600MW超临界机组的给水控制的分析

超（超）临界机组专题报告USC-01DATE:PAGE1科远控制二部王富有600MW超临界机组给水控制的分析王富有南京科远自动化集团股份有限公司，江苏，南京，211100摘要：汽包炉的给水控制是相对独立的，而超临界机组锅炉给水控制则是和燃烧、汽温等系统相互耦合在一起的，因此直流炉的给水控制相对于汽包炉而言要复杂些。同时给水控制系统又是超临界机组热控系统中的重点，对提高机组的控制自动化程度、减少启停误操作、缩短机组启动时间、提高机组启停的可靠性具有重要作用，也是实现机组级自启停（APS）控制的一个技术关键。本文以某超超临界600MW机组为例，介绍锅炉给水调节系统的控制。关键词：600MW，超临界，给水，焓，煤水比，自动调节一、超临界机组给水系统的控制特性汽包炉通过改变燃料量、减温水量和给水流量控制蒸汽压力(简称汽压)、蒸汽温度(简称汽温)和汽包水位，汽压、汽温、给水流量控制相对独立。而直流炉作为一个多输入、多输出的被控对象，其主要输出量为汽温、汽压和蒸汽流量（负荷），其主要的输入量是给水量、燃烧率和汽机调门开度,由于是强制循环且受热区段之间无固定界限，一种输入量扰动将对各输出量产生作用，如单独改变给水量或燃料量，不仅影响主汽压与蒸汽流量，过热器出口汽温也会产生显著的变化，所以比值控制(如给水量/蒸汽量、燃料量/给水量及喷水量/给水量等)和变定值、变参数调节是直流锅炉的控制特点。实践证明要保证直流锅炉汽温的调节性能，维持特定的煤水比来控制汽水行程中某一点焓（分离器入口焓）达到规定要求，是一个切实有效的调温手段。当给水量或燃料量扰动时，汽水行程中各点工质焓值的动态特性相似；在锅炉的煤水比保持不变时（工况稳定），汽水行程中某点工质的焓值保持不变，所以采用微过热蒸汽焓替代该点温度作为煤水比校正是可行的，其优点在于：1)分离器入口焓（中间点焓）值对煤水比失配的反应快，系统校正迅速；2)焓值代表了过热蒸汽的作功能力，随工况改变焓给定值不但有利于负荷控制，而且也能实现过热汽温（粗）调正。超（超）临界机组专题报告USC-01DATE:PAGE2科远控制二部王富有3)焓值物理概念明确，它不仅受温度变化影响，还受压力变化影响，在低负荷压力升高时（分离器入口温度有可能进入饱和区），焓值的明显变化有助于判断，进而能及时采取相应措施。因此，静态和动态煤水比值及随负荷变化的焓值校正是超临界直流锅炉给水系统的主要控制特征。二、超临界机组给水系统工艺介绍某电厂2×600MW超超临界燃煤锅炉（HG-1792/26.15-YM1），由哈尔滨锅炉厂引进三菱技术制造，其形式为超超临界、П型布置、单炉膛、墙式切园燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、带再循环泵的启动系统、一次中间再热。锅炉采用平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，燃用烟煤。主要参数见表一：表一：主要参数项目BMCR项目BMCR过热蒸汽流量1792t/h再热器出口蒸汽压力4.58Mpa过热蒸汽出口压力26.15Mpa再热器出口蒸汽温度603℃过热蒸汽出口温度605℃省煤器进口给水温度292℃再热蒸汽流量1462t/h锅炉纯直流运行负荷25%BMCR启动系统配有2只内置式分离器，在锅炉启动和低负荷运行时，分离器处于湿态运行，同汽包一样起着汽水分离的作用，此时适当控制分离器水位，通过循环回收合格工质；当锅炉进入直流运行阶段，分离器处于干态运行，成为（过热）蒸汽通道。锅炉给水系统的工艺流程如图1所示，机组配备有二台50%BMCR汽动给水泵和一台25%BMCR的电动给水泵，电泵转速由液耦调节，用于启动时调节给水压力。启动过程中，蒸汽加热除氧器给水，主给水泵的出水经高压加热器后进入省煤器，考虑到低负荷下直流锅炉对重量流速的要求，在启动和低负荷阶段最小给水流量设置为25%BMCR，流过水冷壁管的汽水混合物进入分离器，分离器贮水箱出来疏水分两路，一路进入省煤器，另一路经扩容器扩容后进入疏扩箱，由扩疏泵输送至凝汽器或直接向外排放。随着循环加热的进行，当给水达到一定温度后，锅炉允许火。锅炉汽水系统如图一所示：超（超）临界机组专题报告USC-01DATE:PAGE3科远控制二部王富有三、超临界机组给水系统控制方案第一阶段：启动和低负荷阶段；当启动初期在湿态时（30％负荷以下），给水控制系统使省煤器入口流量维持在30％BMCR流量（本生流量）左右，省煤器入口流量为循环泵出口流量和高加出口流量之和，此时省煤器流量控制主要依靠循环泵出口调阀控制，电泵液耦手动控制给水母管压力，通过BR阀控制省煤器入口流量稳定。