超臨界直流鍋爐給水控制方案對(duì)比分析

超臨界直流鍋爐給水控制方案對(duì)比分析

1主要控制系統(tǒng)近年來，中國(guó)的水電裝置先后建成了600mw亞臨界裝置和臨界裝置。隨著600MW火電機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累,“十一五”期間,600MW火電機(jī)組將逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。給水控制系統(tǒng)是600MW火電機(jī)組的主要控制系統(tǒng)之一。由于600MW超臨界直流鍋爐與亞臨界汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)差別較大,為了使熱控專業(yè)人員盡快掌握600MW超臨界直流鍋爐與亞臨界汽包鍋爐給水控制系統(tǒng),本文從控制理論的角度,對(duì)其進(jìn)行了全面細(xì)致地對(duì)比分析,并給出了分析結(jié)論。2給水系統(tǒng)的分析2.1汽包、汽包、汽包、汽包、去汽HG2008/18.2-YM2型鍋爐為亞臨界壓力,一次中間再熱強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐,其給水系統(tǒng)簡(jiǎn)化示意圖如圖1所示。來自高溫加熱器的給水經(jīng)省煤器后進(jìn)入汽包,與汽包中的爐水相混合,然后經(jīng)由下降管、循環(huán)泵、排放管,到水冷壁下集箱,進(jìn)入水冷壁下集箱以后,再進(jìn)入水冷壁內(nèi),水冷壁管受熱后,管內(nèi)的爐水產(chǎn)生上升流動(dòng),在水冷壁出口集箱匯合后,由汽水引出管引入到汽包中,在汽包內(nèi)進(jìn)行汽水分離,分離出的蒸汽進(jìn)入過熱器,分離出的水返回到汽包,繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)。2.2啟動(dòng)分離器前準(zhǔn)備DG1900/25.4-Ⅱ1型鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐,一次再熱,其給水系統(tǒng)簡(jiǎn)化示意圖如圖2所示。來自高溫加熱器的給水經(jīng)省煤器后,進(jìn)入螺旋盤繞水冷壁,然后經(jīng)過過渡段水冷壁進(jìn)入垂直水冷壁,最后進(jìn)入啟動(dòng)分離器。啟動(dòng)時(shí),啟動(dòng)分離器進(jìn)行汽水分離,分離后的水經(jīng)儲(chǔ)水罐后至排污或凝汽器(水質(zhì)合格后),分離器出口蒸汽直接送入過熱器,經(jīng)疏水系統(tǒng)回收工質(zhì)和熱量。當(dāng)負(fù)荷大于35%～37%MCR時(shí),啟動(dòng)分離器相當(dāng)于蒸汽聯(lián)箱,干蒸汽直接送入過熱器。2.3直流鍋爐給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)量對(duì)比圖1和圖2可以看出,直流鍋爐的給水是在給水泵壓頭作用下,順序地通過加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和過熱區(qū),一次性地將給水全部變?yōu)檫^熱蒸汽,其循環(huán)倍率等于1,且與鍋爐負(fù)荷無關(guān);而汽包鍋爐的汽水流程中,由汽包將鍋爐受熱面分割為加熱、蒸發(fā)和過熱三段,其蒸發(fā)段由汽包、水冷壁、下降管、循環(huán)泵組成循環(huán)回路,循環(huán)倍率為2～3,不同負(fù)荷壓力,其循環(huán)倍率也不同,鍋爐負(fù)荷壓力越大循環(huán)倍率越小。為了使鍋爐安全運(yùn)行,直流鍋爐給水調(diào)節(jié)任務(wù)是保持恰當(dāng)?shù)娜妓?保證汽水分離器出口蒸汽溫度在一定范圍內(nèi)變化或保證汽水分離器水位在一定范圍內(nèi)(啟動(dòng)時(shí)),保證給水泵的工作點(diǎn)落在安全區(qū)域內(nèi);而汽包鍋爐給水調(diào)節(jié)任務(wù)是控制鍋爐的給水量,以保證汽包水位在正常范圍內(nèi),同時(shí)使給水量盡量穩(wěn)定,并保證給水泵的工作點(diǎn)落在安全區(qū)域內(nèi)。因此,直流鍋爐給水系統(tǒng)的被調(diào)量是汽水分離器出口蒸汽溫度(中間點(diǎn)溫度或微過熱汽溫)或分離器儲(chǔ)水罐水位(啟動(dòng)時(shí)),調(diào)節(jié)量是給水量(帶基本負(fù)荷)或燃料量(帶變動(dòng)負(fù)荷);汽包鍋爐給水系統(tǒng)的被調(diào)量是汽包水位,調(diào)節(jié)量是給水量。3給水系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的分析3.1hg2008。