锅炉过热蒸汽温度的控制关系到机组运行的 安全性和经济性，超临界机组过热蒸汽温度对象具 有大延迟、大惯性、非线性、时变性等特性，负荷、煤 种、燃水比、给水温度、过量空气系数、火焰中心高 度等参数及受热面结渣情况均会对过热蒸汽温度 造成明显影响，因此过热蒸汽温度控制一直是超临 界机组控制策略研究的重点和难点。本文以某350 MW超临界锅炉机组为对象，对过热蒸汽喷水减温 控制策略进行分析研究，为今后过热蒸汽温度控制 系统的设计提供参考。 1 锅炉机组概况

某350 MW超临界机组锅炉为超临界参数、变 压运行、螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次再热、前后 墙对冲燃烧方式、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、 全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉，配备不带再循环泵 的大气扩容式启动系统。锅炉省煤器进口给水温 度为280 ℃（BMCR工况），其他主要参数见表 1所 示。

表 1(Table 1)

表 1 锅炉主要参数

表 1 锅炉主要参数

过热器设置2级喷水减温器，第1级布置在立 式低温过热器和屏式过热器之间，第2级布置在屏 式过热器和末级过热器之间，每级喷水减温器分A、 B 2路并列布置。过热器喷水减温工艺流程如图 1 所示。为消除两侧烟气偏差的影响，过热器系统进 行了2次交叉^[1]。减温水由给水操作台后高压给水 管道引出，依次经过流量测量孔板、电动隔离阀、电 动调节阀、手动隔离阀后进入减温器。

图 1(Figure 1)

图 1 过热器喷水减温工艺流程

该锅炉过热蒸汽温度控制采用燃水比调节作 为粗调，两级喷水减温作为细调，汽水分离器出口 汽温作为燃水比的控制点^{[2, 3]}。每级减温器的设计 喷水量为对应负荷下主蒸汽流量的3%，系统可在 35%～100%BMCR负荷范围内维持末级过热器出口 汽温在规定范围内。过热器A、B两侧喷水减温控 制策略相同，以下仅对A侧过热器喷水减温控制策 略进行分析。 3.1 过热器一级喷水减温控制系统

过热器一级喷水减温控制系统的作用是控制 屏式过热器出口蒸汽温度在允许范围内变化，其控 制原理如图 2所示。

图 2(Figure 2)

A侧一级减温器喷水电动调节阀3LAE14AA301 图 2 过热器一级喷水减温控制系统控制原理

屏式过热器出口温度测量信号3HAH51CT601— 603经“3取中”模块运算得到出口温度信号，其与设 定值的偏差经贮水箱压力修正后换算得到屏式过 热器入口温差信号，减去锅炉负荷指令的微分前馈 信号，与屏式过热器入口温度信号相加得到屏式过 热器入口温度设定值^[4]。

屏式过热器入口温度测量信号3HAH32CT604— 606经“3取中”模块和四阶延时函数PT₄的延时运算 后得到的屏式过热器入口温度信号，与由屏式过热 器出口温差换算所得的屏式过热器入口温差在时 间上正好匹配，两者之和即为屏式过热器入口温度设定值^[4]。 3.1.2 屏式过热器出口温度设定值形成回路

二级减温器温差是锅炉负荷指令的函数，由二 级减温器出口温度测量信号3HAH51CT604—606 经“3取中”模块运算获得二级减温器出口温度信 号，该信号经过三阶延时函数PT₃的延时运算后，其 结果与二级减温器温差之和作为屏式过热器出口 蒸汽温度的设定值^{[4, 5]}。 3.1.3 锅炉负荷指令微分前馈信号

锅炉负荷指令经惯性函数f（t）、减法器构成锅 炉负荷指令微分信号，经比例放大环节、限幅环节、 减法器，以微分前馈的形式作用到屏式过热器入口 温度设定值回路。当锅炉负荷指令变大时，过热蒸 汽流量将增大，过热器一级减温器喷水量同步增 加，将锅炉负荷指令微分信号以前馈形式作用于屏 式过热器入口温度设定值回路，通过降低屏式过热 器入口温度设定值达到控制目的。当机组负荷变 化时，通过锅炉负荷指令微分前馈信号，提前改变 一级减温器喷水量，提高一级减温器出口温度信号 的负荷响应速度，稳定了屏式过热器入口温度，进 而控制其出口温度^[5]。 3.1.4 蒸汽过热度保护回路