汽水分离器起到汽水分离的作用，蒸汽进入过热器，水进入贮水箱，此时贮水箱中的水位主要依靠WDC阀1和WDC阀2控制，此次控制贮水箱水位控制如同汽包炉的汽包水位，应注意虚假水位的控制。为防止循环泵（BCP）入口汽化，从高加出口引入一路喷射水，一般维持在1%～3%左右的喷射水量以达到控制BCP入口的过冷度的目的。第二阶段：转直流运行阶段；在负荷大于25%～35%BMCR以上时锅炉即转入直流运行方式。1、概述：锅炉进入直流状态，给水控制与汽温调节和前一阶段控制方式有较大的不同，给水不再控制分离器水位而是和燃料一起控制汽温即控制煤水比WFR。负荷大于20％后，第一台汽泵启动，达到冲转转速，泵出口压力达到预定压力后，汽泵可以投入自动，并入第一台汽泵，并逐步降电泵负荷转移到汽泵上来，到40％负荷左右可以将电泵退出运超（超）临界机组专题报告USC-01DATE:PAGE4科远控制二部王富有行。电泵退出运行后，启动第二台汽泵，冲转到预定转速，泵出口压力达到预定压力后，投入自动，并入第二台汽泵，将第一台汽泵的部分负荷转移到第二台汽泵上来。转直流后，汽水分离器中已没有水存在，仅作为一个蒸汽通道，循环泵退出运行。在本生负荷以上时，汽水分离器入口汽温是微过热蒸汽，这个区域的汽温变化，可以直接反映出燃料量和给水蒸发量的匹配程度以及过热汽温的变化趋势。所以在直流锅炉的汽温调节中，通常选取汽水分离器出口汽温做为主汽温调节回路的前馈信号，此点的温度称为中间点温度。依据该点温度的变化对燃料量和给水量进行微调。直流锅炉一定要严格控制好水煤比和中间点过热度。2.给水流量需求指令形成生成；锅炉给水流量给水控制系统负责向锅炉给水泵发出流量需求信号，使进入锅炉的给水量与离开锅炉的蒸汽量相匹配。当与锅炉启动系统配合时，给水流量控制系统还需负责维持炉膛水冷壁管中的流量不低于最小流量值；给水指令形成回路见图二所示：这是一个采用中间点焓值控制直流锅炉给水的方案，锅炉燃烧需求指令并行的送至燃烧主控和给水流量需求回路，在各个负荷下燃料和给水匹配，加入煤水比修正。回路一是一个焓值控制校正回路。焓值控制的任务是保证分离器出口蒸汽焓始终在其微过热蒸汽焓（汽水分离器入口）。微过热蒸汽焓与过热器出口蒸汽焓比较，他们有相似的动态特性曲线，但微过热蒸汽焓惯性小，响应快，能快速地反映锅炉煤水比信号的变化，代表性强，取该点修正煤水比可以获取较好的控制质量。由负荷指令经F（X）1生成一个不同负荷下的微过热蒸汽的额定焓值，经过一个多阶惯性环节，因为负荷指令反映到中间点温度有一个锅炉的惯性环节。运行过程因为煤质变化会引起炉膛热负荷变化，也会反映到温度变超（超）临界机组专题报告USC-01DATE:PAGE5科远控制二部王富有化，所以增加一个操作人员手动修正焓值设定的接口。过热器减温水校正直流锅炉的给水流量控制与减温水总量的控制之间有着必然的联系，根据设计在不同的负荷下，给水流量和减温水流量有相对应比值，如果实际减温水流量发生偏差时，焓设设定值发生器就会自动校正焓要求值，改变煤水比，最终给水流量指令使减温水量逐步消除偏差。负荷变化时焓值设定的动态补偿，变负荷时，中间点焓值会有一个动态的变化，负荷稳定后会自动消除，加上这个补偿，则会在变负荷时维持焓值设定值有个动态的变化，以适应变负荷时焓值的变化。中间点焓值由中间点压力和中间点温度经过焓值生成器生成。回路二是给水指令形成回路。燃料量（锅炉指令）经F(X)2的函数变换后，作为给水流量的指令信号，它代表不同负荷（燃料量）下对给水流量的要求。由于汽温对给水量的动态响应要比燃烧率快，设置一个多阶惯性环节，使给水迟于燃烧率变化，减小汽温的动态变化。给水量用分离器出口温度来微调，保证汽温。给水量需求中增加FQ是为了快速响应电网需求而加的。另外给水调节系统中设有煤、水交叉限制回路，用于保证煤水比在安全的范围内。为了防止省煤器出口汽化，增加了省煤器保护功能；在蒸汽流量小于最小炉膛给水流量时，炉膛最小给水流量限制程序强制给水流量给定值为炉膛最小给水流量。3.给水控制回路；给水需求指令和实际给水流量进给水控制器，产生锅炉给水泵转速指令，经过一个平衡回路，分配给两台给水泵，当两台给水泵都投自动时，可以人工给两台泵设定偏置。因为电泵为25％的启动泵，而且电泵和汽泵的出口压力不一样，不推荐电泵和汽泵并列运行，因此电泵的转速控制有单独回路。给水控制回路如图三：超（超）临界机组专题报告USC-01DATE:PAGE6科远控制二部王富有四、结论超（超）临界机组的给水控制和亚临界汽包炉的给水控制有着很大的区别，超（超）临界锅炉给水控制系统的控制任务是在低负荷时保持给水流量不低于最小炉膛给水流量，在锅炉进入直流运行时，保持适当的煤水比，这也是超（超）临界机组控制过热汽温的最基本的手段。