【正文】 循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥和水位調(diào)節(jié)閥啟動時的過程如下圖所示。隨著鍋爐啟動過程中燃料量的增加，鍋爐的蒸汽量不斷增加直至當(dāng)燃料量大于35%BMCR負(fù)荷時，汽水分離器由濕態(tài)運行逐漸轉(zhuǎn)變成干態(tài)運行。此時汽水分離器的水位可切換由ANB閥控制，疏水至除氧器，實現(xiàn)工質(zhì)和熱量回收功能。系統(tǒng)中的3A閥是蘇爾壽（SULZER）直流鍋爐啟動系統(tǒng)的核心。分離器布置在爐膛水冷壁出口；在啟動或低負(fù)荷運行過程中，當(dāng)負(fù)荷低于35%BMCR時，分離器的作用就相當(dāng)于汽包爐的汽包，起汽水分離的作用，但與汽包不同的是分離出的水通過AA、AN和ANB三個閥門分別送入疏水?dāng)U容器和除氧器，進(jìn)行工質(zhì)和熱量回收。 我國第一臺引進(jìn)超臨界機(jī)組上海石洞口第二電廠的鍋爐啟動系統(tǒng)即為擴(kuò)容型內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)，目前上海鍋爐廠為山東黃島電廠二期工程設(shè)計的2x600MW超臨界機(jī)組鍋爐的啟動系統(tǒng)也是擴(kuò)容型內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)。 通過分析不難看出不帶循環(huán)泵啟動系統(tǒng)具有系統(tǒng)構(gòu)成簡單，運行安全、可靠，并能節(jié)約投資的優(yōu)點；但不帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)由于在啟動時高、低壓加熱器及爐內(nèi)的熱量，要通過冷凝器來冷卻，在啟、停時熱量有一定的損失，因此相比較帶循環(huán)泵的系統(tǒng)而言，其熱效率要低些。當(dāng)負(fù)荷達(dá)到最低直流點，爐膛水冷壁出口呈干飽和蒸汽時鍋爐轉(zhuǎn)為純直流運行方式，旁路系統(tǒng)退出。循環(huán)運行階段水在分離器儲水罐水位控制閥的控制下，由分離器儲水罐再返回冷凝器。與帶循環(huán)泵的循環(huán)系統(tǒng)相比減少了鍋爐循環(huán)泵、流量調(diào)節(jié)閥及其循環(huán)泵的輔助系統(tǒng)部分。2) 不帶循環(huán)泵的內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)東方鍋爐廠與日本日立巴布科克公司（BHK）技術(shù)合作，為華能太倉電廠等設(shè)計的本生鍋爐的啟動系統(tǒng)均是不帶循環(huán)泵的循環(huán)系統(tǒng)啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)示意圖如下：當(dāng)鍋爐達(dá)到3035%BMCR的最低直流工況時，將啟動系統(tǒng)解列，進(jìn)入熱備用狀態(tài)，系統(tǒng)則由再循環(huán)模式轉(zhuǎn)入直流方式運行，此時通往凝汽器管路上的水位調(diào)節(jié)閥和閉鎖閥全部關(guān)閉。冷態(tài)和溫態(tài)啟動時，在鍋爐點火20～30分鐘后，水冷壁即出現(xiàn)汽水膨脹，分離器貯水箱內(nèi)水位迅速上升至高水位或高高水位，此時打開通往凝汽器管道上的二只高水位調(diào)節(jié)閥及其閉鎖閥，將工質(zhì)排往凝汽器。這一階段為循環(huán)運行，水冷壁流量=給水泵出口流量+再循環(huán)流量。送至省煤器的水經(jīng)水冷壁加熱后，進(jìn)入汽水分離器，流體在汽水分離器內(nèi)分離成飽和蒸汽和水。1)在超臨界直流鍋爐中，為適應(yīng)變壓運行的要求，隨啟動時間長短及啟動頻率的大小，其啟動系統(tǒng)存在著兩種運行模式的選擇。當(dāng)轉(zhuǎn)入純直流運行后，分離器只起到一個蒸汽聯(lián)箱的作用。這里不再對外置式分離器啟動系統(tǒng)進(jìn)行深入討論，僅就內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)進(jìn)行分析和探討。分離器的切除一般采用等焓切換方式切換，但由于操作比較復(fù)雜，鍋爐出口主蒸汽溫度難以控制，而不被用戶接受。