【正文】 技術(shù)專題介紹 7 600MW超臨界機(jī)組 鄭州電力高等?？茖W(xué)校 楊建華 超臨界鍋爐運(yùn)行技術(shù) 主要內(nèi)容 ? 1. 鍋爐運(yùn)行調(diào)整的任務(wù) ? 2. 超臨界鍋爐運(yùn)行調(diào)整的方法和手段 1. 鍋爐運(yùn)行調(diào)整的任務(wù) FDF PAF IDF Stack EP AH 磨煤機(jī) Boiler G HP IP LP LP 600MW 1. 鍋爐運(yùn)行調(diào)整的任務(wù) ? (1) 保證負(fù)荷 (蒸發(fā)量 )要求 ? (2) 保持蒸汽參數(shù)穩(wěn)定 – 汽溫 – 汽壓 ? (3) 保證高燃燒效率 ? (4) 保證機(jī)組運(yùn)行安全 ,延長使用壽命 2. 超臨界鍋爐運(yùn)行調(diào)整的 方法和手段 ? (1) 負(fù)荷 (蒸發(fā)量 )控制的方法和手段 ? (2) 汽溫調(diào)節(jié)的方法和手段 ? (3) 汽壓調(diào)節(jié)的方法和手段 ? (4) 如何保證高燃燒效率 ? (5) 如何保證機(jī)組運(yùn)行安全 ,延長使用壽命 FDF PAF IDF Stack EP AH 磨煤機(jī) Boiler G HP IP LP LP 600MW 凝汽器 GC CP CBP 頂 棚 包 墻 低 過 屏 過 高 過 IP HP LP 316 LPB 361 分離器 儲(chǔ) 水罐 除氧器 給 水 泵 高加 低加 低加 水冷壁 省煤器 后 墻 前 墻 C B A E D F 啟 動(dòng) 油 槍 暖磨 煤粉燃 燒 器 CCP 頂 棚包 墻低 過屏 過高 過低再 高再 G 汽 輪 機(jī)排汽 負(fù)荷 給煤 煤水比 噴 水 再熱汽溫 過熱汽溫 給水量 汽溫 汽壓 煙氣擋板 燃燒 配風(fēng) 引風(fēng)機(jī) 送風(fēng)機(jī) 磨煤機(jī) 給煤機(jī) 被控參數(shù) ? (1)給水流量／蒸汽流量 ? 因?yàn)榻o水系統(tǒng)和蒸汽系統(tǒng)是直接連通的，且由于超臨界鍋爐直流蓄熱能力較小，給水流量和蒸汽流量比率的偏差過大將導(dǎo)致較大的汽壓波動(dòng)。 ? (2)煤水比 ? 穩(wěn)定運(yùn)行工況時(shí)，煤水比必須維持不變，以保證過熱器出口汽溫為設(shè)計(jì)值。而在變動(dòng)工況下，煤水比必須按一定規(guī)律改變，以便既充分利用鍋爐蓄熱能力，又 按要求增減燃料，把鍋爐熱負(fù)荷調(diào)到與機(jī)組新的負(fù)荷相適應(yīng)的水平 . ? (3)噴水流量／給水流量 ? 超臨界鍋爐噴水僅能瞬時(shí)快速改變汽溫．但不能始終維持汽溫，因?yàn)檫^熱受熱面的長度和熱焓都是不定的。為了保持通過改變噴水流量來校正汽溫的能力，控 制系統(tǒng)必須不斷地把噴水流量和總給水流量之比恢復(fù)到設(shè)計(jì)值。 ? (4)送風(fēng)量／給煤量 (風(fēng)煤比 ) ? 為了抑制 NOx的產(chǎn)生，以及鍋爐的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行，需對(duì)各燃燒器的進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行控制，具體是通過各層燃燒器的二次風(fēng)門和燃盡風(fēng)門控制風(fēng)量，每層風(fēng)量根據(jù) 負(fù)荷對(duì)應(yīng)的風(fēng)煤比來控制。 (1) 負(fù)荷 (蒸發(fā)量 )控制的 方法和手段 ? 控制手段 :給水流量 ? 給水系統(tǒng)和蒸汽系統(tǒng)是直接連通的， ? 給水流量 =主蒸汽流量 超臨界機(jī)組給水控制 給水系統(tǒng)的控制策略 在機(jī)組燃燒率低于 35％ BMCR時(shí)，鍋爐處于非直流運(yùn)行方式，分離器處于濕態(tài)運(yùn)行，分離器中的水位由分離器至除氧器以及分離器至擴(kuò)容器的組合控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，給水系統(tǒng)處于循環(huán)工作方式； 在機(jī)組燃燒率大于 35％ BMCR后，鍋爐逐步進(jìn)入直流運(yùn)行狀態(tài)。給水控制系統(tǒng)原理見圖 1。因此，超臨界機(jī)組鍋爐給水控制分低負(fù)荷時(shí)的汽水分離器水位調(diào)節(jié)及鍋爐直流運(yùn)行 (35％ BMCR以上 )時(shí)的煤／水比調(diào)節(jié) 。 2． 3． 1 汽水分離器水位調(diào)節(jié) 分離器水位通過改變鍋爐給水量來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)生水膨脹時(shí)，由 水位 調(diào)節(jié)閥來輔助控制分 離器水位。根據(jù)鍋爐汽水分離器貯水罐水位，按比例控制鍋爐汽水分離器的貯水罐水位調(diào)節(jié)閥開度。 2． 3． 2 給水調(diào)節(jié) (1)一級(jí)減溫器前后溫差。 由于在運(yùn)行過程中，爐膛燃燒情況、過熱器對(duì)流 /輻射吸熱特性等因素的影響，鍋爐受熱面在不同負(fù)荷情況下吸熱比例變化較大。若要保持微過熱段汽溫和各級(jí)減溫器出口汽溫為定值，則各級(jí)噴水量變化就較大。為了克服這一缺點(diǎn)，采用保持減溫器前后溫差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。燃水比作為過熱蒸汽溫度控制的粗調(diào)方式，直接影響過熱蒸汽溫度，噴水減溫器前后溫差作為輔助手段調(diào)節(jié)過熱蒸汽，將調(diào)整燃水比與噴水減溫二者協(xié)調(diào)起來，實(shí)現(xiàn)燃水比控制與噴水減溫控制方式間的解耦作用。由于給水量調(diào)整燃水比對(duì)汽溫的影響滯后較大，且燃水比著重于保持汽溫的長期穩(wěn)定，因此，一級(jí)溫差偏差對(duì)燃水比的校正作用相對(duì)較緩慢。 (2)控制策略。 A側(cè)、 B側(cè)一級(jí)減溫器前后溫差二取一，與負(fù)荷經(jīng) f(x) 形成的要求值進(jìn)行比較，其偏差送入溫差 PID控制器，其輸出與調(diào)速級(jí)壓力、平均溫度等前饋量相加，作為焓值設(shè)定值與用分離器出口溫度和出口壓力計(jì)算出的實(shí)際焓值比較，偏差送入焓值 PID調(diào)節(jié)器，其輸出加上燃料偏差作為給水量的要求值。該要求值與實(shí)際總水量的偏差送入給水調(diào)節(jié)器，產(chǎn)生給水指令信號(hào)。給水指令經(jīng)平衡算法，送入 2臺(tái)汽動(dòng)泵和一臺(tái)電動(dòng)泵，去控制給水量。