大型超臨界機(jī)組鍋爐的熱控研究

　　摘要：本文首先提出了大型超臨界機(jī)組鍋爐在火電系統(tǒng)的重要性，然后以熱控為出發(fā)點(diǎn)，分析了超臨界鍋爐在水汽循環(huán)、熱過程的復(fù)雜性、非線性變化等特點(diǎn)，指同時(shí)指出了超臨界鍋爐熱控的一些關(guān)鍵因素，之后指出其熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容，包括主蒸汽系統(tǒng)、再熱蒸汽系統(tǒng)和汽機(jī)旁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、鍋爐啟動(dòng)旁路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、給水系統(tǒng)熱控設(shè)計(jì)、凝結(jié)水系統(tǒng)熱控設(shè)計(jì)、抽汽系統(tǒng)熱控設(shè)計(jì)，最后提出了一些措施來提高超臨界鍋爐熱控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　關(guān)鍵詞：火電廠，超臨界鍋爐，熱控
　　中圖分類號(hào): TM621.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　隨著國際電力市場(chǎng)的發(fā)展和國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際情況需求，目前火電站的發(fā)展趨勢(shì)是高參數(shù)、大容量的機(jī)組鍋爐，近年來國內(nèi)加快研究超臨界機(jī)組鍋爐，并且已經(jīng)取得了一定的應(yīng)用，超臨界火電機(jī)組是指容量在600MW以上，主蒸汽壓力在24~25Mpa之間的機(jī)組鍋爐，它可以提高熱效率，其中熱控技術(shù)就是超臨界機(jī)組鍋爐的核心技術(shù)，超臨界機(jī)組鍋爐控制過程非常復(fù)雜，其特點(diǎn)是多變、慣性發(fā)、滯后大和非線性等，因此，對(duì)于超臨界機(jī)組鍋爐的熱控難度大但意義深遠(yuǎn)[1]。
　　1超臨界機(jī)組鍋爐的熱控特點(diǎn)
　　超臨界機(jī)組直流鍋爐在工藝過程和鍋爐結(jié)構(gòu)上與亞臨界鍋爐有很大不同，因此在進(jìn)行超臨界鍋爐熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)其熱力運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足其大容量、高參數(shù)方面的特殊要求，保證鍋爐的良好運(yùn)行狀態(tài)。超臨界機(jī)組鍋爐在熱力控制方面有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
　　（1）汽包環(huán)節(jié)在超臨界鍋爐中不存在，它一次性完成給水加熱、水蒸發(fā)和蒸汽過熱的過程，鍋爐在不同工況時(shí)會(huì)運(yùn)行在亞臨界和超臨界狀態(tài)下，因此水的蒸發(fā)點(diǎn)會(huì)在不同加熱段內(nèi)移動(dòng)，因此，為了使鍋爐運(yùn)行過程中各點(diǎn)的水、汽溫度和濕度控制在合理的范圍內(nèi)，就必須高準(zhǔn)確度地調(diào)節(jié)燃水比、燃風(fēng)比和減溫水量等[2]。
　?。?）超臨界鍋爐運(yùn)行時(shí)是汽水一次循環(huán)，它不具備汽包儲(chǔ)能，因而鍋爐的蓄能量較小，具有循環(huán)速度快、工藝周期短的特點(diǎn)，所以這就要求熱控系統(tǒng)須具備實(shí)時(shí)性強(qiáng)、控制速度周期短的特性，實(shí)現(xiàn)鍋爐和控制機(jī)組之間的協(xié)調(diào)，保證控制的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。
　?。?）超臨界機(jī)組鍋爐的熱控過程復(fù)雜。超臨界機(jī)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(jī)組負(fù)荷等，因此它作為一個(gè)多輸入和多輸出的控制對(duì)象，任何一個(gè)輸入量的擾動(dòng)都會(huì)對(duì)各個(gè)輸出量產(chǎn)生影響，例如單獨(dú)改變?nèi)剂狭?，就?huì)影響主蒸汽的溫度和壓力，因此超臨界鍋爐熱控的關(guān)鍵點(diǎn)是比值控制、便參數(shù)調(diào)節(jié)和變定值調(diào)節(jié)。
　　（4）超臨界鍋爐內(nèi)不同區(qū)段，工質(zhì)的比容、比熱會(huì)發(fā)生很大變化，當(dāng)鍋爐在不同負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，工質(zhì)壓力會(huì)在超臨界和亞臨界之間變化，繼而帶來了工質(zhì)物性的劇烈變化，因此超臨界鍋爐具有強(qiáng)烈的非線性性，具體表現(xiàn)為蒸汽和水的比容、比熱、溫度等非線性變化，傳熱和流動(dòng)非線性變化，并且各參數(shù)之間是多元的非線性函數(shù)關(guān)系，這樣就會(huì)導(dǎo)致鍋爐輸出參數(shù)會(huì)在負(fù)荷變化時(shí)發(fā)生大幅度的變化，這就要求熱控系統(tǒng)更加及時(shí)、準(zhǔn)確，以保證鍋爐正常運(yùn)行。
