井岡山電廠超超臨界直流鍋爐給水控制優(yōu)化

邱建華 方志華

(華能井岡山電廠,江西吉安 343009)

井岡山電廠超超臨界直流鍋爐給水控制優(yōu)化

邱建華 方志華

(華能井岡山電廠,江西吉安 343009)

由于超超臨界機(jī)組直流鍋爐與亞臨界機(jī)組汽包鍋爐在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有一定的差別,因此機(jī)組的調(diào)節(jié)方法也有所不同。文章分析介紹了井岡山電廠660MW超超臨界直流鍋爐以中間點(diǎn)溫度修正給水控制的原理,結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題,提出了在干態(tài)直流工況下優(yōu)化給水控制策略。

超臨界直流鍋爐 中間點(diǎn)溫度 給水控制 優(yōu)化

1 引言

由于超臨界直流鍋爐沒(méi)有汽包，工質(zhì)一次通過(guò)受熱面(即循環(huán)倍率等于1)，在省煤器、蒸發(fā)部分和過(guò)熱之間沒(méi)有固定不變的分界點(diǎn)，水在受蒸發(fā)面中全部轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，工質(zhì)在整個(gè)行程中的流動(dòng)阻力均由給水泵來(lái)克服，因此，其運(yùn)行調(diào)節(jié)特性和汽包爐有著很大的差別。井岡山電廠二期2×660MW工程設(shè)計(jì)煤種為40%豐城煤礦和60%裴溝煤礦的混煤煤，校核煤種為淮南煤煤，最大連續(xù)蒸發(fā)量為2060t/h，過(guò)熱器蒸汽出口溫度為605℃，再熱器蒸汽出口溫度為605℃，給水溫度為296℃，給水泵配置為2×50%BMCR給水流量小汽輪機(jī)。下部水冷壁采用螺旋管圈，上部水冷壁采用一次上升垂直管屏，二者之間用過(guò)渡集箱連接。汽水分離器出來(lái)的蒸汽引至頂棚和包墻系統(tǒng)，再進(jìn)入低溫過(guò)熱器，然后流經(jīng)屏式過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器。再熱器分為低溫再熱器和高溫再熱器兩段布置，低溫再熱器布置于尾部雙煙道中的前部煙道，高溫再熱器布置于水平煙道，省煤器布置在低溫過(guò)熱器下方，再熱蒸汽汽溫控制主要靠尾部煙氣擋板調(diào)節(jié)。

2 直流鍋爐的煤水比控制方法

對(duì)于直流鍋爐來(lái)說(shuō)，一方面要控制鍋爐負(fù)荷，這時(shí)鍋爐的給水流量和燃料量都要改變。另一方面，要控制好煤水比例，控制煤水比最有效、最直接的手段，就是根據(jù)鍋爐負(fù)荷不同將煤和水的比例按照設(shè)計(jì)值來(lái)進(jìn)行控制。因?yàn)闇y(cè)量系統(tǒng)的誤差累積和煤質(zhì)的變化，還有可能有其他因素的影響，并不能保證最終的汽水分離器在設(shè)計(jì)值上，所以還需要通過(guò)中間點(diǎn)的溫度或者焓值進(jìn)行穩(wěn)態(tài)校正。煤水比控制方式分為“水跟煤”和“煤跟水”兩種方式；水跟煤控制方式示意圖，如圖1。在鍋爐側(cè)采用水跟煤的控制方案時(shí)，燃料量指令直接響應(yīng)鍋爐負(fù)荷指令，給水流量的設(shè)定值由兩部分組成:一部分根據(jù)鍋爐負(fù)荷和設(shè)計(jì)的煤水比形成，這是給水流量指令的主要部分；另外一部分由中間點(diǎn)溫度或焓值的穩(wěn)態(tài)校正信號(hào)形成，用來(lái)校核因煤種變化、受熱面結(jié)焦、火焰中心上下移動(dòng)的影響。這種控制方案也叫以煤為基礎(chǔ)的控制方案。

