发电厂生产过程锅炉热平衡及启动(1)

第六章电厂锅炉运行第六章电厂锅炉运行•锅炉热平衡问题：进入锅炉的能量输出锅炉的能量（蒸汽）平衡问题热经济性•参数调节：运行参数、蒸汽压力、温度•启动和停炉第一节锅炉热平衡第一节锅炉热平衡•锅炉的热损失：未释放和末被吸收的热量。•锅炉热平衡•Q1：锅炉所有效利用了的热量•Q2：排烟损失•Q3：化学不完全燃烧热损失•Q4：机械不完全燃烧热损失•Q5：散热损失•Q6：灰渣物理热损失锅炉热效率热效率二、锅炉热损失1.排烟损失q2•最大的一项热损失，通常可达4～8％。•主要取决于：排烟温度、排烟容积。•排烟温度每增高12～15℃，q2约增大1％。•大、中型电厂锅炉的排烟温度通常控制在130℃左右。•影响因素：燃料性质；受热面积灰、结渣或结垢；过量空气系数；漏风。2.化学不完全燃烧热损失q3•由于烟气中所含的CO、氢气和甲烷等可燃气体）最终未能发生燃烧而造成的。•主要取决于：炉膛内的过量空气系数、空气与燃料的混合情况。•煤粉炉的q3一般不超过0.5％。•影响因素：燃料的挥发分、过量空气系数、燃烧器结构和布置、炉膛温度、炉内空气动力场。3.机械不完全燃烧热损失q4•由于固体可燃物在炉内燃烧不彻底或根本未曾燃烧所造成的。•多数煤粉炉的q4一般0.5～5％。•影响因素：燃料性质、燃烧器结构和布置、锅炉负荷、过量空气系数等。•最佳过量空气系数：综合考虑q2、q3、q44.散热损失q5•由于锅炉本体外表面的温度高于环境温度，通过对流和辐射的方式向外散热而引起的。•影响因素：锅炉散热表面积。•一般，容量越大的锅炉，相对于每千克燃料耗量来说，其表面积反而愈小。•按照经验估计，大容量电厂锅炉的q5约占0.2～0.6％5.灰渣带走的物理热损失q6•燃用固体燃料时，从炉底排出的灰渣温度远远高于环境温度，由此造成热量损失。•主要取决于：排渣方式、煤的含灰量。含灰量越大，q6越大。多数固态排渣煤粉炉，q6大致为0.5～1％；液态排渣炉的此项热损失要显著增大。第二节锅炉的运行调节第二节锅炉的运行调节•锅炉运行调节的主要任务：使蒸发量适应外界负荷的需要；保证输出蒸汽的品质(包括蒸汽压力、温度等)；维持正常的汽包水位；维持高效率的燃烧与传热，保证设备长期安全经济运行。一、蒸汽压力的调节1.蒸汽压力变化的原因•蒸汽压力：过热器的出口压力。直接影响汽轮机设备的安全性和经济性，偏差范围不超过0.05～0.1MPa。•分析时可将蒸汽压力作为汽包压力。蒸汽压力变化的实质：反映了锅炉蒸发量与外界负荷(即汽轮机进汽量)之间的平衡关系。一、蒸汽压力的调节•外扰：外界负荷的变化。蒸汽压力与蒸汽流量的变化反向。•内扰：炉内燃烧工况及换热条件的变化。蒸汽压力与蒸汽流量的变化同向。2.蒸汽压力调节的一般方法•蒸汽压力的变化实际上是锅炉蒸发量与外界负荷之间的平衡关系被破坏的结果。•负荷变化对于锅炉是客观存在的，因此蒸汽压力的调节就是锅炉蒸发量的调节。•蒸发量的大小主要取决于燃烧工况，所以蒸汽压力调节实际上就是燃料量与风量的调节。•无论何种扰动使蒸汽压力变化，都应改变燃煤量及送风量，同时兼顾汽包水位及蒸汽温度的调节。2.蒸汽压力调节的一般方法•蒸汽压力调节的具体方法蒸汽压力下降时先与引风机配合，增大送风量，再增大燃料量。蒸汽压力升高时先减少燃料量，再减少送风量，同时相应减少给水量，并兼顾到其他参数的调节。二、蒸汽温度的调节（一）蒸汽温度变化的原因•锅炉过热蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的重要参数。•过热蒸汽温度的控制任务：维持过热器出口蒸汽温度在生产允许的范围内，一般要求过热蒸汽温度的偏差不超过额定值(给定值)的－10～＋5℃。二、蒸汽温度的调节•汽温过高：直接危及设备的安全；•汽温过低：使循环热效率降低，并增大汽轮机的排汽湿度，进而影响汽轮机的安全。•引起蒸汽温度变化的因素：蒸汽侧：锅炉负荷、给水温度的变化烟气侧：燃料性质和数量、送风量、受热面清洁程度等。