第24卷第3期电站系统工程V ol.24 No.3 2008年5月Power System Engineering 35 文章编号：1005-006X(2008)03-0035-03
孟祥荣1李昌卫1房高超2
(1.山东电力研究院，2.华能威海发电厂)
摘要：结合邹县1 000 MW超超临界机组调试过程中出现的问题，探讨了超临界机组水燃比控制的特点和存在问题，分析了水燃比控制在超临界机组控制中的重要性，研究了制粉系统对水燃比控制的影响和工程应用情况，以及RB功能中水燃比控制问题，并提出了相应的控制方案。
低压有源滤波关键词：超临界机组；水燃比；磨煤机选型；RB
中图分类号：TK16 文献标识码：A
Research and Applications of Control for Ratio of Water to Coal
in Supercritical Power Generation Units
MENG Xiang-rong, LI Chang-wei, FANG Gao-chao
Abstract: Bases on the field tuning of 1000MW supercritical power unit at the Zouxian Power Plant, the characteristics and existing problems in the control of Ratio of Water to Coal (RWC) in supercritical power units is probed, the importance of control of RWC in controlling supercritical power units is analyzed, especially, the effects of the coal-pulverizing systems on the control of RWC and the practical applications is studied, further more, the problems of controlling RWC in RB is also studied, the corresponding approaches are provided.
Key words: supercritical power generation unit; ratio of water to coal; type selection of coal-pulverizing systems; RB
为进一步提高机组效率，减少一次燃料的消耗，发展和研究超临界或超超临界机组日益成为主流。影响超临界机组发展的主要原因除金属材料的原因外，综合控制水平越来越成为制约超临界机组发展的重要因素。其中水燃比的控制更是超临界直流炉控制的关键和难点，水燃比控制效果制约着超临界机组的整体控制水平。 业界普遍认为，制约水燃比控制的主要因素，是无法取得能兼顾快速性和准确性的煤量反馈信号，即瞬时入炉煤量的准确测量对水燃比的控制起到至关重要的作用，但是忽略了机组制粉系统等对水燃比
控制的影响。
本文结合邹县1000 MW超超临界机组的调试，从水燃比的控制特性出发，重点分析了制粉系统对水燃比控制的影响，以及水燃比在RB功能中存在的问题。
超临界机组中直流锅炉是汽水一次性循环，汽水没有固定的分界点，它随着燃料、给水流量及汽机调门的变化而前移或后移，而汽水分界点的移动直接影响到汽水流程中加热段、蒸发段和过热段的长度，影响主蒸汽的温度，并导致主汽压力、机组负荷的变化，因此要保证主蒸汽温度的稳定，必须要控制汽水流程，控制蒸发点。