當(dāng)負(fù)荷達(dá)到一定值時，切除啟動分離器，鍋爐轉(zhuǎn)為純直流運行。 從上圖可以看出鍋爐啟動過程中隔離閥關(guān)閉，給水經(jīng)水冷壁后流入汽水分離器，進(jìn)行汽水分離。 a.C：使蒸汽參數(shù)滿足汽機(jī)啟動過程的需要。 直流鍋爐啟動旁路系統(tǒng)的主要功能：A：維持水冷壁具有流速穩(wěn)定的最小水流量，保持鍋爐啟動流量和啟動壓力。 直流鍋爐的啟動旁路系統(tǒng)超臨界鍋爐的啟動旁路系統(tǒng)是超臨界機(jī)組的重要組成部分，由于超臨界鍋爐沒有固定的汽水分離點，在鍋爐啟動過程中和低負(fù)荷運行時，由于給水量有可能小于爐膛保護(hù)及維持流動所需的最小流量，因此必須在爐膛內(nèi)維持一定的工質(zhì)流量以保護(hù)水冷壁不致過熱超溫。從儀表和控制的角度看，主要的區(qū)別在于直流鍋爐的啟動旁路系統(tǒng)、直流鍋爐機(jī)組的協(xié)調(diào)控制的不同。對于超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組相比，除因參數(shù)高而采用直流鍋爐外，其他系統(tǒng)并無本質(zhì)上的區(qū)別,就控制系統(tǒng)而言，只是一次檢測儀表、變送器等要承受更高壓力外，對控制裝置本身的DCS系統(tǒng)并無特殊要求，只是應(yīng)用軟件要能適應(yīng)超臨界直流鍋爐的運行方式，配置適用于直流鍋爐控制策略的軟件。這里我們僅就超臨界鍋爐的系統(tǒng)特點和控制特點進(jìn)行分析和探討。各大主機(jī)廠積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，努力實現(xiàn)超臨界機(jī)組的國產(chǎn)化；這就為工程的設(shè)計提出了更高的要求。尤其隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展及電力結(jié)構(gòu)的調(diào)整，大型超臨界機(jī)組已經(jīng)成為我國火電發(fā)展的方向，并將成為電網(wǎng)的主力機(jī)組；由于其更低的運行成本和更高的效益，在目前的電力市場中更加具有競爭力。湖南省電力試驗研究院熱控技術(shù)研究所2006年10月目 錄1 湘潭電廠600MW超臨界機(jī)組MCS系統(tǒng)介紹……………….2 湘潭電廠600MW超臨界機(jī)組FSSS系統(tǒng)介紹……………….3 湘潭電廠600MW超臨界機(jī)組SCS系統(tǒng)介紹………………..4 金竹山電廠600MW亞臨界機(jī)組MCS系統(tǒng)介紹……………5 金竹山電廠600MW亞臨界機(jī)組FSSS系統(tǒng)介紹……………6 金竹山電廠600MW亞臨界機(jī)組SCS系統(tǒng)介紹…………….7 600MW機(jī)組DEH系統(tǒng)介紹…………………………………8 600MW機(jī)組TSI系統(tǒng)介紹……………………………………9 600MW機(jī)組ETS系統(tǒng)介紹…………………………………..600MW超臨界機(jī)組自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)介紹第一節(jié) 超臨界機(jī)組的啟動系統(tǒng)及控制特點0 前 言近年來我國電力工業(yè)發(fā)展迅速，大大地縮小了與國外先進(jìn)水平的差距。整個教材由王伯春負(fù)責(zé)統(tǒng)稿。這本自編教材，是根據(jù)湖南電力試驗研究院參加大唐金竹山電廠600MW亞臨界機(jī)組、大唐湘潭電廠600MW超臨界機(jī)組調(diào)試的實際經(jīng)驗編寫的，其中超臨界部分MCS系統(tǒng)由王伯春負(fù)責(zé)編寫、FSSS系統(tǒng)由朱曉星負(fù)責(zé)編寫、SCS系統(tǒng)由陳彥峰負(fù)責(zé)編寫；亞臨界部分MCS系統(tǒng)由傅強(qiáng)負(fù)責(zé)編寫、FSSS及SCS部分由劉文豐負(fù)責(zé)編寫；考慮到亞臨界和超臨界機(jī)組DEH、TSI、ETS系統(tǒng)區(qū)別不大，因此沒有區(qū)分亞臨界和超臨界?