（二）蒸汽温度的调节方法1.蒸汽侧调节方法•喷水减温法用低温给水作为冷却水喷入蒸汽，直接吸收蒸汽热量，使其温度降低。•承担蒸汽喷水调节任务的设备称为喷水减温器。设计喷水量一般为锅炉额定蒸发量的3％～5％。大型锅炉采用1~3级喷水减温器不等。设置两级减温水的对象结构示意图初级对流一级减温水二级减温水一级减温器二级减温器屏式过热器高温对流主汽温过热蒸汽温度控制系统的基本方案过热汽温串级控制系统变送器变送器副调节器执行器θ1θIθ1ITIθ0+-WjIT2主调节器+Iθ-TTΔPIDΔPIDTT设定值主调节器副调节器减温水指令减温器出口温度(导前汽温)过热器出口温度(主汽温)串级控制系统具有内外两个回路。)(2sWa)(1sWa)(01sW)(02sW)(1sWH)(2sWHu(t)ry1(t)y(t)--W01(t)、W02(t)：分别为调节对象的导前区和惰性区的传递函数；Wa1(t)、Wa2(t)：分别为过热汽温控制系统的副调节器和主调节器；WH1(t)、WH2(t)：分别为导前汽温和过热汽温的测量单元。1.蒸汽侧调节方法•蒸汽侧调节的特点是降温调节，即仅能使蒸汽温度降低而不能使其升高，因而过热器的换热面积，通常设计得要大一些，使其吸热能力大于额定需要值。当蒸汽温度降低时，应能使减温水量随之减少；当汽温升高时，则能使减温水量增大，•从而获得双向调节汽温的手段，以始终保持锅炉出口的过热蒸汽温度为额定值。减温器投入的负荷范围为70％～100％。2.烟气侧调节方法烟气侧调节的原理•通过改变掠过过热器和再热器的烟气温度和流量来改变过热蒸汽和再热蒸汽的温度。(1)改变火焰中心位置：改变炉膛火焰中心位置(即上移或下移)，可以减少或增加炉膛内受热面的吸热量，改变炉膛出口烟温，从而可改变掠过过热器和再热器的烟温，达到调节蒸汽温度的目的。改变摆动式燃烧器的喷口角度，改变多层燃烧器各层的出力。2.烟气侧调节方法(2)改变烟气挡板开度：将锅炉尾部竖井入口段做成并联的两个分隔烟道，一侧烟道布置再热器，另一侧布置过热器(或省煤器)。两侧烟道出口处均装有烟气挡板，改变挡板开度，就可以改变两侧烟道的烟气量比例，以调节再热汽温。(3)使烟气再循环：利用再循环风机将省煤器后温度约为350℃的部分烟气抽出，从炉膛底部或上部再送回炉膛，实现对蒸汽温度的调节。二、蒸汽温度的调节•再热汽温控制一般采用烟气侧调节方法。•辅助手段：微量喷水和事故喷水减温用烟气挡板或改变燃烧器摆角不能将再热汽温控制住。再热汽温高过一定值。•在正常情况下，再热蒸汽温度不宜采用喷水调温方式。三、汽包水位调节三、汽包水位调节•汽包当水位过高汽水分离空间高度减小将造成蒸汽带水，蒸汽品质恶化；严重时会出现汽包满水，造成蒸汽大量带水，含盐量过高的蒸汽使过热器严重结垢，导致管壁超温爆管。造成主蒸汽管道和汽轮机的水冲击，影响设备安全和经济运行。三、汽包水位调节•汽包水位过低可能导致下降管带汽，使水循环的流动压头减小，自然水循环的安全性降低。如果给水中断而锅炉连续运行时，则可能在几十秒内就出现“干锅”。即使给水不中断，但给水量与蒸发量不平衡，仍会在几分钟内发生缺水(或满水)事故。三、汽包水位调节•运行中为了监视汽包水位，便于调节，在锅炉汽包上都装有就地和远传式水位计。•给水调节的任务：根据负荷的变化及时调节给水流量，使两者相适应。•在调节过程中，必须注意汽包的虚假水位现象。虚假水位•虚假水位：汽包的不真实水位。•锅炉负荷变化将引起汽包水位变化，但同时也会引起汽包压力变化。•是调节过渡过程中的产物，一旦达到新的汽水平衡，这种不真实水位便会消失。•虚假水位的存在，会误导给水量调节朝着相反的方向进行。三冲量调节•三冲量调节：指该调节系统以蒸汽流量(即锅炉负荷)、给水流量和汽包水位作为信号参量。•综合考虑了蒸汽流量与给水流量平衡的原则，还考虑了汽包水位偏差的大小，既能纠正虚假水位的影响，又能补偿给水流量的扰动。