超临界燃煤发电机组锅炉给水控制方法及系统与流程

本发明属于火力发电自动控制领域，尤其是350mw超临界燃煤发电机组锅炉给水控制方法及系统。

背景技术：

1、随着电力装备制造技术的发展，传统电站亚临界汽包锅炉逐渐被超临界直流燃煤锅炉替代。350mw超临界燃煤发电机组是一个多变量的快速受控系统，机炉间的工艺过程耦合更加紧密，超临界直流锅炉给水系统由于缺少了汽包的分界和缓冲，没有大容积的积分平滑作用，机组蓄热能力减小，锅炉燃烧率变化时，主汽压力和机组功率动态响应的惯性相对于亚临界汽包锅炉大大减小，参数间相互耦合更为严重，机组在运行中表现出非线性、时变参数、快慢相间的被控对象动态特性。所以锅炉给水控制系统与汽包锅炉完全不同，直接受锅炉燃烧率及发电机组负荷调整影响，需严格控制给水流量和给煤流量的平衡，即必须保持煤水比参数的平衡，否则会引起锅炉蒸发区域移动导致主汽温度及再热汽温大幅变化。在一定负荷下，正确的煤水比是满足蒸汽需求，保证主蒸汽参数正确、稳定的基本条件，也是机组安全运行的保证。当直流锅炉在干态运行时，汽轮机阀位、燃料量、给水流量的改变，都会引起锅炉内部汽水分界面的改变，因此，煤水比是锅炉运行中反映工质平衡的重要参数。超临界直流锅炉的给水控制是整个机组安全运行的关键所在，给水流量在任何时刻都必须保证汽水分离界面的波动要小，这样才能保证锅炉的主蒸汽温度控制、水冷壁温度控制波动小且在设计范围内。直流锅炉煤水比的正确与否，能够直接从蒸汽参数体现出来，给水控制系统优化调整的关键点在于寻找一个合适的变量及测点能够准确、稳定地反应蒸汽参数。对煤水比控制的修正逻辑。国内通常是取微过热蒸汽的焓值为反映煤水比是否合适的标志，由于过热蒸汽的焓值无法直接测量，需要通过蒸汽的温度和压力经过一系列的运算才能得到，且计算出的过热蒸汽焓值变化较为剧烈，加大了控制系统的不稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种350mw超临界燃煤发电机组锅炉给水控制方法及系统，采取微过热蒸汽温度作为锅炉煤水比是否合适的判据，使发电机组能更好地适应外界负荷变化的需要，保证机组稳定运行。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

3、发明人通过长期的实践发现锅炉中间点温度更能直观的反映出煤水比失调信息，更符合运行人员的操控习惯，因此只要保证蒸汽分离器出口温度在设计值附近，采用中间点温度来修正煤水比控制参数能更好地满足锅炉给水控制需要。

4、本发明正是基于这一设想直接将锅炉分离器出口温度作为中间点温度，通过手动偏置设置适度的过热度修正值，用来校正锅炉煤水比参数，以校正后的煤水比参数作为锅炉给水控制系统的给定值，实现超临界燃煤发电机组锅炉给水控制系统优化调整实施方法，提高锅炉给水调节系统快速适应外界负荷变化的能力。

5、本发明包括锅炉给水控制系统给定值指令前置生成回路。给定值指令前置生成回路，是通过直接能量平衡控制算法，利用主汽压力设定值与测量值偏差的反馈控制运算和实际负荷指令的线性前馈和微分前馈复合控制作用，叠加产生锅炉主控指令，然后在此基础上间接通过煤水比函数f(x)计算产生给水控制系统的给定值。

6、锅炉给水系统则采用闭环反馈控制方法，利用锅炉主控指令间接通过煤水比函数f(x)产生锅炉给水控制系统的给定值，同时再利用锅炉汽水分离器中间点温度对其进行校正，然后以校正后的给水控制系统的给定值和给水流量的测量值进行闭环反馈控制。

7、本发明还包括锅炉给水控制系统给定值校正回路，来校正锅炉给水控制系统的给定值，将汽水分离器出口温度的过热度控制在设计值附近，改善锅炉给水系统的动态特性，提高锅炉给水调节系统快速适应外界负荷变化的能力。

8、进一步地，所述锅炉主控指令利用主汽压力设定值与测量值偏差的反馈控制运算和实际负荷指令的线性前馈和微分前馈复合控制作用叠加产生。

9、进一步地，机组实际负荷指令经过函数f1(x)线性处理变换；机组实际负荷指令经过微分控制运算，再经过高低限幅处理，与函数f1(x)的输出一起叠加求和，作为第一pi控制器的前馈输入变量。

10、进一步地，所述函数f1(x)由锅炉负荷对应燃料量关系曲线产生。

11、进一步地，第一pi控制器的数学描述式是：

12、

13、式中kp为比例放大系数，ti为积分时间，单位为秒，ff为前馈输入变量，e(s)为偏差输入信号，s为拉普拉斯变换因子，无量纲。

14、进一步地，所述微分控制运算函数为：

15、y(s)＝(kd*s/(1+td*s))*x(s)， (2)