；痣姀S單機(jī)容量的不斷增加，對熱工分散控制系統(tǒng)相應(yīng)地提出了更高的要求，這個要求不但是要求系統(tǒng)硬件的可靠性必須提高，更重要的必須保證控制策略的可靠性和先進(jìn)性。600MW火電機(jī)組熱控技術(shù)研討班600MW火電機(jī)組熱控技術(shù)研討班自編教材湖南省電力試驗研究院熱控技術(shù)研究所2006年10月前 言近兩年來，我省火電機(jī)組裝機(jī)容量迅猛增加，600MW大容量、高參數(shù)的燃煤機(jī)組已逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著大唐湘潭電廠二期工程2臺600MW超臨界機(jī)組的投產(chǎn)發(fā)電，標(biāo)志著今后我省火電機(jī)組的建設(shè)將以超臨界機(jī)組為主，在下一階段將要投產(chǎn)的600MW機(jī)組中，益陽電廠二期工程的2臺600MW機(jī)組、華電長沙電廠新建的2臺600MW機(jī)組均為超臨界機(jī)組。為適應(yīng)形勢的需要，我們舉辦了這期600MW火電機(jī)組熱控技術(shù)研討班。DEH部分由傅強(qiáng)負(fù)責(zé)編寫、TSI及ETS系統(tǒng)由朱曉星負(fù)責(zé)編寫。由于我們的經(jīng)驗和水平有限，加之時間倉促，所編資料難免有錯誤和不妥之處，歡迎廣大學(xué)員批評指正。但目前我國火電廠中能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重的問題依然存在；為滿足我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的需要，適應(yīng)愈來愈高的環(huán)保和控制污染排放的要求，發(fā)展高效、節(jié)能、環(huán)保的超臨界火力發(fā)電機(jī)組勢在必行。我國目前電力行業(yè)投產(chǎn)運行的大都是亞臨界、燃煤、汽包爐機(jī)組，其設(shè)計、主輔設(shè)備的生產(chǎn)、安裝、調(diào)試，運行都已成熟并趨于規(guī)范化；而超臨界直流爐機(jī)組目前在我國安裝投產(chǎn)的只是極少數(shù)，如石洞口二廠、盤山電廠、伊敏電廠、神頭二電廠，上海外高橋電廠2X900MW超臨界機(jī)組；這些電廠基本都是全套引進(jìn)的國外機(jī)組，設(shè)計及供貨均以外商為主，在設(shè)計、設(shè)備選型、安裝、調(diào)試及運行管理等方面，還有許多總是有待于總結(jié)、研究和改進(jìn)，以形成我們自己的成熟技術(shù)。 隨著江蘇華潤常熟電力有限公司3臺650MW超臨界機(jī)組、河南沁北電廠一期工程2臺600MW超臨界機(jī)組、大唐湘潭電廠二期2臺600MW超臨界機(jī)組超臨界機(jī)組等項目作為國家引進(jìn)技術(shù)國產(chǎn)化依托項目的建設(shè)的建設(shè)投產(chǎn)，目前超臨界機(jī)組已在我國的電力建設(shè)市場上占主導(dǎo)地位。超臨界機(jī)組目前在我國安裝投產(chǎn)的只是少數(shù)，在設(shè)計、設(shè)備選型、安裝、調(diào)試及運行管理等方面，還有許多問題有待總結(jié)、研究和改進(jìn)。以便在工程設(shè)計過程中能夠準(zhǔn)確、全面地掌握超臨界機(jī)組的控制特點，設(shè)計出高質(zhì)量的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電廠的高效率、高水平和低成本運行。1 超臨界機(jī)組的主要控制特點的分析超臨界直流鍋爐與亞臨界汽包鍋爐，兩種鍋爐在系統(tǒng)組成上的水－汽轉(zhuǎn)換原理和設(shè)備不同，鍋爐蓄熱能力不同，負(fù)荷和擾動的響應(yīng)速度也不同，而最大的區(qū)別還在于鍋爐啟動系統(tǒng)的差異。另外，在鍋爐蒸汽溫度控制、給水流量控制等方面也與亞臨界機(jī)組有著較大的區(qū)別。設(shè)置啟動旁路系統(tǒng)使鍋爐在啟動、低負(fù)荷運行及停爐過程中，通過啟動系統(tǒng)建立并維持爐膛內(nèi)的最小水流量，以保護(hù)爐膛水冷壁，同時滿足機(jī)組啟動及低負(fù)荷運行的要求。B：回收、利用工質(zhì)和熱量。