600MW超临界机组过热汽温控制系统分析.pdf

第 3 6卷第 1 期 2 0 0 8年 1月 要氧 电力 e a s t ohi r a el e c tr i c p o wer v0 1 3 6 no 1 j a n 2 0 0 8 6 0 0 mw 超临界机组过热汽温控制系统分析 高建林 ， 单英雷 ( 1 淮沪煤电有限公司 田集发电厂， 安徽 淮南2 3 2 0 0 1 ； 2 华东电力试验研究院有限公司， 上海2 0 0 4 3 7 ) 摘要： 以田集电厂2 x 6 0 0 mw机组为例， 分析了超临界机组的主要控制特点， 详细介绍了汽温调节控制系 统的设计思想和具体运行情况。 关键词： 超临界机组 ； 煤水比； 汽温控制系统 作者简介： 高建林( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 高级工程师， 经理， 从事电厂技术管理工作。 中图分类号 ： t k 3 2 3 文献标识码 ： b 文章编号 ： 1 0 0 1 9 5 2 9 ( 2 0 0 8 ) o l -01 1 9 - 0 3 su pe r he a t e d s t e a m t e m p e r a t ur e c o nt r o l s y s t e ms f o r 6 0 0 m w s u pe r c r i t i c a l un i t s g a o j i a n 1 i n s ha n y i n g 1 e i ( 1 t i a n j i p o w e r p l a n t ， h u a i h u c o a l &p o w e r c o ，l t d ， h u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ， c h i n a ； 2 e a s t c h i n a e l e c t ri c p o w e r t e s t & r e s e a r c h i n s t i t u t e c o ，l t d ， s h a n g h a i 2 0 0 4 3 7 ， c h i n a ) a b s t r a c t ： t a k i n g t h e 2 x 6 0 0 m w u n i t s i n t i a n j i p o w e r p l a n t a s e x a m p l e s ， f e a t u r e s o f c o n t r o l o f s u p e r c r i t i c a l u n i t s a r e a n al y z e d t h e d e s i g n a n d o p e r a t i o n o f t h e s t e a m t e m p e r a t u r e a d j u s t i n g a n d c o n t r o l s y s t e m are p r e s e n t e d i n d e t a i l ke y wo r d s ： s u p e r c r i t i c al u n i t ；c o al wa t e r r a t i o ；s t e a m t e mp e r a t u r e c o n t r o l s y s t e m 1 概述 田集 电 厂 2 x 6 0 0 m w 机 组 锅 炉 型 号 为 s g1 9 1 3 2 5 4 一 m9 6 7 ， 由上海 锅炉厂引进美 国 c e 公司技术制造的超临界参数变压运行螺旋管圈直 流炉 ， 单炉膛 、 一次 中间再热 、 采用 四角切圆燃烧 方式、 平衡通风 、 固态排渣 、 全钢悬 吊结构 1型露 天布置燃煤锅炉。 汽机型号为 n 6 0 0 2 4 2 - 5 6 6 - 5 6 6 ， 由上海汽轮 机有限公司引进美国西屋公司技术制造的超临界 、 一 次中间再热 、 三缸四排汽、 单轴 、 凝汽式汽轮机。 分散控制系统选用上海西屋控制系统有限公 司的 o v a t i o n u n i x系统。包括数据采集 系统 ( d a s ) 、 模拟量控 制系统 ( m c s ) ( 含旁路控 制系 统) 、 汽轮机数字电液系统( d e h) 、 顺序控制系统 ( s c s ) 、 锅炉炉膛安全监控系统 ( f s s s ) 、 电气控制 系统( e c s ) 等各项控制功能。 