三、给水控制系统的基本结构•(1)单冲量调节系统结构；•(2)单级三冲量调节系统结构；•(3)串级三冲量调节系统结构。三、给水控制系统的基本结构LTΔK∫f(x)A＋_汽包水位（1）单冲量调节系统结构三、给水控制系统的基本结构LTΔK∫f(x)＋汽包水位ΣFT蒸汽流量αDFTαW给水流量IDIH_＋ΔA＋K∫PI1PI2_(3)串级三冲量调节系统结构。四、燃烧调节•燃烧调节的任务：使燃烧适应蒸汽负荷和蒸汽参数的要求；保证良好的燃烧，减少不完全燃烧损失；对于负压燃烧锅炉，应合理调整送、引风量，以维持炉膛内适当的负压，保证锅炉运行安全。•与三项任务相对应，燃烧调节的三个参数分别是燃料量、送风量和引风量。四、燃烧调节一、控制燃料量。适应外界对锅炉负荷的要求。燃料量控制系统二、控制送风量。实现经济燃烧。送风控制系统三、控制引风量。保持炉膛压力。炉膛压力控制系统执行机构各是什么？四、燃烧调节•锅炉燃烧的正常状态具有以下几方面特征：炉膛内应具有光亮的金黄色火焰，火焰中无明显的星点，火焰中心位于炉膛中部，火焰均匀地充满整个炉膛而不触及四周的水冷壁，烟囱排放出的烟气呈淡灰色。燃料量控制ΣABCDEF给煤量Σ×A×ΔM/Af6(x)÷B热量信号燃油发热量煤实际发热量煤的单位发热量理论发热量发热量校正0.85～1.15给煤量信号＋＋__f1(x)×f0(x)ft(x)f2(x)f3(x)ΣB0＋总风量燃油量给水温度锅炉负荷指令PB_ΔK∫d/dtΣM/Af4(x)ΣM/Af5(x)PID1ABCDEF＋__A磨煤机一次风量＋FdFbA给煤机转速指令Δ＋_给水温度设计值K∫d/dtPID2f7(x)ADAPT给煤机自动台数•哪个是反馈信号？•哪个是前馈信号？五、大型锅炉自动控制系统简介1.炉膛安全监控系统(FurnaceSafeguardSupervisorySystem，简称FSSS)2.协调控制系统1.炉膛安全监控系统主要功能：•锅炉点火前及停炉后的炉膛吹扫；•点火及主燃料投入合适条件的确定；•正常运行时对运行参数及设备状态的监测报警；•设备处于危急状况下使主燃料跳闸、锅炉运行停止；1.炉膛安全监控系统主要功能：•特殊情况下紧急减负荷或切断负荷；•炉膛火焰监测及燃烧工况判断；•首次跳闸原因显示；•制粉系统控制、火焰监测孔冷却风机及磨煤机密封风机控制、炉水循环泵控制等。1.炉膛安全监控系统FSSS对锅炉的安全保护主要体现在：•炉膛吹扫：使锅炉在运行的各个阶段(包括启动和停炉)避免在其任何部位形成煤粉沉积，消除气粉混合物的爆燃条件。•主燃料跳闸：当无论何种原因使设备处于危险状态时，FSSS将发出主燃料跳闸的指令，切断所有燃料设备和有关辅助设备，使整台机组停止运行，保证设备的安全。炉膛安全监控系统的功能主燃料跳闸•在锅炉安全受到严重威胁的紧急情况下，如汽轮机甩负荷、锅炉熄火、失去送风机和引风机、汽包水位过低或过高，•若运行人员来不及进行及时助操作处理，炉膛安全监控系统将实现“主燃料跳闸”(MFT)。炉膛安全监控系统的功能主燃料跳闸•将正在燃烧的所有燃烧器的燃料全部切断或以层为单位跳掉磨煤机、给煤机等设备。•提供“首次跳闸原因”的报警信号，以便事故查找和分析。汽机跳闸且高压旁路打不开RT停磨煤机RS风量＜30%（吹扫期间）送风中断跳闸燃料中断跳闸炉膛熄火UNIT柜失电直流电源失去达2S炉膛压力低炉膛压力高CCS失电人工紧急跳闸汽包水位低两台送风机停运两台引风机停运循环水量不足MFT寄存器炉膛吹扫结束5S5S关密风风门关油喷咀阀（三用阀）2S开燃料风档板开辅助风档板辅手风手动30S2S6SUNIT电源柜正常至炉膛负压控制停一次风机B停一次风机A一次风机AB均未开5min开冷风档板设置磨煤机为手动方式关燃油跳闸阀油喷咀阀未关切除吹灰器至CCS停汽动给水泵切除除尘器至汽机旁路控制系统允许炉膛吹扫图3主燃料（MFT）跳闸逻辑SR&&&&&&≥1RSRSRSRSRSRSRS&11≥1清扫启动清扫完毕备用危急跳闸炉膛失去火焰炉压低炉压高锅炉连锁跳闸无锅