：直流鍋爐的啟動系統(tǒng)分內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)和外置式分離器啟動系統(tǒng)兩大類型。 外置式分離器啟動系統(tǒng)外置式分離器的布置位置示意見下圖所示：蒸汽通過出口閥進(jìn)入過熱器，其余的水和汽回收。由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，切除過程如運行操作不當(dāng)，會造成主汽壓力下降或超壓、主汽溫度快速下降或過熱器管壁超溫等。因此目前各家主機(jī)廠引進(jìn)技術(shù)均采用內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)。b. 內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)的分離器與水冷壁、過熱器之間的連接無任何閥門，在鍋爐啟、停、低負(fù)荷（30%35%負(fù)荷以下）運行時，同汽包爐的汽包一樣，起到汽水分離的作用。因此目前較多采用內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)，從系統(tǒng)構(gòu)成看主要有帶輔助循環(huán)泵的內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)、不帶循環(huán)泵的內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)和擴(kuò)容型內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)三種類型。在這兩種啟動模式中，如何確定鍋爐啟動系統(tǒng)采用哪種模式，是根據(jù)機(jī)組是以帶基本負(fù)荷運轉(zhuǎn)為主，還是調(diào)峰運行為主以及選用的燃燒設(shè)備情況而確定最適宜該鍋爐的啟動系統(tǒng)。輔助循環(huán)泵和給水泵并聯(lián)的內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)三井英巴技術(shù)為華潤常熟電廠本生鍋爐提供的啟動系統(tǒng)為內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)，其系統(tǒng)示意圖如下所示： 鍋爐啟動循環(huán)系統(tǒng)主要由汽水分離器、貯水箱、循環(huán)泵、循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥、水位調(diào)節(jié)閥等組成。蒸汽流向過熱器，水儲存在貯水箱內(nèi)經(jīng)過循環(huán)泵和循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥再循環(huán)至省煤器。當(dāng)水位過高時，水位調(diào)節(jié)閥動作，水進(jìn)入凝汽器。 在整個啟動期間，啟動系統(tǒng)的再循環(huán)水量與給水量之和始終保持在35%BMCR的主汽流量。在熱態(tài)和極熱態(tài)啟動時汽水膨脹量很少，可經(jīng)循環(huán)泵正常水位調(diào)節(jié)閥進(jìn)行再循環(huán)。當(dāng)鍋爐轉(zhuǎn)入部分負(fù)荷運行進(jìn)入最低直流負(fù)荷以下時，分離器貯水箱將出現(xiàn)水位，這時循環(huán)泵出口的調(diào)節(jié)閥自動打開，根據(jù)貯水箱水位自動調(diào)節(jié)其開度。從上圖可以看出不帶循環(huán)泵的啟動循環(huán)系統(tǒng)主要由汽水分離器、分離器儲水罐和儲水罐水位控制閥組成。 在啟動和低負(fù)荷階段，通過給水泵將水送至省煤器并經(jīng)水冷壁加熱后，送到汽水分離器，工質(zhì)在汽水分離器內(nèi)分離成水和飽和蒸汽。儲水罐水位控制閥可在循環(huán)運行時，應(yīng)確保鍋爐給水泵提供的給水量不少于保護(hù)爐膛的最小流量，通過使汽水分離器分離出的水由儲水罐回到凝汽器，從而控制汽水分離器的水位在允許范圍內(nèi)。在鍋爐啟動爐本體的冷態(tài)或熱態(tài)清洗過程中，進(jìn)入汽水分離器的給水進(jìn)入儲水罐通過啟動排污閥排放至地溝，待給水品質(zhì)合格后，通過疏水閥至冷凝器回收工質(zhì)。