660MW超超臨界機組汽溫控制的研究

張 嘯

（華電國際十里泉發(fā)電廠，山東 棗莊 277100）

0 引言

華電國際十里泉發(fā)電廠#8 機組為660MW 超超臨界機組，鍋爐選用DG2002/29.3-Ⅱ13 型超超臨界變壓運行直流爐，采用單爐膛、半露天布置、全鋼構(gòu)架和全懸吊Π 型結(jié)構(gòu)，尾部采用雙煙道，采用一次再熱方式，燃燒方式選擇前后墻對沖，采用平衡通風(fēng)方式，排渣采用干除渣。

圖1 #8鍋爐汽水系統(tǒng)Fig.1 #8 Boiler steam water system

汽輪機選用C660/612-28/0.5/600/620 型高效超超臨界汽輪機，該汽輪機采用一次中間再熱方式，工作原理為沖動式，采用單軸連接，排汽方式為四缸四排汽，回?zé)岱绞綖榫偶壔責(zé)?，熱力特性為凝汽式。配有一個單流高壓缸和單流中壓缸，以及兩個雙流低壓缸。機組最大連續(xù)出力為711.4MW，閥門全開工況出力為731.3MW，熱耗率驗收工況出力為660 MW，抽汽供熱流量為450t/h 時，機組出力為612.6MW；抽汽供熱流量為700t/h 時，機組出力為557.2MW。

如圖1#8 鍋爐汽水系統(tǒng)所示，在低溫過熱器的出口設(shè)置一級減溫水，在高溫過熱器的入口設(shè)置二級減溫水，交叉調(diào)節(jié)，結(jié)合水煤比和省煤器下方的過熱煙氣擋板來調(diào)節(jié)過熱汽溫；在低溫再熱器出口設(shè)置再熱器減溫水，交叉調(diào)節(jié)，結(jié)合省煤器下方的再熱煙氣擋板進行調(diào)節(jié)再熱汽溫。

本文結(jié)合目前#8 機組的運行狀況，在深入研究相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合運行經(jīng)驗，進行#8 機組的汽溫優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)機組的安全、高效、經(jīng)濟運行[1,2]。

1 超超臨界機組燃燒理論

#8 爐采用外濃內(nèi)淡型低NOx 旋流煤粉燃燒器，滿足燃燒穩(wěn)定、高效、可靠、低NOx 的要求。36 只旋流煤粉燃燒器分3 層前、后墻對沖布置，每層6 只，F(xiàn) 層燃燒器為純氧助燃微油點火油槍，其余層燃燒器均配有一個點火油槍及高能點火器[3]。

爐膛燃燒的配風(fēng)分為一次風(fēng)、內(nèi)二次風(fēng)、外二次風(fēng)、中心風(fēng)。內(nèi)二次風(fēng)的風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)變化范圍為0°～90°，外二次風(fēng)門的調(diào)節(jié)范圍為0°～75°，并且設(shè)置了限位裝置。將外二次風(fēng)門關(guān)小時，可減小外二次風(fēng)量，增加外二次風(fēng)旋流強度；將外二次風(fēng)門開大時，可增加外二次風(fēng)量，減小外二次風(fēng)旋流強度[4]。

兩個二次風(fēng)箱被對稱布置在鍋爐前后墻上，實現(xiàn)了均勻配風(fēng)的目的。每層的燃燒器都有一個風(fēng)室，實現(xiàn)風(fēng)量的單獨調(diào)節(jié)。二次風(fēng)箱設(shè)計較低的入口風(fēng)速，通過風(fēng)門開度可以調(diào)節(jié)二次風(fēng)箱內(nèi)的風(fēng)量，在實際的鍋爐運行中無需調(diào)整也可保證同一層風(fēng)室內(nèi)每個燃燒器得到相同的風(fēng)量，有利于燃燒器的配風(fēng)均勻，保證爐膛內(nèi)火焰均勻，使輸入熱量沿爐寬方向均勻分布。

2 水煤比理論

當(dāng)直流鍋爐的負荷在30%以上時，此時汽水分離器出口處于微過熱蒸汽，當(dāng)前鍋爐燃燒所需的燃料量和給水蒸發(fā)量的匹配情況可以通過汽水分離器出口汽溫的變化反映，同時也會反映過熱汽溫的變化趨勢。在過熱汽溫的調(diào)節(jié)中，可以通過水煤比的配置作為過熱蒸汽溫度控制的粗調(diào)手段，再配合減溫水控制作為細調(diào)手段。從主給水到過熱蒸汽的變化過程中，存在較大的慣性汽溫調(diào)節(jié)，在排除減溫水調(diào)節(jié)的影響下，為實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)，采用微過熱蒸汽溫度來反映水煤比配置情況。因此，選擇合適的汽水分離器出口過熱度成為直流鍋爐汽溫調(diào)節(jié)的關(guān)鍵問題。機組過熱度的控制是由水煤比的合理配置來實現(xiàn)，因此水煤比的控制策略對于機組的安全、穩(wěn)定運行非常重要[5,7]。

超超臨界直流鍋爐在啟動過程中，會先進行濕態(tài)運行，此時可以通過水煤比的配置來控制燃料量，進而控制鍋爐過熱蒸汽壓力。隨著燃燒加強，直流鍋爐便會由濕態(tài)運行轉(zhuǎn)為干態(tài)運行，在完成轉(zhuǎn)態(tài)以后，可以通過調(diào)整水煤比偏置指令來補償熱量的變化，進而可以控制分離器入口蒸汽的過熱度。

