超临界直流锅炉深度调峰工况下水冷壁温度控制方法与流程

本发明属于火电机组安全控制，尤其涉及一种超临界直流锅炉深度调峰工况下水冷壁温度控制方法。

背景技术：

1、随着风能和光伏为主的可再生能源发电占比逐年提升，传统化石能源占比逐年降低并最终退出历史舞台。目前，为提升新能源上网占比，消纳风、光能源，根据风、光发电的特点，传统火电机组必须要参与电网“深度调峰”运行。配备超临界直流锅炉的机组，在频繁参与深度调峰的情况下，同时为保证机组上网电能质量，对其调节性能提出了更高的要求。由于超临界直流锅炉的固有特点，在给水流量降到一定程度时，极易因水动力失衡而发生水冷壁超温的现象，这种特性不但限制了机组的调峰性能，还严重危害机组的稳定、安全运行。

2、目前，对于参与深度调峰的超临界直流机组在运行时，特别是在变负荷过程中，容易出现水煤比失衡，当锅炉出力较低时，随着给水流量的下降，易造成水冷壁流量不均匀，从而在给水流量不足的管段出现超温现象。针对此种现象一般运行人员采用提高变机组变负荷速率和提高给水流量两种手段相结合的办法。提高机组变负荷速率使机组快速通过水冷壁易超温的负荷区间，从而降低出现超温的概率，但这种方式会对机组稳定运行带来一定程度的负面影响，加大了主汽温、主汽压力的波动范围，甚至会出现agc故障切手动情况。手动提高给水量，在水动力不稳定区增加锅炉给水流量，提升水冷壁换热量，从而达到抑制水冷壁超温目的。这种方式会提高锅炉的静态水煤比。静态水煤比是指锅炉在稳态运行中总给水量和给煤量的比值，通过调整水和煤的比例关系，以达到锅炉水煤平衡，进而实现锅炉的热量平衡。通过手动提高静态水煤比，因缺少定量的计算易造成给水量过多而导致机组主蒸汽温度降低，或给水量不足而不能有效抑制水冷壁超温。因此，以上两种抑制水冷壁超温的运行方式在增加了运行人员工作量的同时，对机组的安全、稳定运行也带来了较大的风险。如何对超临界直流锅炉的水冷壁温度进行安全、有效的自动控制，对参与电网深度调峰的机组来讲是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明创造提供了一种超临界直流锅炉水冷壁温度控制方法，其目的是解决现有超临界直流机组在参与电网深度调峰运行时，锅炉水冷壁超温所带来的安全性问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明采用如下方式:

3、确定锅炉对应的机组当前负荷指令值、机组负荷升/降状态、机组或锅炉出力进入水冷壁易超温区域前的水煤比、实时给煤量指令、水冷壁最高温度及最高温度对应的温升速率；根据所述当前负荷指令值、升/降负荷状态、变负荷前锅炉水煤比、实时给煤量指令、水冷壁最高温度及最高温度对应的温升速率，调整变负荷过程中的水煤比值；根据所述调整后的水煤比值对锅炉的给水流量进行补偿；根据给水流量补偿方式，实现对水冷壁的温度控制。

4、作为一种优选方案，本发明确定机组的升/降负荷状态包括：对机组的实际负荷指令值进行一秒的纯滞后计算，得到当前时间前一秒的负荷指令值；当前时间实际负荷指令值与计算得到的当前时间前一秒负荷指令值作比较；根据比较后得到的差值确定机组的当前升、降负荷状态。

5、作为另一种优选方案，本发明确定不同负荷变化状态所对应的不同的水煤比补偿系数：根据所述比较后得到的差值与常数0进行比较，当结果大于0，机组的当前负荷变化状态为升负荷；当结果小于0，机组的当前负荷变化状态为降负荷；升负荷状态和降负荷状态对应不同的输出常数，所述常数即为水煤比的补偿系数之一。

6、作为另一种优选方案，本发明获取当前水煤比值，进行5秒的纯滞后运算，得到当前时间前5秒即(n-5)秒的水煤比值；通过算术平均值运算模块，对(n-5)秒前的水煤比值的前60s内所有数据进行算术平均值计算，计算结果记作n。

7、作为另一种优选方案，本发明获取机组的当前负荷指令，在当前负荷指令进入水冷壁易超温区域时，“保持”当前的n值，该值即为锅炉进入易超温区域前的水煤比值；在负荷指令离开水冷壁易超温区域后，将上述“保持”的n值释放。

8、作为另一种优选方案，本发明通过负荷指令对应的折线函数f1(x)获得水冷壁易超温的负荷范围，所述折线函数可通过历史大数据查询得到，即查询过往的水冷壁超温时机组的负荷所处的区域，当负荷指令进入易超温区域时，函数输出为常数1，其它区域函数输出为常数0；当函数输出为1时，对n值进行“保持”，当函数输出为0时，经过300秒的延时断开模块对“保持”的n值进行“释放”。

9、作为另一种优选方案，本发明根据当前负荷变化状态所对应的系数，对“保持”的n值进行乘法运算，确定不同负荷状态下不同的补偿量。

10、作为另一种优选方案，本发明新的水煤比生成步骤，包括：采集所有水冷壁壁温测点实时值，对坏点切除后进行大选判断，经一阶惯性环节后，进行变化速率计算和阈值判断，

11、第一种情况当温升速率高于允许的温升速率h3值且最高壁温高于对应的第一阈值h1时，输出系数为k2；

12、第二种情况，当最高壁温高于对应的第二阈值h2时，输出系数为k3；

13、第三种情况，以上两种情况均未出现，当负荷指令进入水冷壁易超温区域时，输出系数为k4。

14、k2、k3、k4系数根据机组不同设置不同，一般范围在1.0-1.05之间，且k3>k2>k4。

15、以上系数与输出值进行乘法计算，最终获得新的水煤比值。

16、作为另一种优选方案，本发明获得机组实时的给煤量指令，进行一阶惯性运算后与新的水煤比进行乘法运算，得到补偿后的给水流量理论值，与现有给水流量指令进行比较，做0-35t/h的上下限限幅后，获得需要增加的给水流量补偿值；现有给水流量指令为：经纯延迟和一阶惯性后的给煤量指令通过水煤比函数曲线转换为“设计给水流量”，再通过中间点温度(或焓值)控制回路修正后得到。

17、其次，本发明在以下情况下新的水煤比值无效，给水控制系统不必要进行流量补偿：

18、获取中间点过热度实时值，进行低阈值判断，当中间点过热度低于允许值时；

19、或对中间点过热度设定值和实时值进行比较，当偏差高于允许阈值时。

20、另外，本发明经过计算得到的给水流量补偿值，经过速率限制和幅度限制后叠加到现有给水流量总指令中，形成新的给水流量总指令。

21、本发明有益效果。

22、1.超临界直流火电机组在参与深度调峰运行时，因负荷较低，给水流量也维持在较低水平，同时变负荷阶段容易出现水煤比失衡而造成给水流量更低的情况，导致水冷壁内工质流量不均匀，在给水流量不足的管段便出现超温现象。在变负荷过程中，当负荷指令进入易超温的负荷段或水冷壁最高温较高或水冷壁温升速率较高时，提高水煤比值，以增加给水流量，从而防止和抑制水冷壁超温，提高锅炉运行的安全性。

23、2.提升机组的自动控制水平，降低运行人员的劳动强度，且控制品质不受运行人员操作水平影响。

24、3.便于工程实现、调试简单、实时性较好，通过监测锅炉给水系统的参数以及机组当前负荷变化状态、自动调整给水流量，有利于机组各主要运行参数的稳定。