因此其啟動時間相對于帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)而言也要長一些。3）擴(kuò)容型內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)系統(tǒng)示意如下圖所示：上述示意圖為蘇爾壽（SULZER）直流鍋爐啟動系統(tǒng)的典型設(shè)計，該系統(tǒng)主要由內(nèi)置式啟動分離器，3A閥，即疏水控制閥AA、液位控制閥AN、液位控制旁路閥ANB，大氣式擴(kuò)容器，回收水箱，回收水泵等組成。當(dāng)負(fù)荷高于35%BMCR時，汽水分離器內(nèi)只有飽和蒸汽，呈干態(tài)運行；此時內(nèi)置式分離器相當(dāng)于一個蒸汽聯(lián)箱。在鍋爐啟動、爐本體的冷態(tài)或熱態(tài)清洗過程中，進(jìn)入汽水分離器的給水通過AA、AN閥進(jìn)入大氣式擴(kuò)容器排放至地溝，當(dāng)給水品質(zhì)合格后，回收水泵投入運行，回收水泵通過回收水箱的水位開關(guān)連鎖，實現(xiàn)水泵的啟、?？刂?，以回收工質(zhì)。鍋爐在濕態(tài)運行時，汽水分離器內(nèi)的水位由ANB閥自動控制，當(dāng)汽水分離器的水位高于ANB閥的調(diào)節(jié)范圍時（如鍋爐汽水膨脹）再由AN閥、AA閥相繼參與調(diào)節(jié)，以控制分離器的正常水位；當(dāng)水位下降時，AA閥先行關(guān)閉，其后AN閥關(guān)閉，然后ANB閥調(diào)節(jié)和保持分離器正常水位。此時分離器處于無水狀態(tài)，AA、AN、ANB閥均呈關(guān)閉狀態(tài)，且各自的隔離閥也聯(lián)鎖關(guān)閉，啟動旁路系統(tǒng)退出系統(tǒng)。1） 循環(huán)流量調(diào)節(jié)循環(huán)流量調(diào)節(jié)的目的一是參與啟動階段的水冷壁循環(huán)，二是保持啟動階段汽水分離器正常的水位，三是保護(hù)循環(huán)泵。設(shè)置高限的目的，主要是防止循環(huán)泵啟動時，分離器水位下降過快。2）貯水箱水位調(diào)節(jié)在汽水分離器水位超過上限值時水位調(diào)節(jié)閥動作，以控制分離器的水位，調(diào)節(jié)系統(tǒng)為單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在啟動初期，為了使水冷壁充分得到冷卻，規(guī)定了最低負(fù)荷限制，在給水控制回路中設(shè)置最低給水流量限制回路。 對于蘇爾壽和上海鍋爐廠的鍋爐啟動旁路系統(tǒng)，由于分離器分離的水分別疏往除氧器或凝汽器，因此，給水系統(tǒng)的控制相對簡單。根據(jù)汽水分離器水位的高低AA、AN、ANB閥按順序參與調(diào)節(jié)，以同類型鍋爐－石洞口二廠的鍋爐啟動系統(tǒng)為實例，其閥位與汽水分離器水位的關(guān)系歸納如下：在啟動和停機(jī)時ANB和AN、AA隔離閥接受機(jī)組級啟動指令，通過功能組自動開啟。在啟動時ANB和AN隔離閥接受機(jī)組級啟動指令，當(dāng)汽水分離器壓力大于7Mpa時，ANB、AN隔離閥自動關(guān)閉。當(dāng)汽水分離器壓力低于12MPa時，AN隔離閥允許開啟，但在啟動功能組ON狀態(tài)即在自啟動方式，且當(dāng)汽水分離器壓力大于7MPa時；在鍋爐負(fù)荷大于40%，且分離器出口溫度高于其對應(yīng)壓力下的飽和溫度10℃時；當(dāng)汽水分離器壓力大于22Mpa時AN隔離閥自動聯(lián)鎖關(guān)閉。同樣在鍋爐負(fù)荷大于40%，且分離器出口溫度高于其對應(yīng)壓力下的飽和溫度10℃時，聯(lián)鎖關(guān)閉。2 超臨界直流爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計　　機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是電站控制中長期以來討論的課題，基本上概括為：將汽機(jī)鍋爐作為一個整體控制，使鍋爐能夠滿足汽機(jī)的用汽要求，機(jī)組能夠滿足電網(wǎng)頻率的要求。解決鍋爐－汽輪機(jī)多輸入多輸出相互之間偶合關(guān)系。從