大型超臨界機組鍋爐的熱控研究

　　摘要：本文首先提出了大型超臨界機組鍋爐在火電系統的重要性，然后以熱控為出發點，分析了超臨界鍋爐在水汽循環、熱過程的復雜性、非線性變化等特點，指同時指出了超臨界鍋爐熱控的一些關鍵因素，之后指出其熱控系統設計主要內容，包括主蒸汽系統、再熱蒸汽系統和汽機旁路系統的設計、鍋爐啟動旁路控制系統的設計、給水系統熱控設計、凝結水系統熱控設計、抽汽系統熱控設計，最后提出了一些措施來提高超臨界鍋爐熱控系統的穩定性。
　　關鍵詞：火電廠，超臨界鍋爐，熱控
　　中圖分類號: TM621.2文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　隨著國際電力市場的發展和國內經濟發展的實際情況需求，目前火電站的發展趨勢是高參數、大容量的機組鍋爐，近年來國內加快研究超臨界機組鍋爐，并且已經取得了一定的應用，超臨界火電機組是指容量在600MW以上，主蒸汽壓力在24~25Mpa之間的機組鍋爐，它可以提高熱效率，其中熱控技術就是超臨界機組鍋爐的核心技術，超臨界機組鍋爐控制過程非常復雜，其特點是多變、慣性發、滯后大和非線性等，因此，對于超臨界機組鍋爐的熱控難度大但意義深遠[1]。
　　1超臨界機組鍋爐的熱控特點
　　超臨界機組直流鍋爐在工藝過程和鍋爐結構上與亞臨界鍋爐有很大不同，因此在進行超臨界鍋爐熱控系統設計時，應該根據其熱力運行特點進行設計，以滿足其大容量、高參數方面的特殊要求，保證鍋爐的良好運行狀態。超臨界機組鍋爐在熱力控制方面有以下幾個特點。
　?。?）汽包環節在超臨界鍋爐中不存在，它一次性完成給水加熱、水蒸發和蒸汽過熱的過程，鍋爐在不同工況時會運行在亞臨界和超臨界狀態下，因此水的蒸發點會在不同加熱段內移動，因此，為了使鍋爐運行過程中各點的水、汽溫度和濕度控制在合理的范圍內，就必須高準確度地調節燃水比、燃風比和減溫水量等[2]。
　?。?）超臨界鍋爐運行時是汽水一次循環，它不具備汽包儲能，因而鍋爐的蓄能量較小，具有循環速度快、工藝周期短的特點，所以這就要求熱控系統須具備實時性強、控制速度周期短的特性，實現鍋爐和控制機組之間的協調，保證控制的及時性和準確性。
　?。?）超臨界機組鍋爐的熱控過程復雜。超臨界機組鍋爐的輸入量是給水量、燃燒率等，輸出量是蒸汽溫度、壓力和機組負荷等，因此它作為一個多輸入和多輸出的控制對象，任何一個輸入量的擾動都會對各個輸出量產生影響，例如單獨改變燃料量，就會影響主蒸汽的溫度和壓力，因此超臨界鍋爐熱控的關鍵點是比值控制、便參數調節和變定值調節。
　?。?）超臨界鍋爐內不同區段，工質的比容、比熱會發生很大變化，當鍋爐在不同負荷下運行時，工質壓力會在超臨界和亞臨界之間變化，繼而帶來了工質物性的劇烈變化，因此超臨界鍋爐具有強烈的非線性性，具體表現為蒸汽和水的比容、比熱、溫度等非線性變化，傳熱和流動非線性變化，并且各參數之間是多元的非線性函數關系，這樣就會導致鍋爐輸出參數會在負荷變化時發生大幅度的變化，這就要求熱控系統更加及時、準確，以保證鍋爐正常運行。
　　2超臨界鍋爐熱控系統的設計
　　鍋爐熱控系統設計的基礎是PID設計，主要包括以下幾個方面：
　　（1）主蒸汽系統、再熱蒸汽系統和汽機旁路系統的設計。超臨界過的主蒸汽和再熱蒸汽疏水應采用調節閥控制，應該通過檢測蒸汽管道中的蒸汽的壓力和溫度來確定閥門的開度，或者閥門開度與蒸汽壓力有相對應的函數關系；主蒸汽流量調節時采用煤水比方法使中間點溫度保持在一定值，并且用噴水減溫來調節過熱蒸汽出口的溫度，主蒸汽流量由給水量控制；超臨界鍋爐的汽機旁路控制系統與亞臨界鍋爐區別不大，旁路裝置作為鍋爐的安全門和機組啟動。
　　（2）鍋爐啟動旁路控制系統的設計。超臨界鍋爐在設計中增加了啟動旁路系統，其作用是防止低溫蒸汽在汽輪機中凝結而沖擊汽輪機，當負荷變化時，汽水分離器會在濕態和干態下運行，濕態運行時應控制分離器水位和最小給水流量，干態運行時應控制蒸汽溫度和最小流量，在濕態運行和干態運行之間轉化時，應首先增加燃料，帶蒸汽焓值上升后再增加給水量，蒸汽溫度由燃水比控制。
　?。?）給水系統熱控設計。超臨界鍋爐和亞臨界鍋爐的給水系統熱控設計基本一致，主要是控制電動流量調節閥和給液力耦合器，在負荷變化時，二者可以進行切換調節，以滿足變化的要求。
　?。?）凝結水系統熱控設計。超臨界鍋爐的除氧器水位偏差信號直接作用于除氧器水位調節閥和凝水器補水調節閥，控制除氧器水位調節閥時，必須同時兼顧凝汽器水泵流量和凝汽器的水位，這樣設計的原因是通過對凝水器水位這個源頭的干預來調節除氧器水位，縮短調節時間，加快系統響應速度。
　　（6）抽汽系統熱控設計。抽汽系統設計的關鍵問題是汽輪機防進水標準的選用，國外設計時在在汽輪機DEH中設置裝有差壓變送器的抽汽逆止門，國內的設計是在抽汽逆止門前的管道上設有溫度測量點，以防止水進入汽輪機，但各國的標準存在一些差異，因此國內設計應該在滿足國家標準的基礎上借鑒國外的經驗。
　　3提高超臨界鍋爐熱控系統的可靠性
　　火電廠熱控系統關系到所有熱力設備的運行，并且各個系統和設備之間相互聯系、相互制約，提高熱控系統的性能對于電廠的正常運行至關重要，可以從以下幾個方面進行努力：保證熱控硬件的可靠性，超臨界鍋爐對設備的要求較高；軟件方面提高其自診斷的能力，發生故障時能迅速報警并且及時進行故障處理，對于重要的熱信號要進行冗余設置，提高熱控系統的穩定性；對于控制操作室要嚴格檢測環境條件，包括灰塵、溫度、振動等，惡劣的環境條件可能導致設備的準確性降低甚至失效，做好設備的日常維護，排除隱患，另外還應該加強操控人員的培訓，提高技術人員的技能。
　　隨著火電事業的發展，鍋爐的運行日益趨于智能化和自動化，因此控制系統的作用也越來越重要，加強超臨界鍋爐熱控系統的研究，可保證電廠機組的正常運行，為實現生產效益打下堅實的基礎。
　　參考文獻
　　[1]呂國權.電廠熱控系統可靠性技術研究[J].科學