當(dāng)汽動(dòng)泵 A、 B都自動(dòng)時(shí)，可手動(dòng)給定泵的偏置量，以承擔(dān)不同負(fù)荷要求。當(dāng)汽動(dòng)泵 A、 B有手動(dòng)時(shí)，自動(dòng)生成偏置，實(shí)現(xiàn) 2泵負(fù)荷的平衡。而電動(dòng)泵只能手動(dòng)給定泵的偏置量。 (2)總給水量 A側(cè)、 B側(cè)一級(jí)減溫水流量和 A側(cè)、 B側(cè)二級(jí)減溫水流量，經(jīng)平滑處理相加可得總噴水流量； 3個(gè)主給水流量信號(hào)經(jīng)主給水溫度修正后三取中，可得主給水量；總噴水流量與主給水量相加得總給水流量。 大唐潮州電廠 600MW超臨界機(jī)組鍋爐汽水系統(tǒng) 大唐潮州電廠 600MW超臨界機(jī)組除氧給水系統(tǒng) 大唐潮州電廠 600MW超臨界機(jī)組負(fù)荷管理中心 大唐潮州電廠 600MW超臨界機(jī)組的 DEH系統(tǒng) (2) 汽溫調(diào)節(jié)的方法和手段 ? 過熱汽溫調(diào)節(jié) – 煤水比作為粗調(diào) – 噴水減溫為細(xì)調(diào) ? 再熱汽溫調(diào)節(jié) – 煙氣擋板 超臨界機(jī)組汽溫調(diào)整手段分析 ? 汽包爐機(jī)組中能夠長期控制汽溫的手段如減溫噴水、燃燒器擺角在超臨界機(jī)組中的作用已完全不同。 ? (1)減溫噴水引自進(jìn)入鍋爐的總給水量，它實(shí)質(zhì)上是調(diào)整了工質(zhì)流量在水冷壁和過熱器之間的分配比例。圖 1所示為不同減溫噴水量對(duì)直流爐各區(qū)段工質(zhì)溫度的影響。減溫噴水量改變了這些中間區(qū)段的熱量／水量比值，因而區(qū)段內(nèi)工質(zhì)溫度發(fā)生相應(yīng)變化。但因最終進(jìn)入鍋爐的總給水量未改變，燃水比未改變， 穩(wěn)態(tài)時(shí)鍋爐出口過熱汽溫也不會(huì)改變。 鍋爐過熱蒸汽溫度控制 3． 2． 1 燃料、給水比 (煤水比 ) 只要燃料、給水比的值不變，過熱汽溫就不變。只要保持適當(dāng)?shù)拿核?，在任何?fù)荷和工況下，直流鍋爐都能維持一定的過熱汽溫。 3． 2． 2 給水溫度 正常情況下，給水溫度一般不會(huì)有大的變動(dòng)；但當(dāng)高壓加熱器因故障退出運(yùn)行時(shí)，給水溫度就會(huì)降低。對(duì)于直流鍋爐，若燃料不變，由于給水溫度降低時(shí)，加熱段會(huì)加長、過熱段縮短，因而過熱汽溫會(huì)隨之降低，負(fù)荷也會(huì)降低。 3． 2． 3 過?？諝庀禂?shù) 過?？諝庀禂?shù)的變化直接影響鍋爐的排煙損失。影響對(duì)流受熱面與輻射受熱面的吸熱比例。當(dāng)過?？諝庀禂?shù)增大時(shí)，除排煙損失增加、鍋爐效率降低外，爐膛水冷壁吸熱減少，造成過熱器進(jìn)口溫度降低、屏式過熱器出口溫度降低；雖然對(duì)流過熱器吸熱量有所增加，但在煤水比不變的情況下，末級(jí)過熱器出口汽溫會(huì)有所下降。過剩空氣系數(shù)減小時(shí)的結(jié)果與增加時(shí)的相反。若要保持過熱汽溫不變，則需重新調(diào)整煤水比。 3． 2 影響過熱蒸汽溫度的主要因素 3． 2． 4 火焰中心高度 火焰中心高度變化造成的影響與過?？諝庀禂?shù)變化的影響相似。在煤水比不變的情況下，火焰中心上移類似于過?？諝庀禂?shù)增加，過熱汽溫略有下降；反之，過熱汽溫略有上升。