由于直流炉的汽水流程与亚临界汽包炉不同，减温水的调节性能也发生了相应变化。亚临界汽包锅炉，在燃料量不变的情况下，通过改变减温水流量，可以改变进入汽机的蒸
超声波除垢收稿日期: 2007-11-29
孟祥荣(1970-)，硕士，高级工程师。济南，250002 汽流量，从而调整主蒸汽的温度。超临界直流炉在稳定工况下，当锅炉的水燃比保持不变，汽水行程中某点工质的温度保持不变，仅调整减温水的流量，不能改变机组主蒸汽的温度。
超超临界机组直流炉汽水流程中，减温水是从省煤器入口取出，与常规亚临界机组减温水取自给水泵出口明显不同，其作用也相应发生了很大改变，如邹县1000 MW超超临界机组即采用了这种设计，其汽水流程如图1所示。
图1 邹县1000 MW机组汽水流程图
在给水量和燃料量保持不变的情况下，水燃比保持不变，锅炉维持下面的能量平衡关系。
Q f=Q1+Q2+Q3+Q4
式中，Q1――水冷壁、屏式过热器、一级过热器的吸热量；Q2――二级过热器吸热量；Q3――三级过热器吸热量；Q4――省煤器吸热量；Q f――锅炉燃料释放的总热量。
稳定工况下，燃料释放的热量Q f保持不变，如增加一级减温水流量，一级减温器出口温度会瞬间降低，
流经二级过热器和三级过热器蒸汽流量增加，对于以对流换热为主的二级过热器、三级过热器的吸热量Q2和Q3相应增加，同时
一级减温水流量增加，总给水流量不变，造成水冷壁和省煤器内部的给水量减少，给水在炉膛内部的吸热Q1和Q4减少，剩余更多的热量被烟气带入烟道，造成蒸汽温度升高，蒸汽温度会恢复到扰动前的数值。
理论和实践证明，要保证直流锅炉汽温的调节性能，维持特定的水燃比来控制汽水行程中某一点温度（分离器出口温度）是切实有效的手段，调整减温水流量只能平衡锅炉不同受热段的蒸汽吸热量，控制各段蒸汽温度均在设计范围内，不能达到最终调节蒸汽温度的目的。
2 制粉系统对水燃比控制至关重要
水燃比，顾名思义就是给水量和燃料流量之比。要更好地控制水燃比，必须以准确的燃料流量和给水流量测量为基础，如果不能保证信号测量的准确性，控制效果就无从谈起。给水流量的测量比较成熟，常规测量主要通过测量孔板进行，扣除小流量的测量误差外，给水流量的测量是非常准确的；但燃料流量的测量受多种因素的影响，目前工程中无法准确测量，主要影响因素主要有以下两方面。
2.1 煤质变化
煤质变化是国内电厂普遍存在的问题，由于各方面因素的影响，经常不得不使用多个煤矿的煤，煤质的变化不可避免。但相对而言，煤质的变化是一个较长的过程，且有一定的规律可循，而且是可以预先知道的，部分电厂在系统中考虑用设计煤种的热值与实际煤种的热值对燃料进行修正，电厂每天将燃料取样热值通知运行，运行人员根据燃料的产地煤输入燃料热值，保证燃烧控制的稳定，在解决煤质影响方面起到了一定作用。
2.2 制粉系统类型
瞬时入炉煤量的测量准确性与制粉系统密切相关，磨煤机的结构必须与锅炉的型号相一致，才能保证很好的配合，现在锅炉厂一般对直流炉推荐使用中速磨煤机，另外磨煤机的运行工况对瞬间入炉煤量的测量也有影响。
针对目前工程中常见的几种制粉系统分别讨论如下：
(1) 中储式制粉系统在大容量直流机组中基本不用，主要原因就是它的瞬时入炉煤量根本无法测量，在此也不作讨论。
(2) 中速磨煤机直吹式制粉系统，中间无粉仓，进入磨煤机的煤量与进入锅炉的煤量几乎一致，可以采用通过测量给煤机的瞬时煤量代表锅炉的瞬时煤量。剔除煤质变化的影响，水燃比的控制只需使用
不同的非线性函数进行给水和燃料配比，然后加上相应的动态补偿就可以保证水燃比的控制效果，因此这种形式的制粉系统是在直流机组中被广泛推荐使用的。
