單元機(jī)組給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)摘 要隨著我國(guó)電力市場(chǎng)的實(shí)際情況和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，電站項(xiàng)目向著高參數(shù)、大容量的方向發(fā)展已成為大勢(shì)所趨，近年來(lái)超臨界發(fā)電機(jī)組在國(guó)內(nèi)得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。超臨界鍋爐將是國(guó)家未來(lái)的發(fā)展方向，給水系統(tǒng)是其中的重要環(huán)節(jié)。超臨界直流爐的給水控制技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)熱控領(lǐng)域一個(gè)重要的研究課題。本論文介紹了超臨界機(jī)組的概況，分析了超臨界鍋爐的靜、動(dòng)態(tài)特性及控制特點(diǎn)與超臨界鍋爐給水系統(tǒng)的工藝過(guò)程，比較分析了亞臨界汽包鍋爐與超臨界直流鍋爐給水系統(tǒng)控制的異同，研究了超臨界鍋爐給水控制策略。同時(shí)針對(duì)目前國(guó)內(nèi)普遍使用的600MW超臨界直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)，進(jìn)行了設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要

2、包括鍋爐干/濕態(tài)下給水流量控制的切換、PID模塊的手/自動(dòng)的無(wú)擾切換、儲(chǔ)水箱水位控制等部分，并對(duì)設(shè)計(jì)SAMA圖逐一進(jìn)行說(shuō)明。關(guān)鍵詞：超臨界直流爐；給水控制系統(tǒng)；燃水比；中間點(diǎn)溫度；中間點(diǎn)焓精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)THE DESIGNING ON PLANT UNIT FEEDWATER CONTROL SYSTEMAbstractIt becomes a trend that the power station projects go forward to high parameter and large capacity in consideration of chinas

3、 actual situation and the demand of the national economic development. In the past years the super-critical unit were applied and developed quickly.The supercritical boiler will be the future nationai tendency, and the water supply system is an important link. The feedwater control of super critical

4、 once through boiler is an important study subject in thermal field at present. This paper introduces the general situation of supercritical unit, analyses the static or dynamic characteristics and the control feature of the supercritical boiler . The technological process of supercritical boiler fe

5、ed water system is analyzed too, Comparative analysis the similarities and differences between the subcritical and supercritical once-through boiler steam drum boiler feed water system control, studies the strategy of the supercritical boiler feed water control. At the same time, designs the 600MW s

6、upercritical once-through boiler feed water control system in view of the present domestic universal. Design content mainly includes Boiler feed water flow control under the wet/dry state switch, running state of the switch of hand/auto undisturbed switching of PID module, storage tank water level c

7、ontrol, illustrates the design SAMA graph one by one.Key Words：Supercritical once-through boiler; Feedwater control system; Coal to water ratio; Intermediate points enthalpy; Intermediate points temperature精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)目 錄摘 要 .IAbstract.II1 緒 論 .11.1 論文研究的背景和意義.11.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài).11.3 論文的主要工作.21.4

8、 本章小結(jié).32 超臨界直流鍋爐概述 .42.1 超臨界機(jī)組簡(jiǎn)介.42.1.1 超臨界機(jī)組定義 .42.1.2 超臨界機(jī)組在國(guó)外的應(yīng)用 .42.1.3 超臨界機(jī)組在我國(guó)的應(yīng)用 .52.2 超臨界直流鍋爐.62.2.1 直流爐的工作原理 .62.2.2 超臨界直流爐的靜態(tài)特性 .72.2.3 超臨界直流爐的動(dòng)態(tài)特性 .82.3 超臨界機(jī)組的控制特點(diǎn).92.3.1 汽包鍋爐的控制特點(diǎn) .92.3.2 超臨界鍋爐的控制特點(diǎn) .102.3.3 超臨界直流爐和汽包爐控制系統(tǒng)比較 .112.3.4 超臨界鍋爐的控制任務(wù) .112.4 超臨界鍋爐的給水控制系統(tǒng).122.4.1 鍋爐給水控制系統(tǒng)的主要任務(wù) .

