CN110360538A

CN110360538A - 一种二次再热锅炉在变负荷过程中的蒸汽温度控制方法

Info

Publication number: CN110360538A
Application number: CN201910650570.8A
Authority: CN
Inventors: 严俊杰; 王朝阳; 刘明; 种道彤
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2019-10-22

Abstract

本发明公开了二次再热锅炉在变负荷过程中的蒸汽温度控制方法，1、收集锅炉干态不同运行负荷下，稳态运行工况下的锅炉各个受热面的温度，并将其转换成锅炉受热面总蓄热量；2、变负荷瞬态过程中，从机组DCS系统，提取各个锅炉瞬态受热面壁温，并通过温度‑蓄热之间的转换关系，计算实时蓄热量；3、将负荷指令下锅炉受热面对应的稳态蓄热量变化率与锅炉受热面实时总蓄热变化率对比，将其差值除以给煤的低位发热量LHV作为锅炉实时给煤控制速率的前馈修正值4、将一、二次再热蒸汽温度的实时偏差值通过控制器处理后相加，作为负反馈修正值5、将锅炉负荷指令下的给煤指令与和相加，得到修正的给煤速率

Description

一种二次再热锅炉在变负荷过程中的蒸汽温度控制方法

技术领域

本发明属于火电厂热工控制技术领域，具体涉及一种二次再热锅炉在变负荷过程中的蒸汽温度控制方法，为二次再热机组在参与调峰瞬态过程中，锅炉出口蒸汽温度的综合控制方法，既考虑了再热蒸汽温度的反馈，又考虑了锅炉受热面的蓄热变化前馈，从锅炉入炉煤速率进行修正控制，结合传统的喷水减温蒸汽温度控制手段，以保证机组在变负荷瞬态过程中的平稳运行。本发明可为频繁调峰电站采纳使用。

背景技术

近几年来，太阳能、风能等可再生资源发电的规模逐步发展壮大，但其发电功率易受到气候、天气和季节等自然因素的影响。这些特点致使可再生资源发电的并网给整个电网的安全平稳运行带来了新挑战。在中国，火电机组占据绝对规模优势，为平抑电网的负荷波动，火力发电机组频繁参与调峰变负荷任务。二次再热机组具有高效率、低排放等突出的优点，在火电装机规模中逐渐发展壮大。但二次再热锅炉，具有更多的受热面，其热惯性较同等级的一次再热锅炉更加明显，调峰变负荷瞬态过程中其大延迟、大惯性特点越发明显。在大范围、高速率变负荷瞬态过程中锅炉出口的蒸汽温度(特别是一、二次再热蒸汽温度)易发生频繁波动和大幅度超调现象。究其原因，在于不同运行工况下，锅炉受热面的蓄热存在差异，变负荷过程中，蓄热的差异不能及时弥补，最明显的表征就是锅炉出口蒸汽温度偏差较大。为解决此类问题，需从蓄热差异的机理出发，从给煤控制速率的角度解决蒸汽温度偏差较大的问题。给煤控制速率的修正基准是锅炉蓄热状态的差异大小，以及蒸汽出口温度的偏差大小。为使锅炉蒸汽出口温度在变负荷瞬态过程中得到精准的控制，本发明提出了一种考虑锅炉受热面蓄热影响和再热蒸汽出口温度偏差的给煤速率修正方法，结合现有机组协调控制系统中的传统温度控制方法，对调峰电厂的平稳运行提供参考。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种二次再热锅炉在变负荷过程中的蒸汽温度控制方法，为频繁调峰的二次再热火电机组锅炉侧出口蒸汽温度的稳定控制提供技术支撑，从不同工况下锅炉各个受热面的蓄热状态存在差异出发，揭示瞬态蓄热量与负荷指令下对应的稳态蓄热量存在差异，是瞬态过程中蒸汽温度偏差较大的本质原因；本发明旨在从修正入炉给煤速率的角度直接控制锅炉出口的蒸汽温度。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种二次再热锅炉在变负荷过程中的蒸汽温度控制方法，在变负荷瞬态过程中，将主蒸汽以及一、二次再热蒸汽出口温度控制与锅炉实时入炉煤速率相关联，进而从给煤速率控制的角度直接参与蒸汽温度的控制，主要包含以下几个步骤：

步骤1)：收集锅炉干态不同运行负荷下，即30％-100％THA全工况中，稳态运行工况下的锅炉各个受热面的温度，进而将其转换成锅炉受热面总蓄热量Q_t,l-c，并建立锅炉受热面总蓄热量Q_t,l-c与负荷L一一对应的分段线性插值函数f₁；

步骤2)：变负荷瞬态过程中，从机组DCS系统，提取各个锅炉瞬态受热面壁温T_i,M，并通过温度-蓄热之间的转换关系(结合受热面的质量M_i,M和比热容c_M)，计算实时蓄热量Q_t,r-t；

步骤3)：将负荷指令下二次再热锅炉受热面对应的稳态蓄热量变化率与锅炉受热面实时总蓄热变化率对比，将其差值除以给煤的低位发热量LHV作为锅炉实时给煤控制速率的前馈修正值将一、二次再热蒸汽温度的实时偏差值通过控制器处理后相加，作为负反馈修正值

