一种计算超临界机组给水流量指令的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及火电厂超临界机组给水控制技术，尤指一种计算超临界循环流化床机 组或超临界直吹式煤粉炉给水流量指令的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 工程热力学中将水的临界状态点参数定义为：压强为22. 115MPa，温度374. 15°C。 当水的状态参数达到临界点时，汽化潜热为〇,汽水密度差也为0。因此，超临界压力下水变 成蒸汽不再存在汽水两相区。上述参数本身的特点决定了超临界机组的锅炉只能采用直流 锅炉。直流锅炉的主要特点是汽水流程中不设置汽包，给水泵强制一定流量的给水进入炉 内，一次性地通过省煤器、水冷壁、过热器。其循环倍率始终为1，与负荷无关。
[0003] 在直流锅炉中，给水加热成蒸汽一次完成，汽水通道可看作由加热段、蒸发段、过 热段三部分组成，图1为现有汽水通道的组成示意图，图1中，1为加热段，2为蒸发段，3为 过热段。其中蒸发段是汽、水混合物，随着管道的往后推移，工质由饱和水逐渐被加热成饱 和蒸汽。三段受热面没有固定的分界线，随着给水流量、燃烧率的变化前、后移动，使三段受 热面的吸热量分配比例及与之有关的三段受热面面积的比例发生变化。但蒸发段的前移会 使过热汽温偏高，蒸发段后移则引起汽温偏低，甚至品质下降，这对机组运行极为不利，所 以要控制蒸发段的位置。一般来说，要控制蒸发段出口的汽温，一般定义为中间点温度，如 图1中的e 1，若该中间点温度偏离规定值，则说明由于燃烧率与给水比例不当，从而导致 蒸发段发生移动，应及时调节燃烧率和给水流量的比例。
[0004] 在直流锅炉中，给水流量的波动将对机组负荷、主蒸汽压力和主蒸汽温度等机组 运行重要过程参数均产生较大影响。由于机组负荷和主蒸汽压力已设计有其它控制手段， 而一旦给水控制回路如果工作欠佳的话，将导致燃水比动态失调。而这时锅炉出口主蒸汽 温度仅靠喷水减温控制是无法满足机组运行对主蒸汽温度的要求。因此，给水流量调节回 路起到了控制锅炉总能力平衡(保持适当的煤水比）并维持中间点温度在一定范围内变化 的作用。
[0005] 对于直流锅炉，控制主蒸汽温度的关键在于控制锅炉的燃水比，而燃水比合适与 否则需要通过中间点温度来鉴定。在直流锅炉运行中，为了维持锅炉过热蒸汽温度的稳定， 通常在过热区段中取一温度测点（如汽水中间点温度)，将它固定在相应的数值上，这就是 通常所谓的中间点温度。实际上把中间点至过热汽出口之间的过热区段固定，相当于汽包 炉固定过热器区段情况类似。在过热汽温调节中，中间点温度实际是与锅炉负荷有关，中间 点温度与锅炉负荷存在一定的函数关系，那么锅炉的燃水比B/G按中间点温度来调整，中 间点至过热器出口区段的过热汽温变化主要依靠喷水减温调节。对于直流锅炉，其喷水减 温只是一个暂时措施，要保持稳定汽温的关键是要保持固定的煤水比。若D为主蒸汽流量， 则对于直流炉G=D，如果过热区段有喷水量d，那么直流炉进口水量为（G-d)。如果燃料量B 增加、热负荷增加，而给水量G未变，这样过热汽温就要升高，喷水量d必然增加，使进口水 量（G-d)的数值就要减少，这样变化又会使过热汽温上升。因此喷水量变化只是维持过热 汽温的暂时稳定(或暂时维持过热汽温为额定值)，但最终使其过热汽温稳定，主要还是通 过燃水比的调节来实现。
[0006] 超临界机组给水控制系统设计中通常采用中间点温度和中间点焓值作为燃水比 的反馈信号。由于中间点焓在负荷变化过程中灵敏度和线性度具有明显优势，对燃水比失 调反应迅速，而且焓值物理概念明确，不仅受温度变化的影响，还受压力变化的影响，代表 了蒸汽的作功能力。因此采用中间点焓值控制更有利于在工况变化时的负荷控制和温度控 制。
[0007] 循环流化床机组具有燃烧污染排放低的特点，而超临界机组具有发电效率高的特 点，将两个特点相结合，开展超临界循环流化床锅炉研究一直是火电机组的研究方向之一。 超临界循环流化床机组在进行发电过程中，给水控制任务虽然与超临界直吹式煤粉炉机组 相同，都是为了保持中间点温度基本不变，从而能控制最终的主蒸汽温度，但其难点主要在 于由于燃烧机制的不同，循环流化床床料中含有未燃尽的碳，在动态过程中无法简单通过 锅炉入炉燃料量来实现燃水比控制。超临界机组给水流量的波动对机组负荷、主蒸汽压力 和主蒸汽温度等机组运行重要过程参数均产生较大影响。因此，需要对机组给水流量进行 精确控制，才能使机组运行稳定。即给水泵要根据能保持热量平衡的给水流量指令向锅炉 中供水，即需要计算给水流量指令。
[0008] 目前，计算超临界直吹式煤粉炉机组给水流量指令的方法是：采用燃料指令经静 态转换函数计算后，再经多级惯性环节拟合燃烧过程后得到。
[0009] 上述方法在计算给水流量指令的过程中需要通过试验建立数学模型来拟合锅炉 燃烧热量释放过程，才能保证给水流量指令计算的准确性，而目前尚未有较为精确的方法 拟合锅炉的燃烧过程，这就经常导致超临界机组给水流量控制品质在动态过程较差。