为防止一级减温器过量喷水，导致屏式过热器 入口过热蒸汽进入饱和状态甚至带水，危及设备的 运行安全，该控制策略设计了屏式过热器入口过热 度保护回路。贮水箱压力随锅炉负荷变化，采用贮 水箱压力经函数运算后得到屏式过热器入口蒸汽 压力及该压力对应的饱和温度，其与经锅炉负荷修 正后的过热度裕量叠加后，作为屏式过热器入口温 度设定值的低限值，通过对一级减温器的喷水量进 行适当限制，保证屏式过热器入口温度始终都有合 理的过热度^[5]。 3.1.5 PI控制器

屏式过热器入口温度信号与设定值之差经PI调节器运算和限幅后作为A侧一级减温器喷水调节 阀的阀位指令，控制A侧一级减温器喷水量。PI调 节器的比例带受锅炉负荷指令的控制，与锅炉负荷 指令呈函数变化关系。 3.1.6 联锁、报警回路

屏式过热器出口温度的高限值是锅炉负荷指 令的函数，由其对经计算得出的屏式过热器出口蒸 汽温度设定值进行高值限制，防止屏式过热器出口 蒸汽温度超限。当屏式过热器出口温度设定值超 限时，发出“最高温度限制运行”报警。当屏式过热 器入口温度设定值低于防饱和回路设定的低限时， 发出“饱和极限运行”报警。当锅炉负荷指令低于 某一限制值或A侧一级喷水减温控制站切手动时， 延时函数PT₄和f（t）复位，其输出信号等于输入信号 （无延时），此时，锅炉负荷指令微分前馈信号被切 除^[6]。 3.2 过热器二级喷水减温控制系统

过热器二级喷水减温控制系统的任务是将末 级过热器出口蒸汽温度控制在允许范围内，温差修 正和过热度保护信号取自末级过热器出口压力， 控制原理（见图 3）与一级喷水减温控制系统控制原 理的区别主要有以下几个方面。

图 3(Figure 3)

A侧二级减温器喷水电动调节阀3LAE13AA301 图 3 过热器二级喷水减温控制系统控制原理

在锅炉启动阶段，末级过热器出口汽温设定值 由末级过热器出口汽温实测值、经变化率限制的末 级过热器出口汽温实测值，以及由锅炉负荷指令经 函数运算确定的末级过热器出口汽温值三者经小 选后确定，控制末级过热器出口汽温设定值在锅炉 负荷指令的限制下以喷水电动调节阀可接受的变 化率逐渐升至566 ℃。一旦末级过热器出口温度设 定值达到566 ℃，等值控制器使RS触发器置位，末 级过热器出口汽温设定值自动跳变为额定值571 ℃ （运行人员可根据需要手动实现这一切换）。运行 过程中，等值控制器一直监视小选器的输出值T，当 566 ℃≤T≤576 ℃时,保持末级过热器出口汽温设 定值为571 ℃；由于锅炉负荷指令的限制，小选器的 输出不能高于571 ℃，当T<566 ℃时，末级过热器 出口汽温设定值由571 ℃切换为小选器输出值。当 锅炉发生MFT时，末级过热器出口汽温设定值切换 为小选器的输出。 3.2.2 末级过热器出口温度微分前馈信号

为克服末级过热器出口汽温动态特性延迟、改 善控制品质，除锅炉负荷指令前馈外，在过热器二 级喷水减温控制系统中还设计了末级过热器出口汽温微分前馈信号，微分强度由锅炉负荷指令控 制。 3.2.3 联锁及报警回路

当锅炉负荷指令高于某一负荷时，末级过热器 出口温度低于566 ℃时发“末级过热器出口温度低” 报警信号；当末级过热器出口温度高于576 ℃时发 “末级过热器出口温度高”报警信号，提醒运行人员 及时采取措施。 3.3 喷水减温隔离阀控制逻辑 3.3.1 一级喷水减温隔离阀控制逻辑 3.3.1.1 允许开逻辑