18。2-y2-y鍋爐給水量W、燃料量B和調(diào)速汽門開度μΤ分別階躍變化時(shí),汽包水位H變化曲線的大致形狀如圖3所示。3.2dg1900。25.4-c-i型直接鍋爐供水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性鍋爐給水量W、燃料量B和調(diào)速汽門開度μΤ分別階躍變化時(shí),分離器出口溫度變化曲線的大致形狀如圖4所示。3.3鍋爐啟動(dòng)分離器出口溫度與水的特性對(duì)比圖3和圖4可以看出,燃料量B和調(diào)速汽門開度μΤ不變,給水量W階躍增加時(shí),汽包鍋爐的汽包水位是正向無自平衡能力的被控對(duì)象,而直流鍋爐的啟動(dòng)分離器出口溫度是反向有自平衡能力的被控對(duì)象;鍋爐給水量W和調(diào)速汽門開度μΤ不變,燃料量B階躍增加時(shí),汽包鍋爐的汽包水位的變化是先上升后下降,呈現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象,是無自平衡能力的被控對(duì)象,而直流鍋爐的啟動(dòng)分離器出口溫度變化是正向有自平衡能力的被控對(duì)象;鍋爐給水量W和燃料量B不變,調(diào)速汽門開度μΤ階躍增加時(shí),汽包鍋爐的汽包水位的變化是先上升后下降,呈現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象,是有自平衡能力的被控對(duì)象,而直流鍋爐的啟動(dòng)分離器出口溫度基本上保持不變(因?yàn)槿妓葲]變)。4在開始或低速下，給排水系統(tǒng)的分析和比較4.1pi控制器的輸出HG2008/18.2-YM2型汽包鍋爐啟動(dòng)或低負(fù)荷(小于20%MCR)采用單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng),其控制原理簡(jiǎn)化示意圖如圖5所示。經(jīng)汽包壓力修正后的汽包水位信號(hào)與給定值比較后,其偏差送到PI調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器的輸出分為兩路。啟動(dòng)時(shí)電泵定速,通過改變給水旁路調(diào)節(jié)閥開度,改變給水量,控制汽包水位,此時(shí)為旁路調(diào)節(jié)閥單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng);當(dāng)旁路調(diào)節(jié)閥指令為74%時(shí)主給水閥打開,旁路調(diào)節(jié)閥以一定的速率自動(dòng)關(guān)小,直至關(guān)閉為止,電泵變速改變給水量,控制汽包水位,此時(shí)為電泵單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。4.2分離器儲(chǔ)水罐疏水控制閥DG1900/25.4-Ⅱ1型直流鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷(小于37%MCR)運(yùn)行時(shí)的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)與HG2008/18.2-YM2型汽包鍋爐相對(duì)應(yīng)的是分離器儲(chǔ)水罐疏水調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng),其控制原理簡(jiǎn)化示意圖如圖6所示。該系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng),閥門開度正比于分離器儲(chǔ)水罐中的水位。隨著分離器儲(chǔ)水罐水位的上升,打開分離器儲(chǔ)水罐疏水調(diào)節(jié)閥A和B(361閥)。該系統(tǒng)只有在亞臨界壓力(系統(tǒng)壓力小于22.088MPa)下運(yùn)行時(shí)才使用,一旦進(jìn)入超臨界壓力,汽水分離器中全部為干蒸汽,這時(shí)自動(dòng)關(guān)閉分離器儲(chǔ)水罐的疏水閥。