超臨界鍋爐運(yùn)行技術(shù)

1、超臨界鍋爐運(yùn)行技術(shù)4. 超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制模式（1）CCBF,機(jī)爐自動(dòng)，機(jī)調(diào)負(fù)荷，爐調(diào)壓力；     能充分利用鍋爐蓄熱，負(fù)荷響應(yīng)快；主汽壓力控制存在較大延遲，降低了主汽壓穩(wěn)定性。（2）CCTF,機(jī)爐自動(dòng)，爐調(diào)負(fù)荷，機(jī)調(diào)壓力；    主汽壓穩(wěn)定性好，負(fù)荷響應(yīng)慢。（3）機(jī)爐協(xié)調(diào)；    機(jī)爐同時(shí)接受負(fù)荷和主汽壓力指令，同步響應(yīng)負(fù)荷和主汽壓力的變化。其中：（1）應(yīng)用最廣，（3）的調(diào)節(jié)器若匹配不當(dāng)，機(jī)爐間容易引起震蕩。3.2.3 600MW超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略1. 被控參數(shù)(1)給水流量蒸汽流量   

2、; 因?yàn)榻o水系統(tǒng)和蒸汽系統(tǒng)是直接連通的，且由于超臨界鍋爐直流蓄熱能力較小，給水流量和蒸汽流量比率的偏差過大將導(dǎo)致較大的汽壓波動(dòng)。(2)煤水比    穩(wěn)定運(yùn)行工況時(shí)，煤水比必須維持不變，以保證過熱器出口汽溫為設(shè)計(jì)值。而在變動(dòng)工況下，煤水比必須按一定規(guī)律改變，以便既充分利用鍋爐蓄熱能力，又按要求增減燃料，把鍋爐熱負(fù)荷調(diào)到與機(jī)組新的負(fù)荷相適應(yīng)的水平.(3)噴水流量給水流量    超臨界鍋爐噴水僅能瞬時(shí)快速改變汽溫但不能始終維持汽溫，因?yàn)檫^熱受熱面的長度和熱焓都是不定的。為了保持通過改變噴水流量來校正汽溫的能力，控制系統(tǒng)必須不斷地把噴水流量和總給水流量之比恢復(fù)到

3、設(shè)計(jì)值。(4)送風(fēng)量給煤量(風(fēng)煤比)    為了抑制NOx的產(chǎn)生，以及鍋爐的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行，需對(duì)各燃燒器的進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行控制，具體是通過各層燃燒器的二次風(fēng)門和燃盡風(fēng)門控制風(fēng)量，每層風(fēng)量根據(jù)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的風(fēng)煤比來控制。2 協(xié)調(diào)控制回路    超臨界機(jī)組蓄熱能力相對(duì)較小鍋爐跟隨系統(tǒng)的局限性較大，對(duì)于鍋爐和汽機(jī)的控制指令既考慮穩(wěn)態(tài)偏差又要考慮動(dòng)態(tài)偏差。為了在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)機(jī)爐同時(shí)響應(yīng)，機(jī)組負(fù)荷指令作為前饋信號(hào)分別送到鍋爐和汽機(jī)的主控系統(tǒng)，以便將過程控制變量維持在可接受的限度內(nèi)。    汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門直接控制功率，鍋爐控制主汽壓力(CCBF)，給水流

4、量由鍋爐給水泵改變。功率指令直接發(fā)送到汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門，使得功率響應(yīng)較快。由于鍋爐慣性大，負(fù)荷應(yīng)變較慢為防止汽機(jī)調(diào)門動(dòng)作過大鍋爐燃燒跟不上，設(shè)計(jì)了壓力偏差拉回邏輯，當(dāng)壓力偏差過大時(shí)限制調(diào)門進(jìn)一步動(dòng)作，直到燃燒滿足負(fù)荷需求。在協(xié)調(diào)控制模式下，主汽壓力偏差一直作為限制主汽調(diào)門響應(yīng)負(fù)荷需求而過分動(dòng)作的因素；如果實(shí)際主汽壓力偏差超過某一定值時(shí)，汽機(jī)調(diào)門停止調(diào)功而直接用來控制主汽壓力，以使主汽壓力在允許范圍內(nèi)。    有效地改變機(jī)組發(fā)電量的惟一途徑就是改變鍋爐的能量輸出，在協(xié)調(diào)控制模式中具體表現(xiàn)是鍋爐控制主汽壓力在滑壓曲線上，實(shí)質(zhì)是控制燃燒滿足機(jī)組負(fù)荷需求。   

