1、前言
    發展超臨界機組已成為我國電力行業的主要方向之一。大容量超臨界機組具有運行經濟性高、負荷適應性強的特點，是我國未來大型火電機組的發展方向。由于超臨界直流爐和汽包爐在結構上存在的差異，因此在運行特性和控制手段上有著較大的差別，下面將對超臨界機組啟動系統和控制方法進行討論，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機、秸稈壓塊機、秸稈顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
    超臨界參數鍋爐與亞臨界汽包鍋爐在自動控制方面有所不同，其原因是直流鍋爐與汽包鍋爐之間的差別。超臨界參數鍋爐是指過熱器出口主蒸汽壓力超過22. 129 MPa，理論上認為，在水的狀態參數達到臨界點時，水的汽化會在一瞬間完成，即在臨界點時飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區存在，也就是說二者的各項參數不再有區別。由于在臨界參數下汽水密度相-等，在超臨界壓力下無法維持自然循環，因此超臨界鍋爐必須是直流鍋爐。
2、超臨界機組的啟停過程
    機組啟動系統首先要建立啟動壓力和啟動流量，保證給水能連續通過省煤器和水冷壁，尤其要保證水冷壁能足夠冷卻和水動力的穩定性。同時，系統回收鍋爐啟動初期排出的熱水、汽水混合物、飽和蒸汽以及過熱度不足的過熱蒸汽，以實現工質和熱量的回收。
    根據啟動系統的形式．即分離器在正常運行時是參與系統工作還是解列于系統之外，可分為內置式分離器啟動系統和外置式分離啟動系統。
    外置式分離器只是在啟動初期投入運行，經過一定時間就從系統中切除，故又稱為啟動分離器。而內置式分離器不同，運行期間全程投用。下面就以某600 MW超臨界機組直流鍋爐為例，對其使用的內置式啟動分離器進行討論。
    該系統為不帶再循環泵的簡單疏水型啟動系統，鍋爐設有2只內置式啟動分離器（如圖1），并設有3只水位控制閥、3只電動閘閥以及直流負荷后的暖管系統等。
    對于直流爐來講，為了確保水冷壁在低負荷時的有效冷卻，通過水冷壁的流量不能小于某個值，即最低直流負荷。當機組啟動和停爐時，啟動系統投入使用，由于啟動系統要經歷不同的運行狀態，故必須采用不同的運行方式，且能平穩、自動地切換。
2.1機組由啟動水位控制到溫度控制的切換
    圖2表明，鍋爐啟動點火后，主要調節量為分離器水位控制，通過改變水位控制閥的開度來實現。負荷逐漸增加，一直到純直流鍋爐方式后切換到溫度自動控制方式：
    I階段：給水流量保持在某個最小常數值，燃燒率逐漸增加，隨之蒸汽產生量增加，回水量減小，在分離器入口濕蒸汽的焓值增加。
    在I階段末，分離器入口蒸汽干度達到1，飽和蒸汽流入分離器，此時沒有水可分離，回水閥關閉。
    Ⅱ階段：給水流量仍不變，燃燒率繼續增加，在分離器中的蒸汽慢慢地過熱。這時，控制作用完全停止。給水流量仍維持在最小值，實際溫度仍低于設計值，溫度控制還未起作用。所以，此時增加的燃燒率不是用來產生新的蒸汽，而是用來提高直流鍋爐運行方式所需的蒸汽蓄熱。
    在Ⅱ階段末，分離器中的蒸汽溫度達到設定值。
    Ⅲ階段：進一步增加燃燒率，使溫度超過設定值。汽溫信號通過選大器，溫度控制系統投入運行，開始增加給水流量，從而實現了由水位控制到溫度控制的切換。
2.2機組由停爐溫度控制到水位控制的切換
    圖3表明，負荷降低，鍋爐從純直流鍋爐方式切換到啟動運行方式，由溫度控制切換到水位控制的過程：
    I階段：鍋爐負荷指令同時減少燃燒率和給水流量，汽溫控制系統自動。
    在工階段末，給水流量達到最低直流負荷流量。
    Ⅱ階段：給水流量仍不變，燃燒率繼續減小，在分離器中的蒸汽過熱度降低，開始有水分離出。
    在Ⅱ階段末，蒸汽過熱度完全消失，流人分離器的蒸汽呈飽和狀態。
    Ⅲ階段：進一步減小燃燒率，給水流量不變，分離器人口蒸汽濕度增加，分離器中開始積水，水位控制開始動作，回水閥自動調節水位，從而實現了由溫度控制到水位控制的切換。
3、超臨界機組的控制特點
    超臨界機組是特性復雜多變的對象，隨著負荷的變化，機組的動態特性參數亦隨之大幅度變化。因此，超臨界機組有著特殊的控制特點和難點。
3.1直流鍋爐自動控制的主要任務