中間點(diǎn)溫度的反應(yīng)速度雖然不如焓值快，在亞臨界壓力下飽和區(qū)附近也不能夠快速反映爐膛內(nèi)熱量的變化，但是由于它的控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組態(tài)容易實(shí)現(xiàn)，因此在國(guó)內(nèi)的超臨界機(jī)組上還是得到普遍的應(yīng)用。本工程給水系統(tǒng)采用以煤為基礎(chǔ)的“水跟煤”控制方式，采用中間點(diǎn)溫度的方法對(duì)給水控制進(jìn)行校正。

圖1 水跟煤控制方式圖

圖2 給水系統(tǒng)控制策略

表1 汽水分離器蒸汽壓力與中間點(diǎn)微過(guò)熱汽溫過(guò)熱度對(duì)應(yīng)表

圖3 工質(zhì)熱焓-壓力-溫度曲線

3 給水控制方案

中間點(diǎn)溫度給水控制回路如圖2所示。省煤器入口給水流量設(shè)定值是由前饋信號(hào)和主調(diào)節(jié)器輸出的校正信號(hào)疊加而成[1]。由鍋爐主指令經(jīng)經(jīng)動(dòng)態(tài)延時(shí)塊F1(t)、鍋爐指令與給水流量轉(zhuǎn)換塊F1(x)經(jīng)塊延時(shí)塊DELAY加上水冷壁出口集箱給水溫度的微分信號(hào)產(chǎn)生前饋信號(hào)，濾波環(huán)節(jié)F1(t)目的是補(bǔ)償燃料量和給水量對(duì)水冷壁出口聯(lián)箱給水溫度的動(dòng)態(tài)特性差異，延時(shí)塊DELAY防止總?cè)剂狭啃盘?hào)快速波動(dòng)對(duì)給水系統(tǒng)的影響(如一臺(tái)磨煤機(jī)斷煤后又快速恢復(fù))，微分信號(hào)反映水冷壁出口溫度的變化率，以實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)；主調(diào)節(jié)器PID1的輸出是根據(jù)水冷壁出口集箱給水溫度和水冷壁出口集箱給水溫度設(shè)定值之間的偏差進(jìn)行PID1運(yùn)算得到。

水冷壁出口集箱給水溫度設(shè)定值由以下幾部分組成:

(1)分離器儲(chǔ)水罐壓力經(jīng)函數(shù)發(fā)生模塊F2(x)產(chǎn)生水冷壁出口集箱給水溫度給定基本值。濾波環(huán)節(jié)F2(t)是為了消除汽水分離器儲(chǔ)水罐壓力的高頻波動(dòng)對(duì)測(cè)量影響。F2(x)由分離器儲(chǔ)水罐壓力飽和加上中間點(diǎn)微過(guò)熱汽溫過(guò)熱度計(jì)算出。由于飽和蒸汽的溫度和壓力沒(méi)有具體的函數(shù)曲線，所以組態(tài)中用多級(jí)分段函數(shù)近似表示它們之間的關(guān)系。中間點(diǎn)微過(guò)熱汽溫過(guò)熱度見(jiàn)表1。

(2)過(guò)熱器噴水比率產(chǎn)生修正信號(hào)。過(guò)熱器噴水比率設(shè)定值是機(jī)組給定負(fù)荷經(jīng)F3(x)給出，測(cè)量值是由過(guò)熱器噴水減溫總量除以省煤器人口給水流量。過(guò)熱器噴水比率間接反映了煤水比的變化，噴水比率偏高，中間點(diǎn)的過(guò)熱度偏高，煤水比偏高。

(3)運(yùn)行人員可以根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況，在畫面上手動(dòng)對(duì)水冷壁出口集箱給水溫度設(shè)定值進(jìn)行偏置。

4 給水控制和過(guò)熱汽溫現(xiàn)狀

(1)負(fù)荷300MW及以下時(shí)給水波動(dòng)較大(達(dá)100T/H)，有時(shí)呈現(xiàn)等幅波動(dòng)并發(fā)散，分離器可測(cè)量到水位。(2)負(fù)荷小于400MW以下存在需要手動(dòng)增加過(guò)熱度偏置。(3)負(fù)荷500MW--550MW間存在大幅手動(dòng)降低過(guò)熱度偏置屏式過(guò)熱器出口仍然容易超溫。(4)機(jī)組帶正常負(fù)荷時(shí)因屏過(guò)超溫造成主汽溫低于額定溫度。