(3) 双出式直吹制粉系统，由于具备适用性强、结构简单、维护方便等特点，在常规的亚临界汽包锅炉中被广泛使用。但对于超临界直流炉使用，就会产生诸多不利因素。双进双出制粉系统进入磨煤机的瞬时煤量也是可准确测量的，但它不能代表锅炉的瞬时煤量，还要受风量测量、风门挡板开度、料位测量与控制水平的影响。
双进双出制粉系统入炉煤量的测量一般是通过测量进入炉膛的容量风流量来代替，容量风测量的诸多不确定因素严重影响了入炉煤量的测量：①取样管的泄漏、堵塞等均对风量测量产生一定影响，需要很好的维护才能保证；②磨煤机料位的变化，由于锅炉指令的不断变化，随着容量风挡板的改变，磨煤机的料位发生改变，影响进入锅炉的一次风的风粉浓度，进而影响实际的瞬时入炉煤量；③磨煤机的运行工况、磨煤机的煤粉分离器调整严重影响着磨煤机的风煤比或风粉比例；④料位的控制与测量水平也对入炉煤量的测量产生一定影响。
3 RB功能中的水燃比控制
对于DCS控制的大型机组来说，控制系统必须要完成机组的稳定负荷控制、变负荷控制、主要辅机故障工况下的快速减负荷控制。因此机组指令控制系统必须适时监视风、水、煤系统的运行状况，一旦
检测到机组主要辅机出现跳闸，控制系统必须要以特定的控制方式、特定的机组负荷变化率、特定的机组目标负荷发出快速减负荷指令，适时地控制机组的负荷、压力、温度，完成RUNBACK功能。
由于在RB过程中，机组的负荷为开环控制，锅炉侧只需维持合适的燃烧率使之与目标负荷基本相符即可，主蒸汽压力调节由汽机主控维持，主蒸汽温度作为直流炉中的非常重要的信号，只能依靠水燃比的控制实现，如果控制效果不好，造成蒸汽温度的大幅度波动，危及汽轮机组的安全运行。
水燃比的控制主要有两种设计理念：一种是将水燃比控制信号加到燃料控制回路中，通过燃料指令的改变达到水燃比调整的目的，如邹县电厂1000 MW机组设计使用该方案；另一种是将水燃比控制信号加到给水控制回路中，通过对给水量进行调整，以保证汽温的稳定。如果按照修正方式划分水燃比控制方案，又可分为比例调整和偏置调整两种，两者具有相同之处，也有不同点，在实际应用中各有优缺点。
下面以邹县1000 MW机组的设计为例，重点分析两种修正方式对再机组RB工况的影响。
图2所示为比例调整方案。给水和燃料同时接受锅炉主控制器的控制信号，水燃比控制信号对给水（燃料）进行比例修正，以达到调节汽温的目的。
图3所示为偏置调整方案。与比例调整不同之处为偏置调整方案的水燃比控制信号是以现有的理论给水量增加偏置量。
两种控制方案均是通过非线性函数完成给水流量和燃料量的理论配合，水燃比控制信号对给水（燃料）指令进行修正，以维持蒸汽温度。在机组稳定工况或负荷变化较慢的情况下，均可通过水燃比的调整达到汽温控制的目的。
但对于RUNBACK工况，由于机组要从当时的工况快速调整到另一工况，短时间工况变化巨大，水燃比无法正常调节，一般设计为保持当前的控制信号，在煤质变化不大的情况下，给水和燃料的比例值应该是固定的，但偏置调整量随机组负荷工况的变化而变化，因此比例调整的控制方案更加合适，偏置调整由于该偏置信号不能随着负荷指令的变化而改变，水燃比控制信号只是在当时工况（下转第38页）
图11爆口侧微观组织 图12爆口附近组织 图13内壁氧化层
图14 外壁氧化层 图15 内壁氧化层 图16 微观组织
2 结果分析
(1) 对图2中所示爆口及爆口对侧化学成分检验，其结果符合HGC4B8-2004采购规程要求。
(2) 对图3中所示爆口在正火面和向火面分别取样观察认为：两块试样非金属夹杂物分布正常，但两块试样金相组织差别较大，向火面微观组织为贝氏体，而背火面为铁素体+珠光体+贝氏体组织。且试样
内壁均有氧化层，其厚度分别为0.108～0.180 mm 和0.144～0.162 mm 。