5、為了滿足鍋爐快速響應(yīng)負(fù)荷需求，功率指令和壓力設(shè)定值的微分作為前饋被加到燃燒率指令中。由于鍋爐和汽機(jī)對(duì)象特性不同，為了兩者動(dòng)作匹配，在邏輯中設(shè)計(jì)了純延時(shí)模塊，這需要在調(diào)試中根據(jù)實(shí)際對(duì)象的特性整定。    對(duì)于處于直流狀態(tài)下的超臨界機(jī)組，給水控制和燃燒控制無法分開，體現(xiàn)在煤水比的控制上。    在穩(wěn)定運(yùn)行過程中，煤水比的任何偏差都會(huì)引起機(jī)組運(yùn)行在危險(xiǎn)的工況下。在圖中的“給水控制”中，主線是保證機(jī)組在穩(wěn)定工況下等于設(shè)計(jì)的煤水比，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，邏輯設(shè)計(jì)了中間點(diǎn)焓值校正和過熱汽溫校正；為了在負(fù)荷變化時(shí)加速給水控制，作為機(jī)組負(fù)荷需求的功率指令和主汽壓力

6、設(shè)定值的微分信號(hào)作為前饋加到給水控制信號(hào)中。3.2.4 超臨界機(jī)組的運(yùn)行特性研究1. 高蒸汽參數(shù)對(duì)鍋爐運(yùn)行特性的影響       一般亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐允許變負(fù)荷速率為06MCRmin;           控制循環(huán)汽包鍋爐變負(fù)荷速率為36MCRmin;         而螺旋管圈式直流鍋爐允許變負(fù)荷速率為5 8 MCRmin。        直流鍋爐由

7、于沒有厚壁部件汽包，具有快速變負(fù)荷的能力。但是，隨著鍋爐參數(shù)的提高，內(nèi)置式啟動(dòng)分離器的壁厚會(huì)增加，因而將限制鍋爐負(fù)荷的變化速率。超超臨界鍋爐由于材料等級(jí)的提高，分離器壁厚僅為亞臨界600 MW 鍋爐汽包壁厚的13左右，因此超超臨界鍋爐允許負(fù)荷變化速率還是較大的。        國外超超臨界機(jī)組的變負(fù)荷速率一般為2MCRmin，完全可以滿足機(jī)組的負(fù)荷變化速率的要求。機(jī)組的調(diào)峰速度主要取決于汽輪機(jī)熱應(yīng)力、漲差等因素。        隨著機(jī)組蒸汽參數(shù)的提高，機(jī)組的高溫高壓部件壁厚將

8、增加，有些部件可能采用奧氏體鋼，這樣對(duì)機(jī)組運(yùn)行方式可能產(chǎn)生不利影響。據(jù)有關(guān)資料介紹，機(jī)組參數(shù)為26 MPa540/560 時(shí)，允許機(jī)組以任何方式運(yùn)行(包括每日啟停、每周啟停)；參數(shù)為28 MPa560580 ，且當(dāng)過熱器末級(jí)受熱面采用膨脹系數(shù)較大的奧氏體鋼時(shí)，按每日啟停運(yùn)行，將有高溫腐蝕的危險(xiǎn)；參數(shù)達(dá)28 MPa580600時(shí)，過熱器末級(jí)受熱面高溫腐蝕危險(xiǎn)性就更大。超臨界鍋爐運(yùn)行技術(shù)2. 超臨界鍋爐的調(diào)峰幅度    超臨界機(jī)組調(diào)峰幅度與諸多因素有關(guān)，主要是安全性和經(jīng)濟(jì)性方面的要求。超臨界鍋爐最低負(fù)荷主要取決于水冷壁的安全負(fù)荷。一般超臨界鍋爐的最低負(fù)荷為30 35MCR。鍋爐