    基于直流鍋爐動態特點，直流鍋爐對于整個機組的控制任務是：保證鍋爐蒸汽的蒸發量隨時滿足汽輪機要求，滿足外部負荷要求。對于鍋爐本身的控制任務是：保證鍋爐本身蒸汽壓力和溫度的穩定，保證燃燒過程穩定和經濟性。直流鍋爐動態特性的特點，決定直流鍋爐穩定性的根本手段是使燃燒率和給水量成適當的比例，由此直流鍋爐的自動控制必須解決給水和燃料的關系，要統籌考慮。
    該直流機組協調控制系統的構成是以機跟爐為基礎的協調控制系統。由鍋爐控制負荷，而由汽機控制汽壓，燃料和給水在機組協調投入進行控制，相對于各系統單獨投入自動控制，更有利于鍋爐的安全穩定和控制精度。
3.2直流鍋爐的控制難點
3.2.1汽機和鍋爐之間的耦合
    從控制對象的角度看，直流爐可簡要看作為一個三輸入和三輸出的多變量被控對象，其中輸入變量為燃燒率、給水量、汽輪機調門開度，輸出為主汽壓力、主汽溫度、蒸汽流量（機組負荷）。任一輸入量的變化都會影響鍋爐的沿程和輸出，這樣使直流鍋爐與汽輪機的關系變得較復雜，各系統關聯密切，控制難度大。
3.2.1.1燃燒率擾動對直流鍋爐影響的分析
    燃燒率擾動是指燃燒量、送風量和引風量同時協調變化的一種擾動。在鍋爐給水量不變而燃燒率階躍增加后，經過短暫的遲延后，各個受熱面吸熱量迅速增加，使鍋爐蒸發量迅速增加，但由于鍋爐給水量未增加，蒸汽流量經過一定的峰值后逐漸減少，直至同鍋爐給水量相等。而過熱蒸汽的溫度經過一段的遲延迅速增加，最后的明顯偏差反映燃水比的變化。蒸汽壓力由于初始的蒸汽流量增加而上升，隨后同蒸汽流量的逐漸減少而下降。
3.2.1.2給水量擾動對直流鍋爐的影響
    在鍋爐燃燒率不變而鍋爐給水量階躍增加，由于水是不可壓縮的介質，所以給水流量的變化瞬間即可影響到加熱段各個受熱面內工質流量。但蒸汽是可壓縮的，給水流量對蒸發段和過熱段蒸汽流量的直接影響具有一定的遲延，由于鍋爐燃燒未增加，最終導致汽水溫度的下降。給水流量的擾動變化最終改變各受熱面的比例，過熱汽溫的穩態偏差反映出燃水比的變化。
3.2.1.3直流鍋爐的蓄熱能力和調門開度影響
    鍋爐負荷大于最低直流負荷時，轉入純直流運行工況后至額定負荷。此時汽水流程中沒有汽包、汽水分離器和爐內小循環，一次工質在給水泵壓力作用下一次經過鍋爐加熱、蒸發、過熱各段受熱面，由于無汽包、汽水分離器和較粗的下降管及聯箱，鍋爐蓄熱能力小。實際運行中鍋爐出口壓力受外界負荷擾動比較敏感，調門開啟后會立即引起機前壓力和鍋爐沿程壓力的變化，同時會引起蒸汽流量的變化和汽溫的變化。由于為保證鍋爐在超臨界狀態下運行，不允許鍋爐出口壓力有較大范圍地變化，這樣也決定了汽機控制的主要任務是控制機前壓力。
3.2.1.4汽輪機和鍋爐之間的非線性耦合
    由于采用超臨界參數必須采用直流鍋爐，主汽門開度一方面控制汽輪機功率，一方面也直接影響了鍋爐出口末端阻力特性，使之成為無自平衡能力的對象，機爐間表現出很強的非線性耦合。因此，在超臨界機組控制系統中，必須考慮到汽輪機采用功頻調節時鍋爐被控特性的變化，采取措施實時預估鍋爐改變負荷的能力，并以此來限制汽輪機調門的變化率。也就是說，由汽機調節系統來分擔鍋爐調節系統的部分任務。
3.2.2煤水控制參數的動態補償
    在直流鍋爐中．給水變成過熱蒸汽是一次完成的。當給水量和燃燒率的比例改變時，鍋爐中的加熱段、蒸發段和過熱段將隨之改變。當燃燒率增加時，加熱段和蒸發段縮短，過熱段加長，當給水量增加時則相反，因此理論上認為在直流爐的控制上應采用煤水比控制溫度。但該600 MW機組采用直吹式制粉系統，發出燃燒指令到改變進入鍋爐的燃料要經過給煤機的控制和磨煤機制粉的過程，燃燒對溫度的動態響應要比給水對溫度的動態響應慢得多。因此在動態過程中必須考慮煤水控制參數的動態補償。
4、結語
    超臨界機組與相同容量的亞臨界汽包爐相比，自動化系統的規模，即所需的自動控制和儀表裝置大致相同，但超臨界鍋爐更難于控制。在規定的運行工況下，必須維持某些比例常數，而
在變工況下必須使這些比例按一定規律變化，在啟動和低負荷時，要求更大幅度地改變這些比例，以得到寬范圍領域的自動控制。為此，必須設計更完善的閉環控制系統，啟動工況更多地采用變參數、變定值技術，所有控制功能應在前饋技術的基礎上完成，并連續地校正控制系統的增益。這也要求我們在實踐中深入研究，不斷摸索，了解直流鍋爐運行特點，運用更先進的控制理論和更完美的控制策略。


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