660 MW機(jī)組給水加氧處理及聯(lián)氨調(diào)整技術(shù)研究應(yīng)用

謝 曄,李 翔,程俊杰,王 剛,馬麗媛,齊 超

(1.寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司,銀川750400;2.中國礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院, 銀川750400;3.西安熱工研究院有限公司, 西安710032)

0 引 言

某電廠為超臨界660 MW燃煤汽輪發(fā)電空冷機(jī)組,采用哈爾濱鍋爐廠的變壓運(yùn)行螺旋管圈加垂直管直流爐,單爐膛、一次中間再熱,采用切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐,鍋爐型號為HG2210/25.4-YM1。機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)由2臺50%前置過濾器和3臺50%高速混床組成?；齑矠?臺運(yùn)行,1臺備用,當(dāng)某一臺混床出水不合格或壓差過大時,將啟動另一臺混床進(jìn)行再循環(huán)運(yùn)行直至出水合格后并入系統(tǒng)。2臺機(jī)組凝結(jié)水精處理共用1套體外再生系統(tǒng),采用“高塔法”技術(shù)工藝,包括分離塔、陽再生塔(兼貯存罐)和陰塔(即“三塔”),另外包括酸堿設(shè)備、熱水罐、沖洗水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、儲氣罐、自用水系統(tǒng)等。機(jī)組采用的給水處理方式為加氨處理,給水pH控制在9.2～9.6,折算出電導(dǎo)率控制范圍為3.0～6.5 μS/cm。

1 給水加氨自動控制優(yōu)化

原給水加氨采用傳統(tǒng)手動控制,控制方式落后。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷快速變化時,由于人工控制的滯后性及個人操作水平的差異,不能及時調(diào)整加氨量,存在加藥不足或過度加藥的風(fēng)險,給水電導(dǎo)率有時達(dá)到6.5 μS/cm以上,pH甚至達(dá)到9.8以上,不利于機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.1 給水加氨自動控制

優(yōu)化后的給水加氨采用復(fù)合式PI調(diào)節(jié)模式實現(xiàn)自動控制[1]。該控制系統(tǒng)將凝結(jié)水流量作為前饋加入給水加氨PI調(diào)節(jié)器。在機(jī)組負(fù)荷變化時,可克服熱力系統(tǒng)水汽在線儀表監(jiān)測結(jié)果的滯后性,控制系統(tǒng)首先響應(yīng)凝結(jié)水流量變化自動調(diào)節(jié)給水加氨泵的頻率,可實現(xiàn)除氧器入口電導(dǎo)率實際控制值在設(shè)定值附近盡可能小的范圍內(nèi)波動,然后通過比例積分調(diào)節(jié),進(jìn)一步減小除氧器入口電導(dǎo)率與設(shè)定值之間的偏離,調(diào)整至目標(biāo)設(shè)定值。

控制邏輯優(yōu)化思路如圖1所示,以除氧器入口電導(dǎo)率為被調(diào)量,凝結(jié)水流量經(jīng)一節(jié)慣性環(huán)節(jié)折算出加氨的前饋值加入電導(dǎo)率PI控制環(huán)節(jié),從而使加氨控制響應(yīng)速度加快[2]。

圖1 給水加氨自動控制邏輯

1.2 給水加氨自動調(diào)節(jié)分析

給水加氨自動調(diào)節(jié)優(yōu)化后,具體除氧器入口電導(dǎo)率控制情況如圖2所示。由給水加氨控制趨勢圖,在負(fù)荷穩(wěn)定工況下,除氧器入口電導(dǎo)率與設(shè)定值偏差量在0.1 μS/cm以內(nèi);在大幅度變負(fù)荷工況下,除氧器入口電導(dǎo)率控制值控制在1.63 μS/cm至3.14 μS/cm范圍以內(nèi),滿足超臨界直流爐給水pH控制要求,從趨勢圖上可以看出,通過增加凝結(jié)水折算出的前饋值,能夠在較短時間能將除氧器入口電導(dǎo)率控制在要求范圍內(nèi)。

圖2 給水加氨自動控制趨勢

2 給水加氧改造并實現(xiàn)自動控制

該機(jī)組于2018年7月對機(jī)組熱力系統(tǒng)進(jìn)行分段加氧技術(shù)改造,即從該機(jī)組精處理出口凝結(jié)水、除氧器出口給水以及高加疏水處增加3個加氧點[3],熱力系統(tǒng)加氨、加氧點如圖3所示。