9、在此負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)，水冷壁是安全的，但需要啟動(dòng)分離器系統(tǒng)，以增加水冷壁的質(zhì)量流速。    啟動(dòng)分離器系統(tǒng)的投運(yùn)將造成工質(zhì)熱量的損失，使機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性變差。同時(shí)，頻繁的投運(yùn)啟動(dòng)分離器系統(tǒng)，將使其閥門受到損傷。    因此，超臨界鍋爐最低調(diào)峰幅度不應(yīng)低于水冷壁的安全負(fù)荷。    調(diào)峰幅度還應(yīng)考慮鍋爐最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷。若負(fù)荷較低，鍋爐燃燒不穩(wěn)，需要投油助燃，燃料成本將增大。最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷取決于煤質(zhì)和燃燒器特性，鍋爐一旦建成，可通過試驗(yàn)確定最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷。    因此，超超臨界鍋爐的調(diào)峰幅度應(yīng)以保證水冷壁安全、不投

10、運(yùn)啟動(dòng)分離器系統(tǒng)和最低不投油穩(wěn)燃為原則，以此原則來確定鍋爐的最低調(diào)峰負(fù)荷。. 鍋爐滑壓運(yùn)行應(yīng)注意的問題    超超臨界直流鍋爐在滑壓運(yùn)行時(shí)，水冷壁內(nèi)的工質(zhì)隨負(fù)荷的變化會(huì)經(jīng)歷高壓、超高壓、亞臨界和超臨界壓力區(qū)域，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)必須重視可能產(chǎn)生的問題。1) 鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，水冷壁中的工質(zhì)質(zhì)量流速也按比例下降。在直流運(yùn)行方式下，工質(zhì)流動(dòng)的穩(wěn)定性會(huì)受到影響。為了防止出現(xiàn)流動(dòng)的多值性不穩(wěn)定現(xiàn)象，要限制最低直流負(fù)荷時(shí)水冷壁人口工質(zhì)欠焓；同時(shí)壓力不能降得太低，一般最低壓力在8 MPa左右(即所謂定一滑一定運(yùn)行方式)。(2)低負(fù)荷時(shí)，水冷壁的吸熱不均勻?qū)⒓哟?，可能?dǎo)致溫度偏差增大。(3)在

11、臨界壓力以下運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生水冷壁管內(nèi)兩相流的傳熱和流動(dòng)，要防止膜態(tài)沸騰而導(dǎo)致的水冷壁管超溫。(4)在整個(gè)滑壓運(yùn)行過程中，蒸發(fā)點(diǎn)的變化使水冷壁金屬溫度發(fā)生變化，要防止因溫度頻繁變化引起的疲勞破壞。4. 高蒸汽參數(shù)對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行特性的影響    轉(zhuǎn)子、葉片等旋轉(zhuǎn)部件在此高溫下運(yùn)行需持續(xù)承受高的離心力。長期處于高溫下工作的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，由于高溫和啟停中的熱應(yīng)力，會(huì)造成持久強(qiáng)度的消耗(低周熱疲勞)和高溫蠕變的累積。    隨著主蒸汽壓力的進(jìn)一步增加，超臨界汽輪機(jī)組存在一些特殊問題：(1) 超臨界機(jī)組壓力、溫度提高后，汽缸、噴嘴室、主汽閥、導(dǎo)汽管等承 壓部件的壁厚增加

12、。壁厚的增加將使非穩(wěn)定熱應(yīng)力增大，對(duì)運(yùn)行不利。    從控制機(jī)組啟停熱應(yīng)力的角度考慮，應(yīng)盡量控制壁厚增加，部件形狀應(yīng)盡量簡單，內(nèi)徑要小。即在滿足對(duì)超超臨界機(jī)組的運(yùn)行性能的要求下，還要兼顧和解決超超臨界機(jī)組關(guān)鍵零部件的疲勞損耗趨于嚴(yán)重的問題。(2) 若汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料仍用鉻鉬釩鋼時(shí)，為適應(yīng)再熱進(jìn)汽溫度，要采用蒸汽冷卻轉(zhuǎn)子的高溫部分，使其工作溫度降至5l0 左右。這也要解決好汽輪機(jī)中壓進(jìn)汽部分的冷卻技術(shù)，包括冷卻方式、冷卻效果及轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)、溫度應(yīng)力及兼顧部件強(qiáng)度、膨脹、蠕變、熱應(yīng)力和低周熱疲勞性能之間的矛盾。(3) 超臨界機(jī)組高壓部分的蒸汽密度極大，級(jí)間壓差大，相應(yīng)的蒸汽激振力也