9、122.4.2 鍋爐給水系統(tǒng)的工藝流程 .122.5 幾種常見(jiàn)的超臨界鍋爐給水控制方案簡(jiǎn)介.132.5.1 超臨界直流鍋爐燃水比控制 .132.5.2 中間點(diǎn)溫度校正的給水控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .152.5.3 中間點(diǎn)焓值校正的給水控制系統(tǒng) .162.6 本章小結(jié).173 600MW 超臨界機(jī)組給水系統(tǒng)控制設(shè)計(jì).183.1 600MW 超臨界機(jī)組的給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景 .183.1.1 給水控制系統(tǒng)的指令 .183.1.2 給水系統(tǒng)控制方案 .19精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)3.2 600MW 超臨界機(jī)組的給水系統(tǒng)控制方案 .213.2.1 給水流量定值形成說(shuō)明 .303.2.2 電泵給水流

10、量調(diào)節(jié)說(shuō)明 .303.2.3 給水旁路閥水位輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理 .303.2.4 汽泵給水流量調(diào)節(jié)說(shuō)明 .303.3 600MW 超臨界機(jī)組的儲(chǔ)水箱水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制方案 .313.3.1 儲(chǔ)水箱水位補(bǔ)償說(shuō)明 .413.3.2 儲(chǔ)水箱水位控制說(shuō)明 .413.4 本章小結(jié).41結(jié) 論 .42參考文獻(xiàn) .43致 謝 .44精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)1 緒 論 1.1 論文研究的背景和意義電力工業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著非常重要的作用。我國(guó)電力工業(yè)在新的起點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了又好又快發(fā)展，發(fā)電量和電網(wǎng)規(guī)模已居世界第一位。轉(zhuǎn)變發(fā)展方式進(jìn)展明顯，電源結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，水電裝機(jī)2.3億千瓦，年發(fā)電量6900

11、億千瓦時(shí)，風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行規(guī)模超4500萬(wàn)千瓦，均居世界第一。技術(shù)裝備水平顯著提高，在大型空冷機(jī)組、循環(huán)流化床機(jī)組應(yīng)用等方面取得國(guó)際領(lǐng)先地位1。超臨界鍋爐具有發(fā)電效率高、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是中國(guó)未來(lái)大型鍋爐的發(fā)展趨勢(shì)，深入研究并掌握其動(dòng)態(tài)特性是十分重要的。直流鍋爐是指靠給水泵壓力，使給水順序通過(guò)省煤器、蒸發(fā)受熱面、過(guò)熱器并全部變?yōu)檫^(guò)熱蒸氣的鍋爐。由于給水在進(jìn)入鍋爐后，水的加熱、蒸發(fā)和水蒸氣的過(guò)熱，都是在受熱面中連續(xù)進(jìn)行的，不需要在加熱中途進(jìn)行汽水分離。因此，它沒(méi)有自然循環(huán)鍋爐的汽包。在省煤器受熱面、蒸發(fā)受熱面和過(guò)熱器受熱面之間沒(méi)有固定的分界點(diǎn)，隨鍋爐負(fù)荷變動(dòng)而變動(dòng)。直流鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)是它可適用于

12、一切壓力，特別在臨界壓力及以上壓力范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。由于它沒(méi)有汽包，因此，加工制造方便，金屬消耗量小；水冷壁布置比較自由，不受水循環(huán)限制；調(diào)節(jié)反應(yīng)快，負(fù)荷變化靈活；啟、停迅速；最低負(fù)荷通常低于汽包鍋爐3。超臨界直流鍋爐的這些特點(diǎn)，也決定了其運(yùn)行調(diào)節(jié)特性有別于汽包爐，汽溫調(diào)節(jié)與給水控制的配合更為密切。機(jī)組的主要設(shè)備之一是鍋爐，超臨界機(jī)組中的鍋爐都是直流爐，與汽包爐相比在控制上有其特殊性。最顯著的區(qū)別是，在直流爐中沒(méi)有汽包將給水控制系統(tǒng)與汽溫控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)。給水系統(tǒng)雖然在超臨界機(jī)組中只是一個(gè)子系統(tǒng)，但其在整個(gè)機(jī)組中發(fā)揮著舉足輕重的作用。通過(guò)使用，調(diào)試引進(jìn)的國(guó)外超臨界機(jī)組鍋爐給水控制策

