井冈山电厂超超临界直流锅炉给水控制优化

邱建华 方志华

(华能井冈山电厂,江西吉安 343009)

井冈山电厂超超临界直流锅炉给水控制优化

邱建华 方志华

(华能井冈山电厂,江西吉安 343009)

由于超超临界机组直流锅炉与亚临界机组汽包锅炉在结构设计上有一定的差别,因此机组的调节方法也有所不同。文章分析介绍了井冈山电厂660MW超超临界直流锅炉以中间点温度修正给水控制的原理,结合生产过程中的问题,提出了在干态直流工况下优化给水控制策略。

超临界直流锅炉 中间点温度 给水控制 优化

1 引言

由于超临界直流锅炉没有汽包，工质一次通过受热面(即循环倍率等于1)，在省煤器、蒸发部分和过热之间没有固定不变的分界点，水在受蒸发面中全部转变为蒸汽，工质在整个行程中的流动阻力均由给水泵来克服，因此，其运行调节特性和汽包炉有着很大的差别。井冈山电厂二期2×660MW工程设计煤种为40%丰城煤矿和60%裴沟煤矿的混煤煤，校核煤种为淮南煤煤，最大连续蒸发量为2060t/h，过热器蒸汽出口温度为605℃，再热器蒸汽出口温度为605℃，给水温度为296℃，给水泵配置为2×50%BMCR给水流量小汽轮机。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，二者之间用过渡集箱连接。汽水分离器出来的蒸汽引至顶棚和包墙系统，再进入低温过热器，然后流经屏式过热器和高温过热器。再热器分为低温再热器和高温再热器两段布置，低温再热器布置于尾部双烟道中的前部烟道，高温再热器布置于水平烟道，省煤器布置在低温过热器下方，再热蒸汽汽温控制主要靠尾部烟气挡板调节。

2 直流锅炉的煤水比控制方法

对于直流锅炉来说，一方面要控制锅炉负荷，这时锅炉的给水流量和燃料量都要改变。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，就是根据锅炉负荷不同将煤和水的比例按照设计值来进行控制。因为测量系统的误差累积和煤质的变化，还有可能有其他因素的影响，并不能保证最终的汽水分离器在设计值上，所以还需要通过中间点的温度或者焓值进行稳态校正。煤水比控制方式分为“水跟煤”和“煤跟水”两种方式；水跟煤控制方式示意图，如图1。在锅炉侧采用水跟煤的控制方案时，燃料量指令直接响应锅炉负荷指令，给水流量的设定值由两部分组成:一部分根据锅炉负荷和设计的煤水比形成，这是给水流量指令的主要部分；另外一部分由中间点温度或焓值的稳态校正信号形成，用来校核因煤种变化、受热面结焦、火焰中心上下移动的影响。这种控制方案也叫以煤为基础的控制方案。

中间点温度的反应速度虽然不如焓值快，在亚临界压力下饱和区附近也不能够快速反映炉膛内热量的变化，但是由于它的控制结构简单，组态容易实现，因此在国内的超临界机组上还是得到普遍的应用。本工程给水系统采用以煤为基础的“水跟煤”控制方式，采用中间点温度的方法对给水控制进行校正。

图1 水跟煤控制方式图

图2 给水系统控制策略

表1 汽水分离器蒸汽压力与中间点微过热汽温过热度对应表

图3 工质热焓-压力-温度曲线

3 给水控制方案

中间点温度给水控制回路如图2所示。省煤器入口给水流量设定值是由前馈信号和主调节器输出的校正信号叠加而成[1]。由锅炉主指令经经动态延时块F1(t)、锅炉指令与给水流量转换块F1(x)经块延时块DELAY加上水冷壁出口集箱给水温度的微分信号产生前馈信号，滤波环节F1(t)目的是补偿燃料量和给水量对水冷壁出口联箱给水温度的动态特性差异，延时块DELAY防止总燃料量信号快速波动对给水系统的影响(如一台磨煤机断煤后又快速恢复)，微分信号反映水冷壁出口温度的变化率，以实现超前调节；主调节器PID1的输出是根据水冷壁出口集箱给水温度和水冷壁出口集箱给水温度设定值之间的偏差进行PID1运算得到。