13、大。為此，除要研究和精心設(shè)計(jì)軸系及汽封結(jié)構(gòu)外，在運(yùn)行中對(duì)軸系穩(wěn)定性問題要格外注意。(4) 超臨界機(jī)組的蒸汽密度大，壓差大，蒸汽攜帶的能量也大。機(jī)組在甩負(fù)荷時(shí)，汽缸、管道、加熱器中的蒸汽推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的飛升要比超臨界機(jī)組的大。這會(huì)直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行，因而必須解決。(5) 汽輪機(jī)軸系較長，啟動(dòng)過程中因溫度變化引起的動(dòng)靜部分的脹差需要進(jìn)行精心組織。據(jù)調(diào)查分析，限制汽輪機(jī)組啟停和變負(fù)荷運(yùn)行的主要因索有： 汽輪機(jī)蒸汽室、閥門和內(nèi)缸熱應(yīng)力； 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子低周應(yīng)力疲勞壽命； 汽輪機(jī)在啟動(dòng)和停機(jī)過程中的振動(dòng)及脹差。    啟停和變負(fù)荷運(yùn)行能力的關(guān)鍵在于停機(jī)不同時(shí)間后，再次啟動(dòng)所需的時(shí)間和運(yùn)

14、行中對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)能力。良好的調(diào)峰特性體現(xiàn)在低負(fù)荷時(shí)具有較高的效率、良好的啟動(dòng)特性(啟動(dòng)時(shí)間短)和良好的負(fù)荷適應(yīng)性。要求超臨界機(jī)組具有良好的運(yùn)行特性，能以最小的壽命損耗進(jìn)行啟停和變負(fù)荷運(yùn)行，則應(yīng)從機(jī)組部件采用的材料、部件設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)、運(yùn)行方式等方面考慮。超臨界鍋爐運(yùn)行技術(shù)華能沁北電廠600MW機(jī)組鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)試運(yùn)存在問題及改進(jìn)1、沁北電廠啟動(dòng)系統(tǒng)介紹    內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng),配置日本BHK公司361閥的啟動(dòng)系統(tǒng)。其主要作用和特點(diǎn)是:(1)冷態(tài)開式?jīng)_洗(鍋爐點(diǎn)火前):361 閥開,至凝汽器的閘閥關(guān),至定排的閘閥開,沖洗水通過啟動(dòng)系統(tǒng)管道全部排至定排擴(kuò)容器。啟動(dòng)分離器出口,水

15、質(zhì)滿足下列指標(biāo)值時(shí)冷態(tài)開式?jīng)_洗結(jié)束:       鐵質(zhì)<500×10-9 或渾濁度3×10-6       油脂1×10-6,pH 值9.5(2) 冷態(tài)閉式?jīng)_洗(鍋爐點(diǎn)火前):開式?jīng)_洗至水質(zhì)合格后,361 閥開,至凝汽器的閘閥開,至定排的閘閥關(guān),沖洗水通過啟動(dòng)系統(tǒng)管道全部排至凝汽器。省煤器入口水質(zhì)條件達(dá)到下列要求時(shí),冷態(tài)閉式?jīng)_洗結(jié)束,鍋爐開始點(diǎn)火: 電導(dǎo)率1uS/cm;Fe100×10-9;pH 值9.39.5(3) 熱態(tài)沖洗(鍋爐點(diǎn)火后):冷態(tài)沖洗水質(zhì)合格后,鍋爐點(diǎn)火