步骤4)：将前馈修正值与负反馈修正值相加得到总修正值将与实时入炉煤速率相加，得到修正的入炉煤速率

步骤5)：将修正的入炉煤速率输入到机组DCS系统，从给煤速率控制的角度，改变了实时的入炉煤速率；改变给煤速率是从锅炉烟风侧着手对蒸汽温度进行控制的手段，再结合锅炉汽水侧喷水减温调温手段，实现二次再热锅炉的蒸汽温度的精确控制。

本发明应用于超临界或超超临界二次再热锅炉上，其基本燃料控制方式为煤跟水控制。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

由于本发明采用的数据来自原有的机组DCS系统，并没有增加额外的采集设备，以及运行这些设备的能耗，是通过现有的数据库和实时监控数值进行运算操作，完善原有的温度控制系统。因此可以快速投入使用，投资成本低的特点。

附图说明

图1为二次再热锅炉在瞬态变负荷过程中再热蒸汽温度控制方法SAMA图。

图2为f₁函数的计算方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例子对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明一种二次再热锅炉在变负荷过程中的蒸汽温度控制方法，具体步骤如下：

步骤1)：收集锅炉干态不同负荷下，即30％-100％THA全工况中，稳态运行工况下的锅炉各个受热面的温度，进而将其转换成锅炉受热面总蓄热量Q_t,l-c，并建立锅炉受热面总蓄热量Q_t,l-c与负荷L一一对应的分段线性插值函数f₁；f₁的建立过程在附图2中体现；从锅炉各个受热面壁温到锅炉受热面总蓄热量的转换过程即温度-蓄热转换函数f₂的具体计算方法如下：

锅炉在不同运行工况下，其受热面壁温存在差异，假设换热器编号为i，在锅炉负荷为L时，其受热面平均壁温为T_i,M，则锅炉受热面蓄热量为:

Q_i,M＝M_i,M·c_M·(T_i,M-T₀)

式中：Q_i,M为锅炉在负荷为L时，编号为i的换热器受热面的蓄热量，kJ；T₀是环境温度，℃；M_i,M是锅炉受热面的质量，kg；c_M是锅炉受热面比热容，kJ/(kg·℃)；

整个锅炉受热面蓄热量为:

式中：Q_t,l-c为锅炉受热面总蓄热量，kJ；；n为设备总数；角标t为total缩写，代表总和；

步骤2)：变负荷瞬态过程中，从机组DCS系统，提取各个锅炉瞬态受热面壁温T_i,M，并通过温度-蓄热转换函数f₂，计算实时蓄热量Q_t,r-t；

如图2所示，分段线性插值函数f₁的建立过程为：从机组DCS数据库，提取锅炉不同锅炉受热面的壁温T_i,在此基础上利用温度-蓄热转换函数f₂，可得到锅炉受热面总蓄热量Q_t,l-c。分别得到30％THA、50％THA、75％THA和100％THA下的稳态蓄热量：Q_30％、Q_50％、Q_75％和Q_100％。在负荷范围为30％THA-100％THA范围内，如图2连接相邻的负荷点，形成此范围内的连续函数f₁。由此，任何一个负荷点L都会对应一个实时蓄热量Q_t,r-t。

步骤3)：将负荷指令下二次再热锅炉受热面对应的稳态蓄热量变化率与锅炉受热面实时总蓄热变化率输入f₃函数，f₃函数的具体计算方法为：将与的差值除以给煤的低位发热量LHV作为锅炉实时给煤控制速率的前馈修正值和的计算如下：

式中：L为负荷指令，MW；t为时间，s；LHV是给煤的低位发热量，kJ/kg；

一、二次再热蒸汽温度的设计值为T_rh1,sp和T_rh2,sp，实时值为T_rh1和T_rh2。将一、二次再热蒸汽温度的实时偏差值通过控制器处理后，作为反馈修正值

步骤4)：将前馈修正值与负反馈修正值相加得到总修正值将与负荷指令下的入炉煤速率相加，得到修正的入炉煤速率

步骤5)：将修正的入炉煤速率输入到机组DCS系统，从给煤速率控制的角度，改变了实时的入炉煤速率；改变给煤速率是从锅炉烟风侧着手对蒸汽温度进行控制的手段，再结合锅炉汽水侧喷水减温等调温手段，可实现二次再热锅炉的蒸汽温度的精确控制。

Claims

1.一种二次再热锅炉在变负荷过程中的蒸汽温度控制方法，其特征在于：在变负荷瞬态过程中，将主蒸汽以及一、二次再热蒸汽出口温度控制与锅炉实时入炉煤速率相关联，进而从给煤速率控制的角度直接参与蒸汽温度的控制，主要包含以下几个步骤：

步骤2)：变负荷瞬态过程中，从机组DCS系统，提取各个锅炉瞬态受热面壁温T_i,M，并通过温度-蓄热之间的转换关系，计算实时蓄热量Q_t,r-t；

2.根据权利要求1所述的一种二次再热锅炉在变负荷过程中的蒸汽温度控制方法，其特征在于：应用于超临界或超超临界二次再热锅炉上，其基本燃料控制方式为煤跟水控制。