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鍛爐給水流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

   2011年09月16日 11:22  
  汽包鍋爐通過改變?nèi)剂狭?、減溫水量和給水流量控制蒸汽壓力(簡(jiǎn)稱汽壓)、蒸汽溫度(簡(jiǎn)稱汽溫)和汽包水位,汽壓、汽溫、給水流量控制相對(duì)獨(dú)立。超臨界機(jī)組的直流鍋爐,在通過改變?nèi)剂狭靠刂破麎旱耐瑫r(shí),通過控制燃水比調(diào)節(jié)給水流量和調(diào)節(jié)減溫水量控制蒸汽溫度。本文以某超臨界600MW機(jī)組鍋爐為例,介紹鍛爐給水流量調(diào)節(jié)(簡(jiǎn)稱給水調(diào)節(jié))及其控制系統(tǒng)。
  
  一、給水調(diào)節(jié)
  
  1.1全負(fù)荷范圍給水調(diào)節(jié)
  
  某超臨界60OMW機(jī)組鍋爐起動(dòng)系統(tǒng)為帶爐水循環(huán)泵的內(nèi)置式系統(tǒng)(圖1)。在鍋爐負(fù)荷小于30%BMCR時(shí),給水控制系統(tǒng)使省煤器流量保持在645t/hzui小值(本生流量)。給水流量隨汽水分離器蒸汽量增大而逐步增大,給水流量與再循環(huán)流量之和等于省煤器流量。在鍋爐負(fù)荷大于30%BMCR后,汽水分離器下再有水分離,貯水箱水位低到235Omm以下后,停運(yùn)爐水循環(huán)泵,鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行工況。
  
  在鍋爐起動(dòng)初期,主給水電動(dòng)閥關(guān)閉,給水流量由給水旁路調(diào)節(jié)閥控制。電動(dòng)給水泵改變轉(zhuǎn)速維持給水旁路調(diào)節(jié)閥差壓在(0.5~0.9)MPa。當(dāng)給水旁路調(diào)節(jié)閥開度增大至75%,鍋爐負(fù)荷達(dá)15%BMCR時(shí),主給水電動(dòng)閥打開,給水旁路調(diào)節(jié)閥關(guān)閉,由電動(dòng)給水泵調(diào)速控制給水流量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷達(dá)20%~25%BMCR時(shí),起動(dòng)第1臺(tái)汽動(dòng)給水泵,停運(yùn)電動(dòng)給水泵。當(dāng)鍋爐負(fù)荷達(dá)50%BMCR前,起動(dòng)第2臺(tái)汽動(dòng)給水泵。
  
  1.2起動(dòng)過程貯水箱水位控制
  
  鍋爐負(fù)荷小于30%BMCR以下時(shí),直流鍋爐運(yùn)行工況類同于汽包鍋爐。貯水箱水位由爐水循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥、低容量溢流電動(dòng)閥及調(diào)節(jié)閥、高容量溢流電動(dòng)閥控制。
  
  貯水箱水位計(jì)量程為(0~8900)mm。當(dāng)貯水箱水位高于8160mm時(shí),開啟高容量溢流電動(dòng)閥;當(dāng)貯水箱水位低于7450mm或貯水箱壓力達(dá)到3.0MPa時(shí),聯(lián)鎖關(guān)閉高容量溢流閥;當(dāng)貯水箱水位高于7650mm時(shí),聯(lián)鎖開啟低容量溢流電動(dòng)閥;當(dāng)貯水箱水位低于6700mm或貯水箱壓力大于20MPa,聯(lián)鎖關(guān)閉低容量溢流閥;當(dāng)貯水箱水位在(6700~7650)mm時(shí),根據(jù)貯水箱水位通過低容量溢流調(diào)節(jié)閥控制溢流流量。
  
  當(dāng)貯水箱水位在(2350~6700)mm,由爐水循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥控制循環(huán)流量。貯水箱水位和再循環(huán)流量的控制由1套調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)提供對(duì)總給水流量控制系統(tǒng)的前饋信號(hào),限制爐水循環(huán)泵調(diào)節(jié)閥和貯水箱溢流閥的開啟速率,使相互作用減至zui小。
  
  二、給水調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)
  
  2.1四回路給水調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)
  
  給水調(diào)節(jié)原理見圖2。圖中,fQ(x)為基于不同負(fù)荷計(jì)算單位時(shí)間流經(jīng)蒸發(fā)器的水應(yīng)吸收熱值的一組函數(shù);fh(x)為基于不同負(fù)荷計(jì)算分離器出口焓應(yīng)有值(對(duì)應(yīng)于燃水比應(yīng)有值)的函數(shù);f△t(x)為基于不同負(fù)荷計(jì)算一級(jí)減溫器溫降應(yīng)有值的函數(shù)。
  