　　2超臨界鍋爐熱控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　鍋爐熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是PID設(shè)計(jì)，主要包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）主蒸汽系統(tǒng)、再熱蒸汽系統(tǒng)和汽機(jī)旁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。超臨界過的主蒸汽和再熱蒸汽疏水應(yīng)采用調(diào)節(jié)閥控制，應(yīng)該通過檢測(cè)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(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系；主蒸汽流量調(diào)節(jié)時(shí)采用煤水比方法使中間點(diǎn)溫度保持在一定值，并且用噴水減溫來調(diào)節(jié)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(jī)旁路控制系統(tǒng)與亞臨界鍋爐區(qū)別不大，旁路裝置作為鍋爐的安全門和機(jī)組啟動(dòng)。
　?。?）鍋爐啟動(dòng)旁路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。超臨界鍋爐在設(shè)計(jì)中增加了啟動(dòng)旁路系統(tǒng)，其作用是防止低溫蒸汽在汽輪機(jī)中凝結(jié)而沖擊汽輪機(jī)，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，汽水分離器會(huì)在濕態(tài)和干態(tài)下運(yùn)行，濕態(tài)運(yùn)行時(shí)應(yīng)控制分離器水位和最小給水流量，干態(tài)運(yùn)行時(shí)應(yīng)控制蒸汽溫度和最小流量，在濕態(tài)運(yùn)行和干態(tài)運(yùn)行之間轉(zhuǎn)化時(shí)，應(yīng)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(tǒng)熱控設(shè)計(jì)。超臨界鍋爐和亞臨界鍋爐的給水系統(tǒng)熱控設(shè)計(jì)基本一致，主要是控制電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥和給液力耦合器，在負(fù)荷變化時(shí)，二者可以進(jìn)行切換調(diào)節(jié)，以滿足變化的要求。
　?。?）凝結(jié)水系統(tǒng)熱控設(shè)計(jì)。超臨界鍋爐的除氧器水位偏差信號(hào)直接作用于除氧器水位調(diào)節(jié)閥和凝水器補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥，控制除氧器水位調(diào)節(jié)閥時(shí)，必須同時(shí)兼顧凝汽器水泵流量和凝汽器的水位，這樣設(shè)計(jì)的原因是通過對(duì)凝水器水位這個(gè)源頭的干預(yù)來調(diào)節(jié)除氧器水位，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度。
　　（6）抽汽系統(tǒng)熱控設(shè)計(jì)。抽汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題是汽輪機(jī)防進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)的選用，國外設(shè)計(jì)時(shí)在在汽輪機(jī)DEH中設(shè)置裝有差壓變送器的抽汽逆止門，國內(nèi)的設(shè)計(jì)是在抽汽逆止門前的管道上設(shè)有溫度測(cè)量點(diǎn)，以防止水進(jìn)入汽輪機(jī)，但各國的標(biāo)準(zhǔn)存在一些差異，因此國內(nèi)設(shè)計(jì)應(yīng)該在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)。
　　3提高超臨界鍋爐熱控系統(tǒng)的可靠性
　　火電廠熱控系統(tǒng)關(guān)系到所有熱力設(shè)備的運(yùn)行，并且各個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備之間相互聯(lián)系、相互制約，提高熱控系統(tǒng)的性能對(duì)于電廠的正常運(yùn)行至關(guān)重要，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行努力：保證熱控硬件的可靠性，超臨界鍋爐對(duì)設(shè)備的要求較高；軟件方面提高其自診斷的能力，發(fā)生故障時(shí)能迅速報(bào)警并且及時(shí)進(jìn)行故障處理，對(duì)于重要的熱信號(hào)要進(jìn)行冗余設(shè)置，提高熱控系統(tǒng)的穩(wěn)定性；對(duì)于控制操作室要嚴(yán)格檢測(cè)環(huán)境條件，包括灰塵、溫度、振動(dòng)等，惡劣的環(huán)境條件可能導(dǎo)致設(shè)備的準(zhǔn)確性降低甚至失效，做好設(shè)備的日常維護(hù)，排除隱患，另外還應(yīng)該加強(qiáng)操控人員的培訓(xùn)，提高技術(shù)人員的技能。
　　隨著火電事業(yè)的發(fā)展，鍋爐的運(yùn)行日益趨于智能化和自動(dòng)化，因此控制系統(tǒng)的作用也越來越重要，加強(qiáng)超臨界鍋爐熱控系統(tǒng)的研究，可保證電廠機(jī)組的正常運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]呂國權(quán).電廠熱控系統(tǒng)可靠性技術(shù)研究[J].科學(xué)