井岡山電廠超超臨界直流鍋爐給水控制優化

邱建華 方志華

(華能井岡山電廠,江西吉安 343009)

井岡山電廠超超臨界直流鍋爐給水控制優化

邱建華 方志華

(華能井岡山電廠,江西吉安 343009)

由于超超臨界機組直流鍋爐與亞臨界機組汽包鍋爐在結構設計上有一定的差別,因此機組的調節方法也有所不同。文章分析介紹了井岡山電廠660MW超超臨界直流鍋爐以中間點溫度修正給水控制的原理,結合生產過程中的問題,提出了在干態直流工況下優化給水控制策略。

超臨界直流鍋爐 中間點溫度 給水控制 優化

1 引言

由于超臨界直流鍋爐沒有汽包，工質一次通過受熱面(即循環倍率等于1)，在省煤器、蒸發部分和過熱之間沒有固定不變的分界點，水在受蒸發面中全部轉變為蒸汽，工質在整個行程中的流動阻力均由給水泵來克服，因此，其運行調節特性和汽包爐有著很大的差別。井岡山電廠二期2×660MW工程設計煤種為40%豐城煤礦和60%裴溝煤礦的混煤煤，校核煤種為淮南煤煤，最大連續蒸發量為2060t/h，過熱器蒸汽出口溫度為605℃，再熱器蒸汽出口溫度為605℃，給水溫度為296℃，給水泵配置為2×50%BMCR給水流量小汽輪機。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，二者之間用過渡集箱連接。汽水分離器出來的蒸汽引至頂棚和包墻系統，再進入低溫過熱器，然后流經屏式過熱器和高溫過熱器。再熱器分為低溫再熱器和高溫再熱器兩段布置，低溫再熱器布置于尾部雙煙道中的前部煙道，高溫再熱器布置于水平煙道，省煤器布置在低溫過熱器下方，再熱蒸汽汽溫控制主要靠尾部煙氣擋板調節。

2 直流鍋爐的煤水比控制方法

對于直流鍋爐來說，一方面要控制鍋爐負荷，這時鍋爐的給水流量和燃料量都要改變。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，就是根據鍋爐負荷不同將煤和水的比例按照設計值來進行控制。因為測量系統的誤差累積和煤質的變化，還有可能有其他因素的影響，并不能保證最終的汽水分離器在設計值上，所以還需要通過中間點的溫度或者焓值進行穩態校正。煤水比控制方式分為“水跟煤”和“煤跟水”兩種方式；水跟煤控制方式示意圖，如圖1。在鍋爐側采用水跟煤的控制方案時，燃料量指令直接響應鍋爐負荷指令，給水流量的設定值由兩部分組成:一部分根據鍋爐負荷和設計的煤水比形成，這是給水流量指令的主要部分；另外一部分由中間點溫度或焓值的穩態校正信號形成，用來校核因煤種變化、受熱面結焦、火焰中心上下移動的影響。這種控制方案也叫以煤為基礎的控制方案。

中間點溫度的反應速度雖然不如焓值快，在亞臨界壓力下飽和區附近也不能夠快速反映爐膛內熱量的變化，但是由于它的控制結構簡單，組態容易實現，因此在國內的超臨界機組上還是得到普遍的應用。本工程給水系統采用以煤為基礎的“水跟煤”控制方式，采用中間點溫度的方法對給水控制進行校正。

圖1 水跟煤控制方式圖

圖2 給水系統控制策略

表1 汽水分離器蒸汽壓力與中間點微過熱汽溫過熱度對應表

圖3 工質熱焓-壓力-溫度曲線

3 給水控制方案

中間點溫度給水控制回路如圖2所示。省煤器入口給水流量設定值是由前饋信號和主調節器輸出的校正信號疊加而成[1]。由鍋爐主指令經經動態延時塊F1(t)、鍋爐指令與給水流量轉換塊F1(x)經塊延時塊DELAY加上水冷壁出口集箱給水溫度的微分信號產生前饋信號，濾波環節F1(t)目的是補償燃料量和給水量對水冷壁出口聯箱給水溫度的動態特性差異，延時塊DELAY防止總燃料量信號快速波動對給水系統的影響(如一臺磨煤機斷煤后又快速恢復)，微分信號反映水冷壁出口溫度的變化率，以實現超前調節；主調節器PID1的輸出是根據水冷壁出口集箱給水溫度和水冷壁出口集箱給水溫度設定值之間的偏差進行PID1運算得到。

水冷壁出口集箱給水溫度設定值由以下幾部分組成:

(1)分離器儲水罐壓力經函數發生模塊F2(x)產生水冷壁出口集箱給水溫度給定基本值。濾波環節F2(t)是為了消除汽水分離器儲水罐壓力的高頻波動對測量影響。F2(x)由分離器儲水罐壓力飽和加上中間點微過熱汽溫過熱度計算出。由于飽和蒸汽的溫度和壓力沒有具體的函數曲線，所以組態中用多級分段函數近似表示它們之間的關系。中間點微過熱汽溫過熱度見表1。

(2)過熱器噴水比率產生修正信號。過熱器噴水比率設定值是機組給定負荷經F3(x)給出，測量值是由過熱器噴水減溫總量除以省煤器人口給水流量。過熱器噴水比率間接反映了煤水比的變化，噴水比率偏高，中間點的過熱度偏高，煤水比偏高。

(3)運行人員可以根據機組的實際運行情況，在畫面上手動對水冷壁出口集箱給水溫度設定值進行偏置。

4 給水控制和過熱汽溫現狀

(1)負荷300MW及以下時給水波動較大(達100T/H)，有時呈現等幅波動并發散，分離器可測量到水位。(2)負荷小于400MW以下存在需要手動增加過熱度偏置。(3)負荷500MW--550MW間存在大幅手動降低過熱度偏置屏式過熱器出口仍然容易超溫。(4)機組帶正常負荷時因屏過超溫造成主汽溫低于額定溫度。

5 原因分析及措施

(1)對作為給水校正用的微過熱汽溫的過熱度的選取有一定的要求，如果取大了，燃料-微過熱汽溫通道的動態特性變差；取小了，雖然該通道的動態特性改善了，但是微過熱汽溫H=f(h，p)進入了明顯的非線性區，如圖3所示，影響到微過熱點汽溫的代表性，而且放大系數隨工質的參數變化而變化，不穩定。對于滑壓運行的超臨界機組，此缺點尤為明顯[2]。在過熱度低的區域，當增加或減少同等給水量時，焓值變化的正負向數值大體相等，但中間點溫度的正負向數變化量則明顯不等。當中間點溫度低到接近飽和區，給水量的擾動可引起明顯的焓值變化，但溫度變化卻很小[3]。

(2)由于鍋爐給水溫度是隨負荷的降低而降低的，故給水焓值也隨之降低，煤水比提高，這是因為在低負荷時給水溫度較低，當年為工質所需要吸熱量增加，需要按照能量平衡關系增加燃料量，在高負荷時正好相反。圖3給出了某廠最低過熱度設定曲線，符合此原則。同樣圖3給出了本工程最低過熱度設定曲線在低負荷時最小過熱度較高負荷時小，存在低負荷時過熱度偏低，其蒸汽容易落入非線性區。(3)低負荷時煙氣擋板開度為再熱器側100%，過熱器側25-40%，根據鍋爐說明書在低負荷時低溫過熱器流量煙氣大于再熱器煙氣流量，即加熱省煤器的煙氣量偏少，給水溫度降低，并隨負荷降低影響更加明顯。現場受再熱器出口溫度調整需要，為保持再熱器出口參數達到額定值煙氣擋板的調節受到限制。(4)表1中給出本工程分離器壓力達到15MP以上時最低過熱度達到15℃已經到最高過熱度，合理控制中間點濕度可以使煙氣溫度最高的區域中保持較低的金屬管壁溫度，可減輕金屬的高溫腐蝕等。(5)為適應現場安全、經濟運行需要提高低負荷(低分離器壓力)對應的過熱度，降低高負荷對應的過熱度。

6 結語

針對超超臨界直流爐機組本身的特點，結合給水控制的過程分析了給水自動控制的原理，分析了中間點溫度控制方案的優化，能有效保證鍋爐屏過的超溫，低負荷時的給水波動，減少升降負荷時的操作，從而確保了壓力以及負荷的性能指標，滿足安全經濟運行的需求。當然給水自動的優化需要在生產實踐中不斷進行調整，才能得到最理想的性能。

[1]張秋生,岳建華,趙軍,何志永.超臨界機組的給水自動控制策略[J].華北電力技術,2007(9):26-29.

[2]宋兆星,王玉山.600MW超臨界機組給水控制系統的設計及應用[J].華北電力技術,2007(12):46-50.

[3]胡武奇,忻建華,葉敏.600MW超臨界鍋爐基于中間點焓校正的給水控制系統[J].能源技術,2008(6):136-139.