  回路1為省煤器流量控制回路。實(shí)際系統(tǒng)大選運(yùn)算的流量定值并行接至給水旁路調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速、2臺(tái)汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制回路,通過切換邏輯實(shí)現(xiàn)全程給水調(diào)節(jié)。
  
  回路2為燃水比控制主回路。根據(jù)給水流量(kg/S)=單位時(shí)間流經(jīng)蒸發(fā)器的水應(yīng)吸收熱值(MJ/s)/蒸發(fā)器焓增(MJ/kg)算式,計(jì)算出相對(duì)一定負(fù)荷的單位時(shí)間流經(jīng)蒸發(fā)器的冰應(yīng)吸收熱值(MJ/s);由省煤器出口工質(zhì)壓力、溫度,從蒸汽表中查出省煤器出口焓、汽水分離器出口焓與省煤器出口焓之差即蒸發(fā)器焓增,作為鍋內(nèi)水汽流程可觀測(cè)的前段過程反饋;給水流量設(shè)定值(kg/S)=熱值(MJ/s)/焓增(MJ/kg)。對(duì)于一定的負(fù)荷,存在一定的吸熱值和焓增,就有一定的給水流量,從而體現(xiàn)燃水比。
  
  回路3為燃水比失調(diào)校正回路。相對(duì)一定的負(fù)荷,具有汽水分離器出口焓應(yīng)有值。汽水分離器出口焓測(cè)量值與應(yīng)有值的偏差(燃水比失調(diào))時(shí),對(duì)給水流量進(jìn)行校正。恰值與負(fù)荷相對(duì)應(yīng)時(shí)該回路調(diào)節(jié)器輸出為零。調(diào)節(jié)器校正輸出設(shè)有幅度限制。
  
  回路4為一級(jí)減溫器溫降校正回路。對(duì)應(yīng)一定的負(fù)荷,具有一級(jí)減溫器溫降設(shè)定值,其溫降測(cè)量值與設(shè)定值有偏差時(shí),對(duì)給水流量進(jìn)行校正。一級(jí)減溫器溫降與負(fù)荷對(duì)應(yīng)時(shí)該回路調(diào)節(jié)器輸出為零。調(diào)節(jié)器校正輸出設(shè)有幅度限制。
  
  2.2用蒸發(fā)器吸熱量及其焓增控制燃水比
  
  處于直流狀態(tài)下的超臨界鍋爐,設(shè)計(jì)和運(yùn)行要求蒸發(fā)段處于水冷壁燃燒區(qū)上方至汽水分離器之前。如果燃水比失調(diào),蒸發(fā)段發(fā)生偏移,將使鍋爐出口主蒸汽溫度難以控制。因此,需要可靠地控制燃水比。
  
  可以由相對(duì)負(fù)荷的函數(shù),直接簡(jiǎn)單地得出給水流量設(shè)定值;采用給水流量設(shè)定值二蒸發(fā)器應(yīng)吸熱量/蒸發(fā)器熔增測(cè)量值運(yùn)算控制燃水比,提高控制效果。
  
  f/Q(x)計(jì)算:
  
  相對(duì)于不同負(fù)荷,對(duì)蒸汽及噴水流量、汽水分離器及省煤器的焓值,有各個(gè)不同的延遲規(guī)律和函數(shù)關(guān)系;蒸汽流量設(shè)計(jì)值—噴水流量設(shè)計(jì)值=給水流量設(shè)計(jì)值,汽水分離器出口焓設(shè)計(jì)值—省煤器出口焓設(shè)計(jì)值=蒸發(fā)器焓增設(shè)計(jì)值,給水流量設(shè)計(jì)值×蒸發(fā)器焓增設(shè)計(jì)值=設(shè)計(jì)熱增量,設(shè)計(jì)熱增量—基于貯水箱飽和溫度計(jì)算的蒸發(fā)器金屬吸熱量=流經(jīng)蒸發(fā)器的水應(yīng)吸收熱值。計(jì)算過程涵蓋了燃料和給水響應(yīng)時(shí)間上的動(dòng)態(tài)配合、蒸發(fā)器金屬蓄熱以及高壓加熱器投切對(duì)相對(duì)負(fù)荷修正等因素。
  
  在實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)中,用加入了溫差調(diào)節(jié)器校正作用后的汽水分離器出口焓設(shè)定值減去省煤器出口焓測(cè)量值表示焓增測(cè)量值。
  