16、進(jìn)行熱態(tài)沖洗,流程同冷態(tài)閉式?jīng)_洗。(4) 最低直流負(fù)荷(25% BMCR)之前:機(jī)組啟動(dòng)過程中直至25% BMCR 之前, 分離器的作用類似于汽包爐的汽包。經(jīng)省煤器、水冷壁加熱的給水進(jìn)入啟動(dòng)分離器分離后,蒸汽進(jìn)入過熱器,而疏水進(jìn)入貯水罐,其水位由361 閥進(jìn)行調(diào)節(jié),疏水進(jìn)入凝汽器回收循環(huán)。(5) 最低直流負(fù)荷后:此種情況下,361 閥關(guān)閉,分離器處于干態(tài)運(yùn)行,只起一個(gè)蒸汽通道的作用。2.啟動(dòng)系統(tǒng)試運(yùn)時(shí)存在問題及改進(jìn)措施2.1 鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)排水問題    鍋爐啟動(dòng)冷態(tài)沖洗時(shí),其排水途經(jīng)為從定排罐至機(jī)組排水槽,沖洗流量475 t/h。設(shè)計(jì)院原設(shè)計(jì)的排水管為2根,D273 和D1

17、59 管徑的管子各1根(如圖2 示)。冷態(tài)啟動(dòng)沖洗時(shí),出現(xiàn)了定排排水排不及的情況,影響了沖洗的效果和時(shí)間。經(jīng)核算, 鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)冷態(tài)沖洗排放能力不足。    因系統(tǒng)已施工,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,又增加了一根D273 管子接至下水井,基本滿足了鍋爐啟動(dòng)排水的要求。2.2 鍋爐啟動(dòng)熱態(tài)排水問題    根據(jù)鍋爐廠的有關(guān)資料, 鍋爐冷態(tài)沖洗合格后,進(jìn)入熱態(tài)沖洗,鍋爐熱態(tài)沖洗水全部經(jīng)凝汽器回收,不排放。沁北電廠在調(diào)試時(shí),由于工期及除鹽水量的原因,熱態(tài)沖洗時(shí)水質(zhì)超標(biāo)較為嚴(yán)重,如按照鍋爐廠的要求回收,則會(huì)對(duì)設(shè)備及管道造成不良影響;如通過定排排走,則排水溫度又超過機(jī)組排水

18、槽設(shè)計(jì)許可值。因此,實(shí)際調(diào)試中,只能從5 號(hào)低加排至循環(huán)水系統(tǒng), 雖熱態(tài)沖洗排放問題得以解決,但由于水質(zhì)太差,凝泵濾網(wǎng)出現(xiàn)過數(shù)次堵塞情況,同時(shí),對(duì)凝汽器的清理也增加了很大工作量。2.3  儲(chǔ)水罐水位控制問題    在實(shí)際運(yùn)行中,由于虛假水位的存在,361 閥出現(xiàn)過誤動(dòng)現(xiàn)象,儲(chǔ)水罐水位變動(dòng)波動(dòng)較大。對(duì)此問題, 日本BHK 有關(guān)專家提出了儲(chǔ)水罐的水位控制修正方案,徹底解決了此問題。2.4  啟動(dòng)系統(tǒng)暖閥管道運(yùn)行控制    361閥暖閥系統(tǒng)流程為:省煤器出口連接管->361閥->儲(chǔ)水罐->過熱器二級(jí)減溫水的管路,設(shè)計(jì)暖管水流量為20 t/h,系統(tǒng)如圖3 所示。此系統(tǒng)要求在爐實(shí)現(xiàn)直流轉(zhuǎn)換、361閥完全關(guān)閉后啟用。省煤器出口至361 閥的暖管閥為電動(dòng)閘閥,當(dāng)微開啟此門時(shí),儲(chǔ)水罐水位迅速上升至滿水位,雖然經(jīng)分析為虛假水位,可采取水位補(bǔ)償修正,但對(duì)暖管系統(tǒng)流量無法進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。經(jīng)同廠家及設(shè)計(jì)院共同研究,決定在閘閥后增加一個(gè)可調(diào)節(jié)的針形閥后,可有效調(diào)節(jié)暖管流量。實(shí)踐證明,此措施可靠有效。3.  經(jīng)驗(yàn)與反思(1)從沁北電廠鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行情況來