水冷壁出口集箱给水温度设定值由以下几部分组成:

(1)分离器储水罐压力经函数发生模块F2(x)产生水冷壁出口集箱给水温度给定基本值。滤波环节F2(t)是为了消除汽水分离器储水罐压力的高频波动对测量影响。F2(x)由分离器储水罐压力饱和加上中间点微过热汽温过热度计算出。由于饱和蒸汽的温度和压力没有具体的函数曲线，所以组态中用多级分段函数近似表示它们之间的关系。中间点微过热汽温过热度见表1。

(2)过热器喷水比率产生修正信号。过热器喷水比率设定值是机组给定负荷经F3(x)给出，测量值是由过热器喷水减温总量除以省煤器人口给水流量。过热器喷水比率间接反映了煤水比的变化，喷水比率偏高，中间点的过热度偏高，煤水比偏高。

(3)运行人员可以根据机组的实际运行情况，在画面上手动对水冷壁出口集箱给水温度设定值进行偏置。

4 给水控制和过热汽温现状

(1)负荷300MW及以下时给水波动较大(达100T/H)，有时呈现等幅波动并发散，分离器可测量到水位。(2)负荷小于400MW以下存在需要手动增加过热度偏置。(3)负荷500MW--550MW间存在大幅手动降低过热度偏置屏式过热器出口仍然容易超温。(4)机组带正常负荷时因屏过超温造成主汽温低于额定温度。

5 原因分析及措施

(1)对作为给水校正用的微过热汽温的过热度的选取有一定的要求，如果取大了，燃料-微过热汽温通道的动态特性变差；取小了，虽然该通道的动态特性改善了，但是微过热汽温H=f(h，p)进入了明显的非线性区，如图3所示，影响到微过热点汽温的代表性，而且放大系数随工质的参数变化而变化，不稳定。对于滑压运行的超临界机组，此缺点尤为明显[2]。在过热度低的区域，当增加或减少同等给水量时，焓值变化的正负向数值大体相等，但中间点温度的正负向数变化量则明显不等。当中间点温度低到接近饱和区，给水量的扰动可引起明显的焓值变化，但温度变化却很小[3]。

(2)由于锅炉给水温度是随负荷的降低而降低的，故给水焓值也随之降低，煤水比提高，这是因为在低负荷时给水温度较低，当年为工质所需要吸热量增加，需要按照能量平衡关系增加燃料量，在高负荷时正好相反。图3给出了某厂最低过热度设定曲线，符合此原则。同样图3给出了本工程最低过热度设定曲线在低负荷时最小过热度较高负荷时小，存在低负荷时过热度偏低，其蒸汽容易落入非线性区。(3)低负荷时烟气挡板开度为再热器侧100%，过热器侧25-40%，根据锅炉说明书在低负荷时低温过热器流量烟气大于再热器烟气流量，即加热省煤器的烟气量偏少，给水温度降低，并随负荷降低影响更加明显。现场受再热器出口温度调整需要，为保持再热器出口参数达到额定值烟气挡板的调节受到限制。(4)表1中给出本工程分离器压力达到15MP以上时最低过热度达到15℃已经到最高过热度，合理控制中间点湿度可以使烟气温度最高的区域中保持较低的金属管壁温度，可减轻金属的高温腐蚀等。(5)为适应现场安全、经济运行需要提高低负荷(低分离器压力)对应的过热度，降低高负荷对应的过热度。

6 结语

针对超超临界直流炉机组本身的特点，结合给水控制的过程分析了给水自动控制的原理，分析了中间点温度控制方案的优化，能有效保证锅炉屏过的超温，低负荷时的给水波动，减少升降负荷时的操作，从而确保了压力以及负荷的性能指标，满足安全经济运行的需求。当然给水自动的优化需要在生产实践中不断进行调整，才能得到最理想的性能。

[1]张秋生,岳建华,赵军,何志永.超临界机组的给水自动控制策略[J].华北电力技术,2007(9):26-29.

[2]宋兆星,王玉山.600MW超临界机组给水控制系统的设计及应用[J].华北电力技术,2007(12):46-50.

[3]胡武奇,忻建华,叶敏.600MW超临界锅炉基于中间点焓校正的给水控制系统[J].能源技术,2008(6):136-139.