5 原因分析及措施

(1)對(duì)作為給水校正用的微過(guò)熱汽溫的過(guò)熱度的選取有一定的要求，如果取大了，燃料-微過(guò)熱汽溫通道的動(dòng)態(tài)特性變差；取小了，雖然該通道的動(dòng)態(tài)特性改善了，但是微過(guò)熱汽溫H=f(h，p)進(jìn)入了明顯的非線性區(qū)，如圖3所示，影響到微過(guò)熱點(diǎn)汽溫的代表性，而且放大系數(shù)隨工質(zhì)的參數(shù)變化而變化，不穩(wěn)定。對(duì)于滑壓運(yùn)行的超臨界機(jī)組，此缺點(diǎn)尤為明顯[2]。在過(guò)熱度低的區(qū)域，當(dāng)增加或減少同等給水量時(shí)，焓值變化的正負(fù)向數(shù)值大體相等，但中間點(diǎn)溫度的正負(fù)向數(shù)變化量則明顯不等。當(dāng)中間點(diǎn)溫度低到接近飽和區(qū)，給水量的擾動(dòng)可引起明顯的焓值變化，但溫度變化卻很小[3]。

(2)由于鍋爐給水溫度是隨負(fù)荷的降低而降低的，故給水焓值也隨之降低，煤水比提高，這是因?yàn)樵诘拓?fù)荷時(shí)給水溫度較低，當(dāng)年為工質(zhì)所需要吸熱量增加，需要按照能量平衡關(guān)系增加燃料量，在高負(fù)荷時(shí)正好相反。圖3給出了某廠最低過(guò)熱度設(shè)定曲線，符合此原則。同樣圖3給出了本工程最低過(guò)熱度設(shè)定曲線在低負(fù)荷時(shí)最小過(guò)熱度較高負(fù)荷時(shí)小，存在低負(fù)荷時(shí)過(guò)熱度偏低，其蒸汽容易落入非線性區(qū)。(3)低負(fù)荷時(shí)煙氣擋板開(kāi)度為再熱器側(cè)100%，過(guò)熱器側(cè)25-40%，根據(jù)鍋爐說(shuō)明書在低負(fù)荷時(shí)低溫過(guò)熱器流量煙氣大于再熱器煙氣流量，即加熱省煤器的煙氣量偏少，給水溫度降低，并隨負(fù)荷降低影響更加明顯。現(xiàn)場(chǎng)受再熱器出口溫度調(diào)整需要，為保持再熱器出口參數(shù)達(dá)到額定值煙氣擋板的調(diào)節(jié)受到限制。(4)表1中給出本工程分離器壓力達(dá)到15MP以上時(shí)最低過(guò)熱度達(dá)到15℃已經(jīng)到最高過(guò)熱度，合理控制中間點(diǎn)濕度可以使煙氣溫度最高的區(qū)域中保持較低的金屬管壁溫度，可減輕金屬的高溫腐蝕等。(5)為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需要提高低負(fù)荷(低分離器壓力)對(duì)應(yīng)的過(guò)熱度，降低高負(fù)荷對(duì)應(yīng)的過(guò)熱度。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)超超臨界直流爐機(jī)組本身的特點(diǎn)，結(jié)合給水控制的過(guò)程分析了給水自動(dòng)控制的原理，分析了中間點(diǎn)溫度控制方案的優(yōu)化，能有效保證鍋爐屏過(guò)的超溫，低負(fù)荷時(shí)的給水波動(dòng)，減少升降負(fù)荷時(shí)的操作，從而確保了壓力以及負(fù)荷的性能指標(biāo)，滿足安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求。當(dāng)然給水自動(dòng)的優(yōu)化需要在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷進(jìn)行調(diào)整，才能得到最理想的性能。

[1]張秋生,岳建華,趙軍,何志永.超臨界機(jī)組的給水自動(dòng)控制策略[J].華北電力技術(shù),2007(9):26-29.

[2]宋兆星,王玉山.600MW超臨界機(jī)組給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].華北電力技術(shù),2007(12):46-50.

[3]胡武奇,忻建華,葉敏.600MW超臨界鍋爐基于中間點(diǎn)焓校正的給水控制系統(tǒng)[J].能源技術(shù),2008(6):136-139.