超临界或超超临界机组湿态转干态过程自动控制的方法与流程

本发明涉及火电机组智能控制技术领域，具体地说是一种超(超)临界机组湿态转干态过程自动控制的方法。

技术背景

超(超)临界机组具有经济性高、环保性好、负荷适应性强等诸多优点，是我国近期及未来较长时间内电力生产的主力火电机组。超(超)临界机组的工质压力在临界点以上，水到达临界压力时，汽化潜热为0，水完全汽化瞬间完成，二者参数不再有区别，水和蒸汽的密度相近，无法维持自然循环，故只能采用直流锅炉。直流锅炉是靠给水泵压力，使给水顺序经过省煤器、蒸发受热面(水冷壁)和过热器，并全部转变为过热蒸汽的锅炉。给水进入直流锅炉后，水的加热、蒸发和蒸汽的过热在受热面中连续进行，加热过程中不需要进行汽水分离，因此直流锅炉没有自然循环锅炉的汽包，具有节省钢材、制造安装简单和启停速度快等优点。

超(超)临界机组在正常运行时，直流锅炉水冷壁出口的工质为具有微过热度的过热蒸汽，但是为了受热面的安全，在机组启动阶段必须通过启动系统建立并维持启动流量，确保给水连续通过省煤器和水冷壁，尤其是保证水冷壁的足够冷却和水动力的稳定性。启动流量即本生流量，一般约为30％锅炉最大连续蒸发量(boilermaximumcontinuousrating，bmcr)。在启动过程中，由于给水流量大，燃料量少，因此水冷壁出口的工质是单相的水或汽水混合物。在机组升负荷过程中，水冷壁出口的工质从未饱和水逐渐变为饱和水，直到变为微过热蒸汽，分离器的工作状态经过湿态、干湿态转换和干态三个状态的变化。

干湿态转换是超(超)临界机组启动过程运行控制的关键节点之一，需要平稳过渡。由于水煤比、主汽压力控制不当或转换时机选择不当等原因，造成干湿态频繁切换、机组参数剧烈波动而导致设备故障、受热面超温或者分离器满水甚至过热器进水等事故，严重威胁机组安全运行。在转态过程中，如何保证汽水分离器入口过热度的平稳，以及将包括启动系统在内的相关自动投入，一直是超(超)临界锅炉启动过程中的技术难点。

目前，超(超)临界机组的干湿态转换大都采用手动操作方式。由于干湿态转换只在机组启动过程中出现，很多运行人员对干湿态转换操作较少，积累经验不足，对此切换过程存在心理压力。特别是带炉水循环泵的启动系统操作设备较多，运行工况较为复杂。电厂运行人员操作水平良莠不齐，经常出现干湿态转换时负荷波动大、汽温超温、干湿态频繁切换等现象。

干湿态转换过程自动控制是根据机组参数变化智能调整给煤量和给水流量，实现机组从湿态平稳过渡到干态的自动控制过程。干湿态转换过程自动控制的实现能够使机组启动过程平稳运行，加快机组启动速度，减少运行人员操作压力，避免由于操作不当造成机组参数剧烈波动引起的事故。此外，机组自启停系统(automaticstartupandshutdownsystem，aps)是实现机组启动和停运过程自动化的系统，不仅可以简化运行人员的操作，减少误操作可能，而且还能够提高机组运行的安全性，提高机组经济效益。aps已越来越成为火电机组自动化发展的追求目标，而干湿态转换过程自动控制是aps系统的重要组成部分，因此，干湿态转换过程自动控制对于提高电厂自动化水平也具有十分重要的意义。

技术实现要素：

鉴于超(超)临界机组干湿态转换的重要性，本发明提供一种实现超(超)临界机组干湿态转换过程自动控制的方法，使转态过程中工况平稳过渡，机组参数变化较为缓慢，不会出现干湿态频繁切换、机组参数剧烈波动造成设备故障、受热面超温或跳闸异常现象。

本发明采用的一个技术方案为：超(超)临界机组湿态转干态过程自动控制的方法，首先确定合理的转态节点；根据转态前机组在湿态下稳定运行的过程参数，计算锅炉所需的理论给煤量增量；在转态过程中按机组特性试验确定的最佳给煤量变化速率逐渐增加入炉煤量，直至达到理论给煤量增量；在转态初期，考虑到锅炉的迟延特性，通过降低给水流量，减少省煤器入口给水量，以加速转态进程。

本发明采用的另一技术方案为：超(超)临界机组湿态转干态过程自动控制的方法，包括如下步骤：

步骤1，确认机组已满足干湿态转换条件，启动干湿态转换自动控制逻辑；

步骤2，根据质量平衡和能量平衡方程，结合转态前机组在湿态工况下稳定运行的过程参数，计算使机组进入干态运行所需的理论吸热量增量；

步骤3，根据理论吸热量增量，计算锅炉所需的理论给煤量增量；

步骤4，根据基于机组特性试验确定的最佳给煤量变化速率，逐渐增加入炉煤量，直到实际给煤量增量达到理论给煤量增量；

步骤5，为快速完成干湿态转换，在转态开始时，在保证锅炉本生流量满足的前提下，降低给水泵出口的给水流量，使进入省煤器的给水量适当减少；

步骤6，在锅炉启动系统的储水箱水位开始降低时，按设定速率增加省煤器入口流量，使之与入炉煤量相匹配；储水箱水位降低后，再循环流量会逐渐减小，故给水泵出口给水流量也要相应增加；