  省煤器出口給水焓測(cè)量值用作燃水比控制的反饋信號(hào),當(dāng)其增加時(shí),表明給水從煙氣側(cè)的吸熱量增加,即燃料量大,因此給水流量也應(yīng)增加,反之也應(yīng)減少。燃水比控制回路的省煤器出口焓與燃水比失調(diào)校正回路的汽水分離器出口焓,用作燃水比控制與校正的反饋信號(hào),使蒸發(fā)器進(jìn)出口壓力、溫度(水汽流程前段可觀測(cè)參數(shù))及早穩(wěn)定,對(duì)主蒸汽溫度控制起到良好的粗調(diào)和保證作用。
  
  2.3采用汽水分離器出口焓值校正燃水比失調(diào)
  
  汽水分離器出口微過熱溫度(中間點(diǎn)溫度)能夠反映燃水比的匹配程度。當(dāng)負(fù)荷<30%BMCR時(shí),鍋爐處于汽包爐工況;當(dāng)負(fù)荷在30%~75%BMCR時(shí),鍋爐處于亞臨界直流工況;當(dāng)負(fù)荷>75%RMCR時(shí),蒸發(fā)器內(nèi)水汽分界點(diǎn)壓力達(dá)到22.lMPa,鍋爐進(jìn)入超臨界工況。微過熱溫度在30%一10O%BMCR負(fù)荷范圍均能反映燃水比。由文獻(xiàn)[3]可知,微過熱溫度每變化l℃,在低負(fù)荷時(shí)對(duì)鍋爐出口蒸汽溫度影響達(dá)1O℃,高負(fù)荷時(shí)對(duì)鍋爐出口蒸汽溫度影響有5℃。分析表明,將微過熱蒸汽焓值用作燃水比的反饋信號(hào)其靈敏度和線性度更優(yōu),能更好地優(yōu)化燃水比控制性能。
  
  當(dāng)汽水分離器出口恰測(cè)量值比應(yīng)有值偏高時(shí),表明燃水比偏高,焓值調(diào)節(jié)器輸出將增大給水量以恢復(fù)燃水比。給水流量增大使機(jī)前蒸汽壓力和功率瞬間增加,這將使燃料量反饋調(diào)節(jié)回路減少燃料量,又對(duì)汽水分離器出口焓形成擾動(dòng),可能出現(xiàn)不穩(wěn)定工況。從焓值調(diào)節(jié)器出口引出燃料量調(diào)節(jié)解藕信號(hào),加到燃料量調(diào)節(jié)回路,降低給水調(diào)節(jié)和燃燒調(diào)節(jié)的相互耦合作用。
  
  三、結(jié)論
  
  通過控制燃水比實(shí)現(xiàn)給水調(diào)節(jié),是超臨界鍋爐控制蒸汽溫度的主要手段,但對(duì)過熱器出口蒸汽溫度影響遲延大。在鍋爐水汽流程末端的過熱蒸汽減溫噴水,能較快地改變過熱器出口蒸汽溫度。給水調(diào)節(jié)與噴水減溫控制相結(jié)合,能使蒸汽溫度控制獲得*整體性能。
  
  在給水調(diào)節(jié)回路4中進(jìn)一步采用一級(jí)減溫器溫降校正給水流量和過熱器流程前期蒸汽溫度對(duì)給水調(diào)節(jié)施加了影響。過熱器輻射和對(duì)流受熱面隨負(fù)荷變化的溫度特性不同,相對(duì)一定負(fù)荷,在蒸汽流程前期控制減溫器的溫降,比控制具體點(diǎn)溫度更有利。
  
  綜合分析某超臨界60OMW機(jī)組的給水控制系統(tǒng),其以燃水比及一級(jí)減溫器溫降調(diào)節(jié)校正給水流量,以二級(jí)減溫器溫降調(diào)節(jié)一級(jí)減溫器噴水流量,zui終根據(jù)出口主蒸汽溫度調(diào)節(jié)二級(jí)減溫器噴水流量。隨水汽流程逐級(jí)調(diào)節(jié)蒸汽溫雇,提高了鍋爐出口蒸汽溫度調(diào)節(jié)的精度和動(dòng)態(tài)性能。
  
  將機(jī)組負(fù)荷、貯水箱水位、給水流量、分離器出口焓值、一級(jí)減溫器溫降進(jìn)行集中對(duì)比顯示,有利于掌握這些參數(shù)隨負(fù)荷變化的規(guī)律,可更好地掌握對(duì)超臨界鍋爐給水調(diào)節(jié)工況的監(jiān)控。

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