[发明专利]二次再热直流锅炉-汽轮机DBC协调控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种火电厂单元机组协调控制系统，特别是一种基于双向直接能质平衡机理的二次再热直流锅炉-汽轮机DBC协调控制系统，属于热工自动控制领域。

背景技术

上世纪30年代到60年代，欧洲开发出了两种直流锅炉专利技术，即本生(Benson)直流锅炉和苏尔寿(Sulzer)直流锅炉。同时，联邦德国、美国、原苏联等国家先后建造超临界直流锅炉试验台进行了大量的试验研究工作，其结果发现不仅超临界机组的效率更高，超临界蒸汽也有其一定优越性。因此，吸引了当时经济发展快、电力需求高、竞争力较强的发达国家如美国、苏联、日本等大力发展超(超)临界参数的火力发电机组。1959年，容量为325MW、参数为36.5MPa/654℃/566℃/566℃的二次再热超超临界机组在美国艾迪斯顿(Eddystone)电厂投运，锅炉由美国燃烧工程公司(CE)设计制造，汽轮发电机组由美国西屋公司(Westinghouse)制造，机组控制系统则由当时美国著名的仪表制造商L&N公司提供，这也是迄今为止世界上设计参数最高的火力发电机组。但由于美国第一批投入商业运行的超超临界机组陆续暴露出了在可靠性和适应性等方面的诸多问题，其发展经历了一个先扬后抑的过程。到上世纪70年代中期，由于石油危机和环境因素等的影响，美国、法国等先进工业国家转而大力发展核电技术。1979年美国国内总共只订购了18台锅炉，无论从锅炉的台数和容量看，都下降到1960年以来的最低水平，而且，这些机组全部是亚临界压力锅炉。

而从70年代起，随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，自动控制理论和工业自动控制系统进入了一个迅速发展的时期，尤其是计算机分布式控制系统DCS的出现，对电站自动化技术的发展起到了极大的促进作用。而L&N公司著名的DEB直接能量平衡协调控制系统(简称DEB协调控制系统，参见美国专利U.S.3545207、U.S.3802189、U.S.3896623、U.S.4174618、U.S.4213304)也是在这一时期提出的。在L&N公司汽包锅炉-汽轮机DEB协调控制系统中，汽机侧主控回路稳定工况闭环调节功率，在机前压力偏差超死区时设计有压力拉回控制作用，锅炉侧主控回路则是以反映汽机对锅炉能量需求的能量平衡信号P_S×P₁/P_T作为锅炉侧的负荷前馈指令，热量信号P₁+K×dP_D/dt作为燃料量反馈，将单元机组锅炉和汽轮发电机组这一相互影响的复杂多变量控制系统单向解耦，转化为单变量系统。系统固有保持机前压力等于其定值的能力，从而无需机前压力闭环校正回路。上世纪80年代初，我国从美国CE公司和Westinghouse公司引进了亚临界燃煤火力发电机组设计制造技术，DEB协调控制系统也开始在国内的汽包锅炉-汽轮发电机组中得到了广泛的应用^[1]。

从上世纪80年代起，美国火力发电技术的研究重心更多地转向了效率更高的联合循环发电技术。因此，尽管在上世纪的后三～四十年里，美国在传统火力发电技术领域的研发和应用一直处于世界领先地位，但其后的发展速度相对缓慢，逐渐失去了原有的优势，一些著名的电站设备制造厂商纷纷兼并重组。包括美国L&N公司也数度易手(现为Metso公司)，虽然其DCS产品仍在发展，由MAX-1过渡到MAX-1000，并发展为现在的maxDNA，但其在机组协调控制系统方面的研究到上世纪80年代后期就基本停滞不前了^[2]。

美国的大型电站锅炉制造技术逐步转移到欧洲、日本等国家之后，在这些国家得到了进一步的开发推广，并围绕美国巴布科克·威尔科克斯公司(B&W)、美国燃烧工程公司(CE)和美国福斯特·惠勒公司(FW)的电站锅炉制造技术形成了三个各具特色的技术流派。上世纪70年代，随着锅炉材料和制造工艺的成熟，尤其是欧洲开发出了目前被广泛应用的、更适合于变压运行的螺旋管圈膜式水冷壁直流锅炉之后，超临界机组进入了一个新的发展时期。