2 超 临界机组的主要控制特点 ( 1 )超临界直流炉没有汽包环节 ， 给水经加 热 、 蒸发和变成过热蒸汽是一次性连续完成的， 各 段受热面之 间没有明显的分界面， 随着运行工况 的不同， 锅炉将运行在亚临界或超临界压力下， 蒸 发点会 自发地在一个或多个加热区段 内移动。给 水从省煤器 到过热 器产生蒸汽是连续不断进行 的， 给水、 燃烧和汽温调节不是相对独立的， 而是 密切相关、 相互影响的， 因此 ， 为了保持锅炉汽水 行程中各点的温度 、 湿度及水汽各 区段的位 置为 一 规定的范围， 要求煤水比、 风煤 比及减温水等的 调节品质相当高。 ( 2 )直流炉机组从给水泵到汽机， 汽水直接 关联 ， 使得锅炉各参数 间和汽机与锅炉间具有强 烈的耦合特性 ， 整个 受控对象是一个多输人多输 出的多变量系统 。 ( 3 )在超临界锅炉中， 各 区段工质的比热 、 比 容变化剧烈 ， 工质的传热与流动规律复杂。变压运 行时随着负荷的变化， 工质压力将在超临界到亚临 界的广泛压力范围内变化， 随之工质特性变化 巨 大 ， 这些都使得超临界机组表现出严重非线性。 具体体现为汽水的比热 、 比容 、 热焓与它的温 度、 压力的关 系是非线性的， 传热特性、 流量特性 也是非线性 的， 各参数 间存在非相关的多元 函数 关系 ， 使得受控对象 的增益和时 间常数等动态特 性参数在负荷变化时大幅度变化。 ( 4 )直流锅炉没有汽包 ， 汽水容积小 ， 因而其 蓄热量较小 ， 负荷调节的灵敏性好 ， 平均变负荷速 维普资讯 1 2 0 ( 总 1 2 0 ) 鲁繁 电力 度 比汽包炉块 ， 可实现快 速启停和调节负荷。另 一 方面 ， 也 因为锅炉蓄热量小 ， 汽压对负荷变动反 映敏感 ， 这种情况下 ， 维持汽压比较困难。 3 超 临界机组的汽温控 制系统分析 ( 1 )直流锅 炉汽温静 态特性 超临界直流炉的各级受热面串联连接 ， 给水 的加热 、 汽化和过热三个 阶段的分界点在受热面 中的位置随工况变化而变化。 根据一次工质在稳定工况下 的热平 衡方程 式 ， 且假设二次工质吸热量为 0， 有 ： w( h 一h )=mq 7 7 l ( 1 ) 式 中 一给水流量 ， 等于主汽流量 ； 过热蒸汽焓 ； 给水焓 ； m燃 料量 ； q 燃 料应用基低位发热量 ； 叼 锅炉效率 。 经整 理得 ： = q f d r l 。 + ( 2 ) 对于一个新工况 ， 有： h = q a r 7 7 +h ( 3 ) 由式 ( 2 ) 和式 ( 3 ) 可知： 当 = 即煤水比不变且给水温度不变时， 过热蒸汽焓( 温度) 保持不变 ； 当燃料发热量变小 时， 过热蒸汽焓( 温度) 随 之降低 ； 反之升高； 当给水焓降低时， 过热蒸汽焓 ( 温度 ) 随之降 低； 反之升高。 ( 2 )直流锅 炉汽温动 态特性 直流锅炉各受热面的加热段 、 蒸 发段 和过热 段没有严格固定的界线。当燃烧率与给水量的比 例失调时 ， 三个受热段 的面积将发生变化， 吸热比 例也随之改变 ， 这将直接影响出口蒸汽的参数， 尤 其是出口汽温的数值。 如当燃烧率增加时 ， 蒸发段与过热段之 间的 汽水行程前移， 即加热 、 蒸发段缩短 ， 过热段伸长 ， 过热段面积增加 ， 过热器出口汽温升高； 反之 ， 如 果给水流量增大 ， 则加热段 、 蒸发段后移 ， 过热段 面积减小， 过热器出口汽温降低。可见 ， 直流炉如 果发生燃水 比失调 ， 将引起出口汽温很大波动。 4 田集电厂主汽温控制方案 过热器汽温控制在纯直流负荷以前 ， 采 用喷 水减温控制 ； 在纯直流负荷以后， 以控制煤水 比为 主 ， 喷水减温为辅 。 一 般情况下 ， 煤水比变化 1 ， 将使过热汽温 变化约 81 0 。在实际运行 中， 由于燃料 量扰 动或变负荷过程中煤 、 水 比没有协调好等原因引 起煤水比失调 ， 将导致过热汽温发生很大的变化 ， 在这种情况下靠喷水调节很难将主蒸汽温度调整 过来。因此 ， 应把保持适 当的煤水 比作 为过热汽 温调节的根本手段。 协调投入后 ， 负荷指令对应 的设计煤量作为 煤量控制的前馈 ， 负荷指令对应的给水量作为给 水控制的前馈 ， 这种设计 间接地基本上保证 了合 适 的煤水比， 同时为防止异常工况煤水 比失调， 引 起过热汽温大幅变化 ， 用中间点温度来修正给水 指 令 。 