若要保持過熱汽溫不變，亦需重新調(diào)整煤水比。 3． 2． 5 受熱面結(jié)渣 煤水比不變的調(diào)節(jié)下，爐膛水冷壁結(jié)渣時(shí)，過熱汽溫會(huì)有所降低；過熱器結(jié)渣或積灰時(shí)，過熱汽溫下降較明顯。前者情況發(fā)生時(shí)，調(diào)整煤水比就可；后者情況發(fā)生時(shí)，不可隨便調(diào)整煤水比，必須在保證水冷壁溫度不超限的前提下調(diào)整煤水比 (2)燃燒器擺角或煙氣擋板變化只影響鍋爐內(nèi)的熱量在各受熱面區(qū)段的分配，鍋爐內(nèi)吸收的總熱量并未改變。只改變熱量分配對(duì)工質(zhì)溫度的影響如圖 2所示。 (3)進(jìn)入鍋爐的燃燒率和給水量之間形成燃水比，只有這一總的比率發(fā)生改變，才能持續(xù)影響穩(wěn)態(tài)出口汽溫。通常鍋爐有二級(jí)、左右二側(cè)減溫噴水，這些減溫噴水提供瞬態(tài)的汽溫調(diào)整， 還可以補(bǔ)償局部的熱量和工質(zhì)配比的不平衡。 3． 3 過熱蒸汽溫度控制策略 在超臨界機(jī)組中， 通過燃水比才能長期維持過熱汽溫， 由于燃水比變化時(shí)過熱汽溫的響應(yīng)延時(shí)很大，幾乎不能直接使用過熱汽溫作為燃水比的反饋信號(hào)。在尋求快速、準(zhǔn)確反映燃水比變化的信號(hào)中，處于水冷壁出口的 微過熱汽溫或微過熱蒸汽焓值 ，對(duì)燃水比擾動(dòng)的響應(yīng)曲線斜率是單調(diào)的， 響應(yīng)相對(duì)較快并近似為一階慣性環(huán)節(jié)，在直流爐控制中得到廣泛應(yīng)用。 影響燃水比穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的因素多，對(duì)超臨界機(jī)組汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要意義，現(xiàn)分析如下。 2． 1 燃燒率與給水量的配合 燃水比不是恒定不變的， 它必須隨負(fù)荷的改變而改變。如下式： 式中 iht為主蒸汽焓值， kJ／ kg； ifw為給水焓值， kJ／ kg； F為燃料量， t／ h； W 為給水量， t／ h； Q為燃料低位發(fā)熱草， kJ／ kg； n為鍋爐效率。 鍋爐給水溫度隨負(fù)荷的增加而升高，因此 ifw也隨之升高；機(jī)組定壓運(yùn)行時(shí)，主蒸汽溫度和壓力為定值，即 ifw為一定值； Q 和 n可視為常數(shù)，因此燃水比是隨負(fù)荷的升高而減小的。無論是定壓還是滑壓運(yùn)行，這一公式都是計(jì)算靜態(tài)燃水比 與負(fù)荷關(guān)系的基本公式。 另 ?方面，燃料量和給水量在負(fù)荷改變時(shí)按燃水比進(jìn)行調(diào)整，但二者對(duì)汽溫的動(dòng)態(tài)影響是不同的。為減小負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)整過程中的汽溫波動(dòng)，還必須對(duì)負(fù)荷調(diào)整產(chǎn)生的燃料量指令和給水量指令分別設(shè)置動(dòng)態(tài)校正環(huán)節(jié)，保證燃料量和給水量的動(dòng)態(tài)匹配。 2． 2 微過熱汽溫和微過熱蒸汽焓值 微過熱汽溫在一定的過?？諝庀禂?shù)下也與鍋爐負(fù)荷密