步骤7，当再循环流量减少到某个阈值，炉水循环泵停运或跳闸，再循环流量消失，转态过程结束，机组进入干态运行。

作为上述技术方案的补充，步骤1中，为使干湿态转换过程更为平稳，适当提高机组转态的条件，即将转态负荷提高1-3％锅炉最大连续蒸发量。

作为上述技术方案的补充，步骤2中，机组在湿态稳定运行时，有：

fs＝fw，

q＝fshs-fwhw＝fw(hs-hw)，

其中，fs和hs分别为分离器出口过热蒸汽流量和焓值，fw和hw分别为给水泵出口的给水流量和焓值，q为湿态下工质在省煤器和水冷壁的吸热量；

当机组在干态下稳定运行时，有：

f′s＝fw+fr，

q′＝f′shs-(fw+fr)hw＝(fw+fr)(hs-hw)，

其中，f′s为干态下分离器出口过热蒸汽流量，fr为炉水循环泵出口的再循环流量，q′为干态下工质在省煤器和水冷壁的吸热量；

假定转态前、转态后工质在分离器出口前各个受热面的吸热量保持不变，机组完成转态所需的理论吸热量增量为：

作为上述技术方案的补充，步骤3中，锅炉所需的理论给煤量增量的计算公式如下：

式中，c为湿态下工质在省煤器和水冷壁等受热面的吸热量q′对应的给煤量。

作为上述技术方案的补充，步骤4中，转态过程中最佳给煤量变化速率的计算公式如下：

其中，为转态过程中最佳给煤量变化速率，为机组最大给煤量变化速率，α为系数，0＜α＜1，其值通过机组特性试验确定。

作为上述技术方案的补充，步骤5中，给水泵出口给水流量减少的最佳数值通过机组特性试验确定。

作为上述技术方案的补充，步骤6中，储水箱水位降低后，再循环流量会逐渐减小，故给水泵出口给水流量也要相应增加。

本发明具有的有益效果在于：本发明实现了超(超)临界机组直流锅炉湿态转干态过程的自动控制，使转态过程中工况平稳过渡，机组参数变化较为缓慢，不会出现干湿态频繁切换、机组参数剧烈波动造成设备故障、受热面超温或跳闸异常现象；本发明能够进一步提高电厂自动化运行水平，降低运行人员的工作强度；本发明也是超(超)临界机组全程给水自动控制系统、aps系统实现的重要前提和基础。

附图说明

图1是本发明实施例中超(超)临界机组直流锅炉启动系统的示意图。

具体实施方式

下面参照附图，进一步说明本发明。

本发明所述的超(超)临界机组湿态转干态过程自动控制的方法，包括如下步骤。

步骤1：确认机组已满足干湿态转换条件，启动干湿态自动转换控制逻辑。对于不同厂家制造的超(超)临界机组直流锅炉，干湿态转换的时机是不同的，如国电电力北仑电厂三期1000mw超超临界机组在25-27％bmcr负荷时转干态，浙江华能玉环发电厂1000mw超超临界机组在34％bmcr负荷时转干态，浙江浙能台二发电厂1000mw超超临界机组在35-40％bmcr负荷时转干态。为了使干湿态转换过程更加平稳，可以适当提高机转态的条件，如将转态负荷提高1-3％bmcr。

步骤2：根据质量平衡和能量平衡方程，结合转态前机组在湿态工况下稳定运行的过程参数，计算使机组进入干态运行所需的理论吸热量增量。

机组在湿态稳定运行时，有：

fs＝fw，

q＝fshs-fwhw＝fw(hs-hw)，

其中，fs和hs分别为分离器出口过热蒸汽流量和焓值，fw和hw分别为给水泵出口的给水流量和焓值，q为湿态下工质在省煤器和水冷壁等受热面的吸热量。

当机组在干态下稳定运行时，有：

f′s＝fw+fr，

q′＝f′shs-(fw+fr)hw＝(fw+fr)(hs-hw)，

其中，f′s为干态下分离器出口过热蒸汽流量，fr为炉水循环泵出口的再循环流量，q′为干态下工质在省煤器和水冷壁的吸热量。为简单起见，本实施假定转态前、转态后工质在分离器出口前各个受热面的吸热量保持不变。

因此，机组完成转态所需的理论吸热量增量为：

步骤3：根据理论吸热量增量δq，计算锅炉所需的理论给煤量增量δc：

式中，c为湿态下工质在省煤器和水冷壁等受热面的吸热量q′对应的给煤量。

步骤4：根据基于机组特性试验确定的最佳给煤量变化速率，逐渐增加入炉煤量，直到实际给煤量增量达到理论给煤量增量，

其中，为转态过程中最佳给煤量变化速率，为机组最大给煤量变化速率，α为系数，0＜α＜1，其值通过机组特性试验确定。

步骤5：由于给煤量增加到锅炉散热量增加有一定的迟延，为快速完成干湿态转换，在转态开始时，在保证锅炉本生流量满足的前提下，应降低给水泵出口给水流量fw，使进入省煤器的给水量适当减少，该流量减少的最佳数值也需要通过机组特性试验确定。

步骤6：在锅炉启动系统的储水箱水位开始降低时，按设定速率增加省煤器入口流量，使之与入炉煤量相匹配。储水箱水位降低后，再循环流量会逐渐减小，故给水泵出口给水流量也要相应增加。

步骤7：当再循环流量减少到某个阈值，炉水循环泵停运或跳闸，再循环流量消失，转态过程结束，机组进入干态运行。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。