以下条件都具备时，允许开过热器一级喷水减 温隔离阀：

（1） 锅炉负荷≥20%BMCR；

（2） 无MFT；

（3） 一级喷水减温调节阀已关。 3.3.1.2 自动开逻辑

当屏式过热器出口温度偏差超过预定值时，自 动连锁开启一级喷水减温隔离阀。 3.3.1.3 自动关逻辑

以下条件其中1项具备时，自动关闭一级喷水 减温隔离阀：

（1） 喷水减温调节阀关闭10 s后且屏式过热器 出口温差不超过预定值时，延时1 s；

（2） 锅炉MFT动作；

（3） 锅炉负荷<20%BMCR。 3.3.1.4 快关逻辑

（1） 锅炉MFT动作时，超驰关闭一级喷水减温 隔离阀。

（2） 当一级喷水减温隔离阀关闭时，强制关闭 一级喷水减温调节阀。 3.3.2 二级喷水减温隔离阀控制逻辑

二级喷水减温隔离阀控制逻辑中，“允许开”和 “自动关”逻辑中的锅炉负荷值由20%BMCR变为 10%BMCR，其他控制逻辑与一级喷水减温隔离阀 基本相同。 3.4 过热蒸汽喷水减温控制策略的特点

从上述分析可以看出，过热蒸汽喷水减温控制 策略不同于亚临界机组通常采用的串级过热汽温 控制策略及导前汽温微分信号的双回路过热汽温 控制策略，而是采用了带有前馈和反馈信号的双回 路控制结构（原理见图 4），控制策略具有以下特点。

图 4(Figure 4)

图 4 双回路控制结构原理

过热器出口汽温偏差代表了蒸汽质量流量与吸热量的不平衡程度，而这种不平衡需要通过改变 减温喷水量来消除^[7]。该控制策略假定过热器出口 汽温偏差完全由过热器入口汽温偏差引起，从而将 过热器出口汽温偏差等效变换为过热器入口汽温 偏差，实现了慢速外回路过热器出口汽温偏差对过 热器入口汽温偏差的反馈调节。对于超临界参数 机组，工质压力的变化将引起工质比热的变化，因 此利用分离器贮水箱或末级过热器出口蒸汽压力， 通过函数运算将屏式或末级过热器出口汽温偏差 变换为过热器入口汽温偏差。 3.4.2 采用延时环节模拟过热器系统延时时间

利用PTn延时环节模拟过热器系统的延时，配 合温差变换构成过热器入口温度设定值。二级喷 水减温控制系统中，通过锅炉负荷指令与末级过热 器出口汽温之间的函数关系确定末级过热器出口 汽温设定值，末级过热器出口汽温偏差经末级过热 器出口蒸汽压力的函数换算得到等效的末级过热 器入口汽温偏差，这2个温差在时间上相差1个末 级过热器的延迟时间。利用三阶延时函数PT₃模拟 末级过热器的延迟时间，末级过热器入口汽温测量 值（3HAH51CT604—606）经“3取中”模块、PT₃延时 环节，得到与末级过热器入口汽温偏差在同一时刻 的末级过热器入口温度，两者之和即为系统所要求 的末级过热器入口汽温设定值。

一级喷水减温控制系统采用PT₄延时环节模拟 屏式过热器的延迟时间，其原理与二级喷水减温控 制系统相同。 3.4.3 采用自适应控制策略克服对象的非线性、时变性

根据锅炉负荷指令，经函数运算后对过热器的 延时时间、PI调节器比例增益进行实时修正，使控 制系统能够适应对象随负荷变化而呈现的非线性、 时变性特点。 3.4.4 控制器整定

采用惰性区温差与导前区温差间的函数运算 关系代替了惰性区控制器，整个控制系统只有1个 导前区PI控制器，简化了控制系统的结构，也使控制系统的整定变得非 常简单。 4 结语

超临界直流锅炉存在湿态和干态2种运行方 式，不同运行方式下，过热蒸汽温度的动态特性存 在较大差异，增加了超临界锅炉过热蒸汽温度的控 制难度。本文介绍的超临界锅炉过热蒸汽温度控 制策略综合采用了惰性区和导前区温差函数变换、 负荷变比例增益控制器、负荷和末级过热器出口温 度微分前馈、过热度保护等控制手段，设计完善、功 能全面、整定简单，可供同类型机组借鉴。