在#8 爐的水煤比控制回路中，采用增量型PID 閉環(huán)控制，其傳遞函數(shù)如式（1）所示，設(shè)定值SP(s)為分離器過熱度，單位為(℃)；測量值P(s)為分離器入口溫度，單位為(℃)；調(diào)節(jié)偏差為E(s)。

式中，Kp為比例常數(shù)，Ti為積分時間常數(shù)，Kd為微分比例常數(shù)，Td為微分時間常數(shù)，MW 為機組負荷，F(xiàn)F(s)為前饋環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)。

在#8 爐的水煤比控制回路中，PID 參數(shù)如式（3）～式（6）所示。

3 超超臨界機組汽溫的優(yōu)化調(diào)整

合理化的水煤比配置成為超超臨界直流鍋爐穩(wěn)定燃燒的關(guān)鍵。當(dāng)機組處于穩(wěn)定運行狀態(tài)時，要重點監(jiān)視汽水分離器出口過熱度的變化，而且壓力不同則汽水分離器出口過熱度就會不同。汽水分離器出口過熱度減小，則說明水煤比較大；汽水分離器出口過熱度增大，則說明水煤比變小。運行人員在操作過程中不斷積累汽水分離器出口過熱度變化對主汽溫影響大小的經(jīng)驗數(shù)值，通過分析和總結(jié)可以在調(diào)節(jié)過程中做到超前調(diào)節(jié)。但是如果機組出現(xiàn)異常情況時，如給煤機、磨煤機跳閘等，應(yīng)及時減小給水，保持水煤比基本穩(wěn)定，防止水煤比嚴重失調(diào)，造成主蒸汽溫度急劇下降[8-11]。

#8 爐DCS 實現(xiàn)了高溫再熱器壁溫測點全覆蓋監(jiān)控，及壁溫最高點優(yōu)先報警。高溫再熱器共有96 屏，屏設(shè)有10根管子，保證對每根管實時進行安全監(jiān)視，防止因漏檢管屏而發(fā)生運行超溫爆管。同時，設(shè)計了壁溫最高點優(yōu)先報警邏輯判斷程序，實現(xiàn)全斷面壁溫監(jiān)視及最高點優(yōu)先報警功能，跟蹤、分析機組再熱器壁溫的變化趨勢[2]。

采用“非均衡”運行調(diào)整技術(shù)，可以減少受熱面管屏間的壁溫?zé)崞睿嵘邷卦贌崞麥刂令~定溫度，有效預(yù)防壁溫超溫。調(diào)節(jié)方式為：鍋爐在設(shè)計制造及運行中肯定會存在一定的溫度偏差，根據(jù)每根單管壁溫高低分布情況，通過人為制造煙氣溫度的偏差，使之與蒸汽溫度偏差形成互補，最終使再熱器壁溫分布均衡，保證再熱汽溫穩(wěn)定在620℃工況下運行，壁溫不超溫(小于644℃)[2]。

按照不同負荷階段逐步將燃燒溫度場調(diào)整至非常均勻后，逐漸提升再熱汽溫的過程中，觀察再熱汽溫偏差和各管屏壁溫分布的均勻性。跟據(jù)汽溫及壁溫偏差情況，通過針對性調(diào)整對應(yīng)一次風(fēng)管縮孔開度大小的方法，將爐膛內(nèi)的燃燒溫度場調(diào)整至與管內(nèi)汽溫相匹配。在多次反復(fù)調(diào)整過程中，逐漸降低高溫再熱器管屏熱偏差，最終使汽溫及金屬管壁溫度表現(xiàn)為均勻。對各層前后墻的二次風(fēng)擋板開度進行差異化調(diào)整，進一步優(yōu)化燃燒，滿足汽溫、壁溫的實際需求，實現(xiàn)煙氣放熱量與蒸汽吸熱量相耦合，優(yōu)化調(diào)整后的配風(fēng)模式[2]。

堅持每2 天對爐膛后部受熱面的長型吹灰器全面吹灰1 次，3 天對爐膛區(qū)域的短型吹灰器全面吹灰1 次。同時，結(jié)合機組負荷、爐膛出口煙氣溫度、減溫水投用量和受熱面壁溫等實際運行狀況，吹灰器進行選擇性投運，保持各受熱面清潔。盡可能保持墻后磨煤機對沖燃燒方式，需要停運上層磨煤機時，先選擇停運前墻的上層磨煤機[2]。

4 結(jié)論

本文針對660 MW 超超臨界機組，在負荷變化較大時，會出現(xiàn)過熱汽溫和再熱汽溫較大波動，為解決上述問題，提高機組的經(jīng)濟性和安全性，在研究#8 機組減溫水控制、水煤比、煙氣擋板等控制理論的基礎(chǔ)上，通過具體分析，同時結(jié)合現(xiàn)場運行經(jīng)驗，通過合理化的二次配風(fēng)，設(shè)置合理的水煤比，采用非均衡調(diào)整的方法，減弱了過熱和再熱汽溫的大幅度波動，實現(xiàn)了機組更加安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。