通过上述观察认为，背火面的组织为原材料管的原始组织，而向火面组织为变化后的组织，从向火面组织的变化说明该处运行温度较高，并超过了该材料的相变点，使该处管子的抗拉性能降低而发生爆管。爆管后由于介质的快速冷却使向火面组织发生转变。另外，试样内外表面均有氧化层也说明该锅炉运行温度较高（因其运行时间短）。
3 结 论
(1) 水冷壁用管材成分符合HGC4B8-2004采购规程要求。
(2) 水冷壁爆管是由于锅炉超温运行而造成的。 □
编辑：巨 川
（上接第36页）下需要的偏置而已，不适应于机组工况大幅
铍铜
图2 水燃比－比例调整方案 图3 水燃比－偏置调整方案企业信用评分
4 邹县电厂1000 MW 机组应用
华电国际邹县发电厂#7机组为超超临界1000 MW 燃煤汽轮发电机组，锅炉由东方锅炉（集团）股份有限公司、BHK 、BHDB 制造，磨煤机为沈阳重型机械集团有限责任公司生产的双进双出直吹式磨煤机，喷燃器采用3层前后墙对冲布置。
在机组调试过程中协调控制和RB 功能投运良好，机组负荷变化率为20 MW/min 时，机前压力控制偏差最大0.73 MPa ，主蒸汽温度的最大控制偏差为6.3 ℃；进入试生产后，为进一步提高锅炉效率降低煤耗，对磨煤机制粉系统进行了优化调整，为降低煤粉细度，调整了煤粉分离器的开度，之后机组的协调控制效果明显下降，而且两次的RB 动作锅炉工况变化巨大，蒸汽温度发生大幅度波动。
分析发现，试运期间，满负荷对应的容量风量为400 t/h 左右，制粉系统调整后，满负荷对应的容量风流量达到600 t/h 左右，制粉系统调整前磨煤机的风煤比（容量风与给煤
量之比）为0.8～1.0之间，系统调整后风煤比接近1.5，原有的给水流量和燃料量的煤质函数已经不能满足控制的需要，严重影响了机组协调控制系统的控制效果。
根据实际运行数据修改相应给水流量和燃料量的配置函数后，机组协调控制和RB 功能恢复正常，运行良好。
总之，制粉系统风煤比的基本稳定是机组实现良好控制的基础，如不能保证内部风煤比的稳定，就无法完成水燃比
电子煎药壶的准确控制。
5 结 论
水燃比在超临界机组控制中处于至关重要的位置，贯穿于众多的控制子系统和控制功能中，深入地研究各参数的对
象特性，掌握水燃比的控制特点是提高机组控制水平的基础。本文结合邹县1000 MW 超超临界机组调试过程中出现的问题，探讨了超临界机组水燃比控制的特点和存在问题，分析了水燃比控制在超临界机组控制中的重要性，首次研究了制粉系统对水燃比控制的影响和工程应用情况，以及RB 功能中水燃比控制问题，并提出了相应的控制方案，对超临界机组的调试和日常维护有指导意义。 □
参 考 文 献
[1] 张朝阳, 等. 600 MW 超临界直流炉机组协调控制系统策略[J]. 华北电力技术, 2007, (1): 24～28.
[2] 杨景祺, 戈黎红, 等. 超临界参数机组控制系统的特点及其控制策
略[J]. 中国动力工程学报, 2004, (2): 221～225.
[3] 于达仁, 徐志强. 超临界机组控制技术及发展[J]. 热能动力工程,
2001, (3): 115～121.
[4] 戈黎红, 杨景祺. 超临界机组控制策略分析[J]. 发电设备, 2004,
(增刊): 1～
牌坊制作
4, 20.
[5] 沙友平
,
王利国
, 管春雨. 超临界机组典型系统的控制策略[J]. 中
国电力, 2006, (3): 82～85.
[6] 刘建江. 新华公司超临界机组控制系统解决方案[J]. 发电设备,
2004, (增刊): 38～39, 52.
[7] 夏明.超临界机组汽温控制系统设计[J].中国电力,2006, (3):74～77.
编辑：闻 彰
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