[0010] 超临界机组给水控制中的燃水比控制是建立在热平衡基础上的，其核心要求的是 给水流量与锅炉燃烧释放热量成比例，对于超临界直吹式煤粉炉机组由于是采用的直吹式 制粉系统，可以通过锅炉入炉燃料量指令滞后一定时间来作为给水流量指令，而超临界循 环流化床的机组在动态过程中锅炉燃烧热量释放过程必须同时考虑锅炉入炉燃料量和锅 炉床料中未燃尽碳的热量释放，已不能采用超临界直吹式煤粉炉所使用这种计算方法来计 算给水指令。
【发明内容】
[0011] 为了解决上述问题，本发明提出了一种计算超临界机组给水流量指令的方法和装 置，应用于超临界循环流化床机组或超临界直吹式煤粉炉机组，能够提高给水控制品质。
[0012] 为了达到上述目的，本发明提出了一种计算超临界机组给水流量指令的方法，应 用于超临界循环流化床机组或超临界直吹式煤粉炉机组，该方法包括：
[0013] 根据主蒸汽流量和锅炉焓修正系数获取给水流量指令的稳态部分；
[0014] 根据风量、燃料量和氧量获取给水流量指令的动态部分；
[0015] 根据获得的给水流量指令的稳态部分和动态部分获取给水流量指令。
[0016] 优选地，所述给水流量指令的稳态部分为所述主蒸汽流量和所述锅炉焓增修正系 数的乘积。
[0017] 优选地，当取至汽轮机第一级压力时，所述主蒸汽流量为所述第一级压力和对应 的主蒸汽流量修正函数的乘积。
[0018] 优选地，所述锅炉焓增修正系数为(末级过热器出口焓-省煤器入口焓)/(末级过 热器设计焓-省煤器入口设计焓)。
[0019] 优选地，所述给水流量指令的动态部分为以风量和燃料量为基础获得的锅炉动态 热量的微分输出，和以风量和氧量为基础获得的氧量热量的微分输出的加权平均值。
[0020] 优选地，所述锅炉动态热量的微分输出为：
【主权项】
1. 一种计算超临界机组给水流量指令的方法，其特征在于，应用于超临界循环流化床 机组或超临界直吹式煤粉炉机组，该方法包括： 根据主蒸汽流量和锅炉焓修正系数获取给水流量指令的稳态部分； 根据风量、燃料量和氧量获取给水流量指令的动态部分； 根据获得的给水流量指令的稳态部分和动态部分获取给水流量指令。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述给水流量指令的稳态部分为所述主 蒸汽流量和所述锅炉焓增修正系数的乘积。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当取至汽轮机第一级压力时，所述主蒸汽 流量为所述第一级压力和对应的主蒸汽流量修正函数的乘积。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述锅炉焓增修正系数为(末级过热器出 口焓-省煤器入口焓）/(末级过热器设计焓-省煤器入口设计焓)。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述给水流量指令的动态部分为以风量 和燃料量为基础获得的锅炉动态热量的微分输出，和以风量和氧量为基础获得的氧量热量 的微分输出的加权平均值。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述锅炉动态热量的微分输出为：
其中，Q1W为所述锅炉动态热量，B(t)为既燃碳量，TM(t)为总风量，τ为热传递延 迟时间，K为燃烧模型总系数；B(t)满足：
其中，H为燃料的单位发热量，F(t)为从炉膛入口进入锅炉的燃料量。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氧量热量的微分输出为：
其中，Q2 (t)为所述氧量热量，O2为所述氧量，V为进入锅炉的风量，Kvq为空气热量比系 数。
8. -种计算超临界机组给水流量指令的装置，其特征在于，至少包括： 稳态值计算模块，用于根据主蒸汽流量和锅炉焓增修正系数获取给水流量指令的稳态 部分； 动态值计算模块，用于根据风量、燃料量和氧量获取给水流量指令的动态部分； 给水流量指令模块，用于根据获得的给水流量指令的稳态部分和动态部分获取给水流 量指令。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述稳态值计算模块，具体用于： 将所述主蒸汽流量和所述锅炉焓增修正系数的相乘作为所述给水流量指令的稳态部 分。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述动态值计算模块，具体用于： 取以风量和燃料量为基础获得的锅炉动态热量的微分输出，和以风量和氧量为基础获 得的氧量热量的微分输出的加权平均值作为所述给水流量指令的动态部分。
【专利摘要】本发明提出了一种计算超临界机组给水流量指令的方法和装置，应用于超临界循环流化床机组或超临界直吹式煤粉炉机组，该方法包括：根据主蒸汽流量和锅炉焓增修正系数获取给水流量指令的稳态部分；根据风量、燃料量和氧量获取给水流量指令的动态部分；根据获得的给水流量指令的稳态部分和动态部分计算给水流量指令。本发明提高了超临界机组给水控制品质。
【IPC分类】F22D5-00
【公开号】CN104864385
【申请号】CN201410061313
【发明人】陈 峰, 王疆, 潘钢, 黄焕袍, 牛海明, 高明明, 李文
【申请人】北京国电智深控制技术有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年2月24日