101 进入一级减温，给水系统处于循环工作方式。在机组负荷大于32%BMCR 后，锅炉逐步进入直流运行状态 ，焓控制器开始工作。3）干态运行方式用给水指令与给水流量的偏差的 PI 调节控制用电泵或汽泵转速，即控制给水量。干
11、态方式用分离器出口焓对燃/水比进行修正。4）RB 给水指令龙泉金亨 660MW 超临界机组 MCS 控制策略GE 新华控制工程有限公司 6RB 时经燃料指令折算的给水指令缩短延迟时间，60 秒后用过热器入口焓对燃/水比进行修正（在 RB 过程，喷/水比不参与），确保过热汽温在可控范围内。5）给水控制方式给水控制系统采用二台 50%汽泵、一台 30%电泵、主给水旁路调门。给水控制系统通过对泵速和阀门的配合控制来给水量。为适应机组的各种运行方式，设计多回路变结构控制系统。机组在启动和低负荷（小于 30%额定负荷）时，由一台电泵向锅炉供水。这时给水调节系统按单电泵工作方式。当锅炉给水量较小时，用出口
12、旁路阀调节给水量。当旁路开度达 90%时，应改为电泵或汽泵转速控制。当负荷大于 30%，当主给水电动门打开，旁阀超驰以一定速率关闭。正常工况二台汽泵运行，主给水电动门打开，控制汽泵转速来调节负荷。给水控制系统属单回路控制，转速控制一拖三，不采用平衡算法，原因是给水回路是快速跟随系统。控制系统变参数由控制内部变结构完成，分单电泵、单汽泵、双汽泵、混泵控制方式。正常工况电泵处于后备“自并”状态。1.4 改善超临界机组协调控制调节品质为了提高机组负荷响应的能力，主要方法为： 采用机组指令并行前馈到机、炉主控，即要充分利用机组的蓄热，也要提速燃烧指令； 加快锅炉侧的快速响应尤其是燃水的快速响应，对给水
13、和给煤应有合理的、经智能化处理的超调量，加快整个机组的动态响应速度。1.4.1 变负荷时，燃水指令的超调当增负荷幅度 9MW，同时机组实际负荷指令变化率大于 0.2MW/min（这是二次确认，即非 AGC 工况按下GO。），启动增负荷超调指令。 超调持续时间的判断逻辑当增负荷幅度差值PS；5）引风控制减闭锁；6）送风控制减闭锁；7）一次风控制减闭锁。2.1.3.2 迫升/迫降（Run Up/Run Down）指令迫升/迫降作为 CCS 的一种安全保护，具备按实际可能自动修正机组指令功能。迫升/迫降主要作用是对有关运行参数（燃料量、送风量、给水流量、一次风压）的偏差大小和方向进行监视，如果它们超
14、越限值，而且相应的指令已达极限位置，龙泉金亨 660MW 超临界机组 MCS 控制策略GE 新华控制工程有限公司 10不再有调节余地，则根据偏差方向，对实际负荷指令实施迫升/迫降，迫使偏差回到允许范围内，从而达到缩小故障危害的目的。2.1.3.2.1 迫升1）机组指令减闭锁；2）下列任一条件成立：（1）机前压力高于定值 3%；（以下数值暂定）（2）风量指令小于总风量 5%；（3）给水指令小于给水流量 5%；（4）一次风压高于设定值 1KPa。2.1.3.2.2 迫降1）机组指令增闭锁；2）下列任一条件成立：（1）机前压力低于定值 3%；（以下数值暂定）（2）风量指令大于总风量 5%；（3）给水
15、指令大于给水流量 5%；（4）一次风压低于设定值 1KPa。2.1.3.3 辅机故障快速减负荷（Runback）机组主要辅机在运行中跳闸是突发事件，此时若仅靠运行人员操作，由于操作量大、人为因素多，不能确保机组安全运行。因此 RB 功能是否完善是衡量 CCS 系统设计重要指标。本公司根据多年 RB 功能设计与工程实践，提出“以静制动、综合协调”的 RB控制策略，在众多电厂得到成功实施，并取得良好的经济效益和社会效益。 以静制动指发生 RB 工况时，BMS 按要求切除多于燃料，CCS 根据 RB 目标值计算出所需的燃料量后，锅炉主控处于静止状态。综合协调指发生 RB 工况时，协调各子系统以确保运行工况的平衡过渡，汽机主控维持负荷与机前压力关系。在快速减负荷的同时要对某一辅机跳闸引起的运行工况扰动进行抑制，即采用适当的前馈量，以减小 RB 工况初期影响机组运行