4.3型直流鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)比圖5和圖6可以看出,啟動(dòng)及低負(fù)荷時(shí),HG2008/18.2-YM2型汽包鍋爐為單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng),是閉環(huán)控制系統(tǒng),而DG1900/25.4-Ⅱ1型直流鍋爐為分離器儲(chǔ)水罐疏水調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng),是開環(huán)控制系統(tǒng);前者的被調(diào)量是經(jīng)汽包壓力修正后的汽包水位信號(hào),而后者的被調(diào)量是經(jīng)分離器儲(chǔ)水罐壓力修正后的儲(chǔ)水罐水位信號(hào);前者是由旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水量和電泵變速調(diào)節(jié)給水量組成的變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng),而后者是由2個(gè)疏水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水量的雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)系統(tǒng);前者是通過比例積分控制器(PI)來調(diào)整旁路調(diào)節(jié)閥開度或電泵轉(zhuǎn)速,而后者是通過函數(shù)發(fā)生器f(x)發(fā)出的正比于分離器水位的信號(hào)來調(diào)整疏水調(diào)節(jié)閥開度。5在正常運(yùn)行期間，給排水管理系統(tǒng)的分析和比較5.1變比值串級(jí)控制系統(tǒng)HG2008/18.2-YM2型汽包鍋爐正常運(yùn)行時(shí)采用串級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng),其控制原理簡(jiǎn)化示意圖如圖7所示。該系統(tǒng)為典型的變比值串級(jí)控制系統(tǒng),主蒸汽流量(調(diào)速級(jí)壓力信號(hào))為主動(dòng)流量,給水流量為從動(dòng)流量;主調(diào)節(jié)器用于保證汽包水位為給定值,其輸出送到副調(diào)節(jié)器作為細(xì)調(diào)主蒸汽流量與給水量比值信號(hào);副調(diào)節(jié)器用于保證主蒸汽流量與給水量的比值,克服虛假水位,快速消除給水量?jī)?nèi)擾,使給水量盡量穩(wěn)定。5.2型汽包鍋爐變比值串級(jí)控制系統(tǒng)DG1900/25.4-Ⅱ1型直流鍋爐正常運(yùn)行時(shí)給水控制系統(tǒng)與HG2008/18.2-YM2型汽包鍋爐相似,也是變比值串級(jí)控制系統(tǒng)(帶基本負(fù)荷),其控制原理簡(jiǎn)化示意圖如圖8所示。圖中,鍋爐主指令經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換后的燃料量信號(hào)為主動(dòng)流量,省煤器入口給水流量為從動(dòng)流量,主調(diào)節(jié)器用于保證水冷壁出口溫度在一定范圍內(nèi)變化,其輸出送到副調(diào)節(jié)器作為細(xì)調(diào)燃水比信號(hào),副調(diào)節(jié)器用于保證燃水比。5.3主動(dòng)流量與雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)的區(qū)分對(duì)比圖7和圖8可以看出,兩者的控制方案都是變比值串級(jí)控制系統(tǒng),前者的被控量為汽包水位,而后者的被調(diào)量為水冷壁出口溫度;前者的主動(dòng)流量為主蒸汽流量(調(diào)速級(jí)壓力信號(hào)),而后者的主動(dòng)流量為燃料量;兩者的從動(dòng)流量都是給水流量,調(diào)節(jié)量都是汽泵轉(zhuǎn)速;兩者都是雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)的前饋-反饋串級(jí)控制系統(tǒng),主動(dòng)流量為前饋信號(hào),從動(dòng)流量為反饋信號(hào);前者主調(diào)節(jié)器的給定值由運(yùn)行人員直接給出,而后者則通過函數(shù)發(fā)生器給出,因?yàn)樗浔诔隹诮o水溫度是汽水分離器儲(chǔ)水罐壓力的函數(shù)。6單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)與給水流量控制方案HG2008/18.2-YM2型汽包鍋爐和DG1900/25.4-Ⅱ1型直流鍋爐是國(guó)產(chǎn)大型鍋爐的典型代表。由于兩者結(jié)構(gòu)上的差異,其給水控制系統(tǒng)各有特色。本文從控制原理的角度,對(duì)兩者進(jìn)行了全面的對(duì)比分析。分析結(jié)論:(1)HG2008/18.2-YM2型汽包鍋爐的單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)與DG1900/25.4-Ⅱ1型直流鍋爐的分離器儲(chǔ)水罐水位控制系統(tǒng)相對(duì)應(yīng),兩者都用于鍋爐啟動(dòng)或低負(fù)荷給水控制,前者采用單回路閉環(huán)控制方案,后者采用開環(huán)控制方案;(2)HG2008/18.2-YM