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超临界火电机组热工控制技术及其应用(1)

北极星电力网技术频道    作者:罗毅, 祝伟, 王国兴   2012/8/9 16:56:42   

  所属频道:  火力发电    关键词:  火力发电机组 热工控制技术 超临界机组

摘要: 基于超临界火力发电机组的运行特点, 结合热工控制系统的设计要求, 深入探讨了超临界发电机组热工控制技术的特殊性, 并以锅炉给水控制系统和过热汽温控制系统为例, 详细分析了热工控制系统的设计原理。实际应用表明了该方案的有效性。超临界发电机组以其热能转换效率高、发电煤耗低、环境污染小、蓄热能力小和对电网的尖峰负荷适应能力强等特点而得到广泛应用, 日益成为我国火力发电的主力机组。超临界直流锅炉没有汽包, 工质一次通过蒸发部分, 即循环倍率等于1, 在省煤器、蒸发部分和过热器之间没有固定不变的分界点, 水在受热蒸发面中全部转变为蒸汽, 沿工质整个行程的流动阻力均由给水泵来克服。

超临界直流锅炉主要输出量为汽温、汽压和蒸汽流量(负荷), 主要输入量是给水量、燃烧率和汽机调门开度。由于是强制循环且受热区段之间无固定界限, 一种输入量扰动则将对各输出量产生影响, 如单独改变给水量或燃料量, 不仅影响主汽压与蒸汽流量,过热器出口汽温也会产生显著的变化, 所以比值控制(如给水量/蒸汽量、燃料量/给水量及喷水量/给水量等)和变定值、变参数调节是直流锅炉的控制特点。

1.. 超临界机组的控制原则

( 1) 保持燃料量与给水流量之间的比值关系不变, 保证过热蒸汽温度为额定值。当有较大的温度偏差时, 若仅依靠喷水减温的方法来校正温度, 则需要大量的减温水, 这不仅进一步加剧燃水比例失调, 还会引起喷水点前各段受热面金属和工质温度升高, 影响锅炉安全运行。

( 2) 不能直接采用燃料量或给水流量来调节过热汽温, 而是采用微过热汽温作为燃水比校正信号。虽然锅炉出口汽温可以反映燃水比例的变化, 但由于迟延很大, 因而不能以此作为燃水比例的校正信号。在燃料量或给水流量扰动的情况下, 微过热汽温变化的迟延远小于过热汽温。同时, 微过热点前包括有各.. * 基金项目: 华北电力大学博士科研基金资助项目( 200312)。种类型的受热面, 工质在该点前的焓增占总焓增的3/4左右, 此比例在燃水比及其他工况发生较大变化时变化并不大。

因此, 通过保持一定的燃水比例, 维持微过热点的汽温(或焓值)不变, 以间接控制出口汽温。因此, 与亚临界汽包锅炉机组相比, 在超临界发电机组的热工控制系统中, 锅炉给水控制系统和过热蒸汽温度控制系统不同, 其他系统大致相似。下面以某发电厂4 ×600MW 超临界发电机组为例, 介绍其主要特色。

2.. 锅炉给水控制系统

2. 1.. 给水控制系统的主要任务

超临界发电机组没有汽包, 锅炉给水控制系统的主要任务不再是控制汽包水位, 而是以汽水分离器出口温度或焓值作为表征量, 保证给水量与燃料量的比例不变, 满足机组不同负荷下给水量的要求。

当给水量或燃料量扰动时, 汽水行程中各点工质焓值的动态特性相似; 在锅炉的燃水比保持不变时(工况稳定) , 汽水行程中某点工质的焓值保持不变,所以采用微过热蒸汽焓替代该点温度作为燃水比校正是可行的, 其优点如下:

( 1) 分离器出口焓(中间点焓)值对燃水比失配的反应快, 系统校正迅速。

( 2) 焓值代表了过热蒸汽的作功能力, 随工况改变焓给定值不但有利于负荷控制, 而且也能实现过热汽温(粗)调正。

( 3) 焓值物理概念明确, 用 焓增!来分析各受热面的吸热分布更为科学。它不仅受温度变化的影响,还受压力变化的影响, 在低负荷压力升高时(分离器出口温度有可能进入饱和区) , 焓值的明显变化有助于判断, 进而能及时采取相应措施。

因此, 静态和动态燃水比值及随负荷变化的焓值校正是超临界直流锅炉给水系统的主要控制特征。

2. 2.. 给水控制系统的工艺流程

此发电厂为600MW 超临界发电机组的锅炉为螺旋管圈、变压运行直流锅炉, 其启动系统配有2 只内置式启动分离器, 在锅炉启动和低负荷运行时, 分离器处于湿态运行, 同汽包一样起着汽水分离的作用, 此时适当控制分离器水位, 通过循环回收合格工质; 当锅炉进入直流运行阶段时, 分离器处于干态运行, 成为(过热)蒸汽通道。机组配备有2台50% 锅炉最大额定出力( BMCR ) 汽动给水泵和1 台30% BMCR的电动给水泵。由变速汽轮机拖动的锅炉给水泵(汽动给水泵), 布置在汽机房13. 70 m 层。每台汽动给水泵配有1台定速电动机拖动的前置泵,布置在除氧间零米层。给水泵汽轮机的转速由给水控制系统调节, 以改变给水流量; 液力偶合器调速的电动给水泵, 作为启动和备用, 前置泵与主泵用同一电动机拖动, 它布置在除氧间零米层。在机组启动时, 电动给水泵以最低转速运行, 用其出口管道旁路上的气动调节阀控制给水流量。当机组负荷上升, 给水流量加大时, 由给水控制系统的信号控制给水泵的转速, 以调节给水流量, 直至汽动给水泵投入, 停止电动给水泵运行, 使其处于备用状态。

启动过程中, 蒸汽加热除氧器给水, 主给水泵的出水分别经三级高压加热器后进入省煤器, 考虑到低负荷下直流锅炉对重量流速的要求, 在启动和低负荷阶段最小给水流量设置为40% BMCR, 流过水冷壁管的汽水混合物进入分离器, 分离器疏水分2路, 一路进入除氧器, 进行合格工质及热量的回收; 另一路经扩容器扩容后进入疏扩箱, 由扩疏泵输送至凝汽器或直接向外排放。随着循环加热的进行, 当给水达到一定温度后, 锅炉允许点火。

给水系统按要求的流量、压力和温度供给锅炉给水, 以及向有关设备供给各种运行工况所需要的减温水, 以保证机组的正常运行。

2. 3.. 给水系统的控制策略

在机组燃烧率低于40% BMCR时, 锅炉处于非直流运行方式, 分离器处于湿态运行, 分离器中的水位由分离器至除氧器以及分离器至扩容器的组合控制阀进行调节, 给水系统处于循环工作方式; 在机组燃烧率大于40% BM CR 后, 锅炉逐步进入直流运行状态。给水控制系统原理见图1。

因此, 超临界机组锅炉给水控制分低负荷时( 40% BMCR以下)的汽水分离器水位调节及锅炉直流运行( 40% BMCR以上)时的煤/水比调节。

2. 3. 1.. 汽水分离器水位调节

分离器水位通过改变锅炉给水量来实现。当发生水膨胀时, 由调节阀V 514、V 517来辅助控制分离器水位。

来源:《电力设备》
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