圖3 熱力系統(tǒng)加氨、加氧及取樣點

此次加氧采用熱力系統(tǒng)分段氧化處理工藝,既可有效解決給水系統(tǒng)、高加疏水系統(tǒng)的流動加速腐蝕,又可避免蒸汽含氧可能對過熱器、再熱器管內(nèi)壁氧化皮生長或脫落產(chǎn)生影響,從而實現(xiàn)對熱力系統(tǒng)的全面保護(hù),同時還可以最大限度地延長精處理混床的運(yùn)行周期。

2.1 給水加氧自動控制調(diào)節(jié)前汽水品質(zhì)評估

采用便攜電導(dǎo)率表和溶氧表進(jìn)行現(xiàn)場測試,與在線氫電導(dǎo)率表數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,所使用的電導(dǎo)率表和溶氧表均已經(jīng)過國家計量局認(rèn)定,并與熱工院在線儀表校驗裝置進(jìn)行過比對[4]。氫電導(dǎo)率表測試比對結(jié)果見表1,凝結(jié)水泵出口、除氧器入口、省煤器入口、主蒸汽處取樣點的在線氫電導(dǎo)率數(shù)據(jù)與便攜表測試結(jié)果基本一致,氫電導(dǎo)率測試結(jié)果滿足加氧試驗對儀表的要求。

表1 在線氫電導(dǎo)率結(jié)果對比

如表2所示,凝結(jié)水泵出口、除氧器入口、省煤器入口、主蒸汽處在線電導(dǎo)率測試數(shù)據(jù)與便攜表測試結(jié)果基本一致,滿足加氧試驗對儀表的要求。

如表3所示,凝結(jié)水泵出口、 除氧器出口、 省煤器入口、 主蒸汽、 高加疏水處在線溶解氧表測試數(shù)據(jù)與便攜表測試結(jié)果基本一致,滿足加氧試驗對儀表的要求。

表3 在線溶解氧量結(jié)果對比

測定結(jié)果表明,該廠在線化學(xué)儀表測量數(shù)值較為準(zhǔn)確可靠。凝結(jié)水泵出口、除氧器入口、省煤器入口、主蒸汽的氫電導(dǎo)率均小于0.15 μS/cm,機(jī)組水汽品質(zhì)良好,滿足DL/T 805.1—2011《火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則 第1部分:鍋爐給水加氧處理導(dǎo)則》中規(guī)定的加氧處理對水汽品質(zhì)的要求。

2.2 給水加氧自動控制

給水系統(tǒng):選取凝結(jié)水流量作為前饋信號,當(dāng)凝結(jié)水流量發(fā)生變化時,先對除氧器出口下水管的加氧量進(jìn)行超前調(diào)節(jié),同時監(jiān)視省煤器入口實際溶氧是否偏離設(shè)定值,再通過比例積分調(diào)節(jié)進(jìn)行“糾偏”,保證溶氧控制效果[5]。省煤器入口溶氧設(shè)定控制范圍10～30 μg/L,期望范圍為10～20 μg/L。

凝結(jié)水系統(tǒng):選取凝結(jié)水流量作為前饋信號,當(dāng)凝結(jié)水流量發(fā)生變化時,先對精處理出口母管的加氧量進(jìn)行超前調(diào)節(jié),同時監(jiān)視除氧器入口實際溶氧是否偏離設(shè)定值,再通過比例積分調(diào)節(jié)進(jìn)行“糾偏”,保證溶氧控制效果。除氧器入口溶氧設(shè)定控制范圍30～100 μg/L,期望范圍為30～80 μg/L。

2.3 給水加氧保護(hù)邏輯設(shè)置

1)當(dāng)精處理出口氫電導(dǎo)和省煤器入口氫電導(dǎo)率同時≥0.15 μS/cm時,上位機(jī)報警;同時程序聯(lián)鎖關(guān)閉給水加氧電磁閥、凝結(jié)水加氧電磁閥和高加疏水加氧計量泵,停止加氧[6]。

2)當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行過程中,凝結(jié)水流量超下限值(≤600 t/h)時,認(rèn)為機(jī)組運(yùn)行異常,聯(lián)鎖關(guān)閉給水加氧電磁閥、凝結(jié)水加氧電磁閥和高加疏水計量泵,停止加氧。

3)凝結(jié)水加氧匯流排壓力低時(≤4.5 MPa)報警,提示更換氧氣瓶;若未及時更換,壓力低低時(≤4.0 MPa),聯(lián)鎖關(guān)閉凝結(jié)水加氧電磁閥,壓力恢復(fù)正常后,自動打開凝結(jié)水加氧電磁閥。

4)給水加氧匯流排壓力低時(≤3.5 MPa)報警,提示更換氧氣瓶;若未及時更換,壓力低低時(≤3.0 MPa),聯(lián)鎖關(guān)閉給水加氧電磁閥,壓力恢復(fù)正常后,自動打開給水加氧電磁閥。