田集电厂选择分离器 出口温度作为中间点温 度， 因为该点具有较小的迟延和惯性。 在实际运行中， 要精确保证煤水 比很困难 ， 所 以除采用煤水比作为基本调节手段外 ， 仍需喷水 减温作为辅助手段。 田集电厂喷水减温采用分隔屏 、 屏式 、 末级三 级过热器之间布置二级减温水 ， 左右能分别调节 的控制方案： 第一级减温水布置在分隔屏过热器 出口管道上， 控制 目标为二级减温器人 口蒸汽温 度 ； 第二级减温水布置在屏式过热器出口管道上， 控制 目标为末级过热器后主蒸汽温度。 一 、二级减温水均采用串级控制策略， 主、 副 调的设定值均设计 为负荷指令 的函数 、 理论需要 水量与实际水量的偏差作为主调的前馈 ， 此外为 保证 主蒸汽有一定的过热度 ， 导前汽温设置低限。 过热器喷水取 自省煤器进 口管道。 5 实际运行中主蒸汽温度调节需要注意 的问题 ( 1 )机 组从 启动到 转入 干态前 主蒸汽 温度 的 控 制 目前 ， 很多新建机组应用了等离子点火技术， 锅炉启动时直接采用等离子拉弧点燃煤粉的启动 方式 ， 与常规使用燃油启动方式有所不同， 机组从 启动到 转 入 干 态 前 ， 必 须 投 入 启 动 旁 路 系统 维普资讯 高建林 。 等6 0 0 mw 超 临界机组过热汽温控制 系统分析 ( c c i 3 5 容量高、 低压串联旁路 ) ， 给水流量则维 持水冷壁所需要 的最低直 流流量 ， 通常该直 流流 量设计为 3 0 b mc r所对应 的给水 流量 ， 而燃料 量则需要根据锅炉启动升压曲线 缓慢增加 至 5 0 7 0 t h ， 在这个过程 中锅炉燃烧 、 给水量与旁路 的控制必须协调起来 ， 否则主蒸汽 、 再热蒸汽温度 都易超温。 通过田集 1号机组锅炉启动升压过程看 ， 若 旁路按照原设计在升压过程 中维持 3 0 开度， 锅 炉升压率 0 3 m p a m i n ， 主蒸汽温度 和再热器温 度两侧偏差都 比较大， 再热器容易超温， 而若在升 压过程中， 旁路开度维持 5 0 以上 ， 且锅炉燃烧 严格控制升压率 ， 主蒸汽和再热蒸汽的两侧温度 大大减小 ， 再热汽也不再超温。 此外 ， 从实践看 ， 在机组启动和低负荷 ( 3 0 以下 ) 运行阶段 ， 给水压力 比较低 ， 减温水 的调节 品质并不好 ， 而且 因为此时给水控制 回路常不在 自动 ， 开大减温水 ， 不相应提高给水 流量 ， 还可能 导致锅炉给水量低而造成 mf t 。 根据 田集 电厂 2台机组调试实践可知 ： 对 于 采用等离子点火方式的超临界机组 ， 机组启动 和 低负荷运行阶段， 主蒸 汽和再热蒸 汽温度的控 制 主要应依靠燃烧调整 ， 并使旁路 的控制适应锅炉 燃烧 的要求 ， 不易靠减温水调节。 ( 2 )高加投 、 退时应 注意煤水 比的变化对 汽 温的影响 高加投入与退 出， 将导致给水 温度上升或下 降 ， 两种情况下 的煤水 比应不同。给水控制 回路 应相应设计高加投 、 退两种煤水 比， 并应保证切换 无扰且切换速率合适， 以维持正常汽温， 防止切换 时汽温变化幅度过大， 导致分离器带水或超温。 ( 3 )热 量修 正 回路 的正确使 用 当煤的热值变化时 ， 实际煤水 比发生变化 ， 锅 炉的各点汽温会发生变化 ， 尽管分离器 出口温度 调节系统会修正给水量 ， 来匹配煤实际热流量 ， 但 在变负荷过程 中汽温的变化较大， 可 以通过改变 煤热值的方法 ， 控制进入锅炉煤的热流量 ， 保持合 适的实际煤水 比。 改变热值 ， 将人为产生燃料量的扰动， 影响到 机组负荷 、 汽压 和主蒸汽、 再热蒸汽温度。为此 ， 通过热量修正回路加适当阻尼的办法消除修改热 值导致燃料量较大扰动的问题 。 ( 4 )变负荷过程 中煤水比动态补偿 回路的正 确使 用 对于直流炉 ， 负荷对给水的响应远 比燃料快 ， 加快给水 的变 化有利于直流炉变负荷性能 的提 高。另外 ， 由于本锅炉配置 的中速磨有较大的制 粉延迟 ， 所 以汽温对给水的响应也远 比燃料快 ， 给 水指令滞后煤量变化 ， 使进入锅炉 的给水量与燃 烧热量同步变化 ， 保持动态煤水 比， 能有效减少锅 炉汽温的控制偏差 。 可见直流炉机组的负荷控制与汽温控制是有 矛盾的 ， 变负荷时 ， 如给水变化快 ， 则变负荷性能 好 ， 但汽温偏差较大； 如给水按汽温对煤和水的响 应特性滞后煤量变化 ， 汽温可以保持基本不变 ， 但 变负荷性能不能满足电网调度的要求 。 给水滞