16、式中kd为微分增益，td为微分时间，单位为秒，x(s)为输入信号，s为拉普拉斯变换因子，无量纲。

17、进一步地，所述煤水比函数f(x)由锅炉负荷对应锅炉给水流量关系曲线拟合产生。

18、进一步地，汽水分离器出口温度通过压力-温度函数f2(x)拟合产生，然后与分离器出口蒸汽温度测量值及设定值进行偏差运算，偏差输出作为第二pi控制器的输入，对其进行比例-积分运算处理，第二pi控制器输出与煤水比函数f(x)的输出叠加一起作为锅炉给水自动调节系统的给定值，再与给水流量反馈信号求偏差，然后再对此偏差信号通过第三pi控制器进行比例-积分运算，其输出作为锅炉给水指令送至汽动给水泵，通过改变汽动给水泵的转速改变锅炉给水流量，最终实现锅炉给水的自动调节功能。

19、进一步地，所述比例-积分运算的数学描述式为：

20、

21、式中kp为比例放大系数，ti为积分时间，单位为秒，e(s)为偏差输入信号，s为拉普拉斯变换因子，无量纲。

22、本发明进一步提供了根据上述方法的系统，包括：

23、锅炉主控指令运算模块，根据机组的实际负荷指令和机前压力经过运算形成锅炉主控指令；及锅炉给水指令运算模块，以锅炉主控指令经过煤水比函数f(x)校正后的输出信号作为锅炉给水控制系统给定值的主要成分，再采用汽水分离器出口中间点温度校正锅炉给水控制系统给定值，以校正后的锅炉给水控制系统给定值和给水流量的测量值进行闭环反馈控制。

24、本发明的优点和积极效果是：

25、现役350mw超临界燃煤发电机组锅炉的给水控制系统采取本方法优化调整后，经过长期运行考核验证，给水系统能更好地适应外界负荷的需要，在锅炉干态运行的各个负荷阶段均能保证机组运行稳定，快速响应发电负荷指令。当发电机组处于agc控制模式时，发电机组负荷在50％－100％额定负荷范围内，锅炉具备能跟踪汽轮发电机组2％额定负荷变化率的能力，并且控制稳定，锅炉出口主蒸汽压力、温度、流量及燃烧系统的风量、氧量、炉膛压力等主要技术指标均高于《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》(dl/t657-2015)的要求。

技术特征：

1.一种350mw超临界燃煤发电机组锅炉给水控制方法，其特征在于，根据机组的实际负荷指令和机前压力经过运算形成锅炉主控指令；以锅炉主控指令经过煤水比函数f(x)计算后的输出信号作为锅炉给水控制系统给定值的主要成分，再采用汽水分离器出口中间点温度对其进行校正，以校正后的锅炉给水控制系统给定值和给水流量的测量值进行闭环反馈控制。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述锅炉主控指令利用主汽压力设定值与测量值偏差的反馈控制运算和实际负荷指令的线性前馈和微分前馈复合控制作用叠加产生。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述函数f1(x)由锅炉负荷对应燃料量关系曲线产生。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，第一pi控制器的数学描述式是：

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述微分控制运算函数为：

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述煤水比函数f(x)由锅炉负荷对应锅炉给水流量关系曲线拟合产生。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，汽水分离器出口温度通过压力-温度函数f2(x)拟合产生，然后与分离器出口蒸汽温度测量值及设定值进行偏差运算，偏差输出作为第二pi控制器的输入，对其进行比例-积分运算处理，第二pi控制器输出与煤水比函数f(x)的输出叠加一起作为锅炉给水自动调节系统的给定值，再与给水流量反馈信号求偏差，然后再对此偏差信号通过第三pi控制器进行比例-积分运算，其输出作为锅炉给水指令送至汽动给水泵，通过改变汽动给水泵的转速改变锅炉给水流量，最终实现锅炉给水的自动调节功能。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述比例-积分运算的数学描述式为：

10.根据权利要求1-9任一权利要求所述方法的系统，其特征在于，包括：锅炉主控指令运算模块，根据机组的实际负荷指令和机前压力经过运算形成锅炉主控指令；及锅炉给水指令运算模块，以锅炉主控指令经过煤水比函数f(x)校正后的输出信号作为锅炉给水控制系统给定值的主要成分，再采用汽水分离器出口中间点温度校正锅炉给水控制系统给定值，以校正后的锅炉给水控制系统给定值和给水流量的测量值进行闭环反馈控制。

技术总结本发明涉及一种350MW超临界燃煤发电机组锅炉给水控制方法及系统，根据机组的实际负荷指令和机前压力经过运算形成锅炉主控指令；以锅炉主控指令经过煤水比函数f(x)计算后的输出信号作为锅炉给水控制系统给定值的主要成分，再采用汽水分离器出口中间点温度校正锅炉给水控制系统给定值，以校正后的锅炉给水控制系统给定值和给水流量的测量值进行闭环反馈控制。本发明能使发电机组更好地适应外界负荷变化的需要，保证机组运行稳定。技术研发人员：王建军,张长志,赵毅,倪玮晨,王建,王梓越,崔文庆,张利,甘智勇受保护的技术使用者：国网天津市电力公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/1/15