5)機(jī)組正常運(yùn)行過程中,當(dāng)省煤器入口溶氧超過設(shè)定上限值30 μg/L時,上位機(jī)報“省煤器入口溶氧高”報警,聯(lián)鎖關(guān)閉給水加氧電磁閥,停止加氧;當(dāng)省煤器入口溶氧低于設(shè)定下限值10 μg/L時,上位機(jī)報“省煤器入口溶氧低”報警,運(yùn)行人員和維護(hù)人員需及時檢查設(shè)備運(yùn)行狀況。省煤器入口溶氧信號二取平均,偏差大于10 μg/L時,上位機(jī)報“省煤器入口溶氧偏差大”報警[7]。

6)為防止主蒸汽溶氧超標(biāo),影響機(jī)組安全運(yùn)行,當(dāng)主蒸汽溶氧超上限值(≥10 μg/L)時,上位機(jī)報“主蒸汽溶氧高”報警;同時程序聯(lián)鎖關(guān)閉給水加氧電磁閥,等待主蒸汽溶氧<10 μg/L后,同時省煤器入口溶氧在設(shè)定的控制范圍內(nèi),恢復(fù)給水加氧。

2.4 給水加氧自動調(diào)節(jié)分析

給水加氧改造完成后,分析加氧控制自動狀況,運(yùn)行數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 給水加氧自動控制趨勢圖

由給水加氨控制趨勢圖,在負(fù)荷穩(wěn)定工況下,除氧器入口溶解氧及給水溶解氧控制穩(wěn)定,在機(jī)組大幅度升降負(fù)荷時給水溶氧控制在14～18 μg/L范圍內(nèi),除氧器溶氧控制在30～46 μg/L范圍內(nèi),均滿足GB/T 12145—2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求。

3 給水加氧及加氨聯(lián)合控制

3.1 給水加氧加氨聯(lián)合控制思路

機(jī)組并網(wǎng)8h后,當(dāng)機(jī)組省煤器入口給水氫電導(dǎo)率<0.15 μS/cm且精處理高混出口母管氫電導(dǎo)率<0.10 μS/cm,并持續(xù)10 min后。給水加氧投入報警自動彈出,提示運(yùn)行人員檢查現(xiàn)場設(shè)備是否具備加氧自動投入的條件,開始計時30 min后給水加氧自動投入。當(dāng)給水溶解氧量持續(xù)達(dá)到10～30 μg/L,并穩(wěn)定運(yùn)行30 min,給水加氨泵開始自動降低頻率,直至給水電導(dǎo)到設(shè)定范圍1.5～2.5 μS/cm。

當(dāng)給水電導(dǎo)>0.15 μS/cm或者主蒸汽溶解氧>10 μg/L,或者運(yùn)行人員點操給水加氧停止按鈕時,給水加氨泵開始自動升高頻率,直至給水電導(dǎo)到設(shè)定范圍(3.5～5.0 μS/cm)后,給水加氧裝置開始自動退出運(yùn)行[8]。

機(jī)組計劃停機(jī)前3 h,運(yùn)行人員點操給水加氧停止按鈕,給水加氨泵開始自動升高頻率直至給水電導(dǎo)到設(shè)定范圍3.5～5.0 μS/cm后,給水加氧裝置開始自動退出運(yùn)行。加氧裝置退出后,為滿足停爐保護(hù)可將給水加氨泵控制轉(zhuǎn)為手動或者獨立自動,將給水電導(dǎo)設(shè)定在范圍5.0～5.5 μS/cm。

3.2 給水加氧、加氨聯(lián)合自動調(diào)節(jié)分析

給水加氧、加氨聯(lián)合控制自動狀況如圖5所示 。

圖5 給水加氧、加氨聯(lián)合控制趨勢圖

由給水加氧、加氨聯(lián)合控制趨勢圖,在負(fù)荷穩(wěn)定工況下,給水溶解氧及除氧器入口電導(dǎo)率控制較穩(wěn)定,在機(jī)組大幅度升降負(fù)荷時給水溶氧控制在14～17.6 μg/L范圍內(nèi),除氧器入口電導(dǎo)率控制在1.6～3.1 μS/cm范圍內(nèi),均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié) 語

給水加氨控制在引入帶一階慣性環(huán)節(jié)的凝結(jié)水流量折算函數(shù)前饋后,能較好控制除氧器入口電導(dǎo)率在規(guī)定范圍內(nèi),加快電導(dǎo)率的響應(yīng)速度。

給水加氧及給水加氨聯(lián)合控制能較好控制給水電導(dǎo)率及給水溶氧在線實時值,但該項目采用外掛PLC控制,各重要控制參數(shù)采用硬線傳輸至DCS系統(tǒng),實施工作量較大,建議該控制系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)控制。