13、略、供水控制系統(tǒng)的工藝流程，及時(shí)歸納、研究探討和改進(jìn)以形成我們自己的技術(shù)，以及對(duì)后面超臨界機(jī)組仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和超超臨界機(jī)組控制系統(tǒng)的研究有重要意義。本文將對(duì)直流爐的給水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)超臨界直流爐的專(zhuān)利方案，是由移居美國(guó)的捷克人馬克本生在1919年提出的，1923 年德國(guó)西門(mén)子公司按他的專(zhuān)利建成了第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性超臨界機(jī)組。從30年代至60年代，德國(guó)、美國(guó)、前蘇聯(lián)和日本，先后對(duì)超臨界機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)超臨界機(jī)組不僅效率高，而且超臨界蒸汽也有一定的優(yōu)越性。因而，吸引著生產(chǎn)發(fā)展速度快、電力需求急、競(jìng)爭(zhēng)能力較強(qiáng)的國(guó)家如美國(guó)、前蘇聯(lián)和日本，大步向前發(fā)展超臨界機(jī)組，先后掌握了先進(jìn)的

14、超臨界技術(shù)，而且技術(shù)比較成熟，自動(dòng)控制水平比較高5。梁福余，莊建華在文獻(xiàn)9中以國(guó)華太倉(cāng)電廠6O0MW超臨界機(jī)組全程給水系統(tǒng)為對(duì)象，精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)對(duì)給水控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出實(shí)現(xiàn)全程給水控制系統(tǒng)的控制策略，在調(diào)試過(guò)程中，主要進(jìn)行了邏輯和參數(shù)的調(diào)整這種控制策略對(duì)其他發(fā)電廠同類(lèi)機(jī)組實(shí)現(xiàn)全程給水自動(dòng)調(diào)節(jié)具有一定參考作用，也為完善其他控制系統(tǒng)提供了新的思路。王玉清，董傳敏等在文獻(xiàn)10中針對(duì)超臨界直流鍋爐對(duì)象特性復(fù)雜、控制回路間相互耦合，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)給水全程控制難度較大。把機(jī)組整個(gè)給水過(guò)程分為干態(tài)模式和濕態(tài)模式給水2個(gè)階段，分別采用相應(yīng)的控制方案。干態(tài)模式用分離器出口焓值校正

15、給水流量指令；濕態(tài)模式用最小流量來(lái)維持給水流量。同時(shí)，合理采用了前饋、變參數(shù)、變結(jié)構(gòu)以及解耦等控制技術(shù)，來(lái)改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和實(shí)際運(yùn)行表明，焓值能很好地反映燃水比的變化，用焓值校正給水流量對(duì)維持過(guò)熱汽溫非常效果比較好。張秋生，岳建華等在文獻(xiàn)11中根據(jù)超臨界直流爐的控制特點(diǎn)及給水控制，分析了目前國(guó)內(nèi)常用的兩種控制結(jié)構(gòu)，比較了基于中間點(diǎn)焓值校正和基于中間點(diǎn)溫度校正的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了給水超馳控制策略以克服部分特殊工況下常規(guī)給水控制策略的不足，工程應(yīng)用效果良好。李長(zhǎng)青，畢艷洲等在文獻(xiàn)12中針對(duì)超臨界機(jī)組的控制特點(diǎn)，對(duì)淮浙煤電有限公司安徽鳳臺(tái)發(fā)電分公司1600MW超臨界直流機(jī)組給水控制工作原理及其

16、控制策略進(jìn)行了介紹?；赟TAR-90仿真平臺(tái)，通過(guò)仿真試驗(yàn)，證明了該給水控制策略是合理的，達(dá)到了良好的調(diào)節(jié)效果，為今后國(guó)內(nèi)超臨界大型機(jī)組給水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)提供了借鑒和參考。目前，隨著單元機(jī)組容量的增大和參數(shù)的提高，機(jī)組在啟停過(guò)程中需要監(jiān)視和控制的項(xiàng)目越來(lái)越多，因此，為了機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須實(shí)現(xiàn)鍋爐給水從機(jī)組的啟動(dòng)到正常運(yùn)行，又到停爐冷卻全部過(guò)程均能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。1.3 論文的主要工作1.3.1 本論文主要包括如下研究?jī)?nèi)容（1）分析與設(shè)計(jì)超臨界機(jī)組直流爐給水控制系統(tǒng)控制方案。（2）干濕態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。（3）鍋爐啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)煤水比如何分配最佳。（4）用 Visio 繪制某電廠

17、給水控制方案的 SAMA 圖。1.3.2 論文的難點(diǎn)首先，本課題的難點(diǎn)是給水控制系統(tǒng)在超臨界直流機(jī)組中的應(yīng)用。在汽包爐機(jī)組中，給水控制系統(tǒng)成功的案例很多。不過(guò)在超臨界機(jī)組中，由于超臨界機(jī)組的給水量與主汽溫有很強(qiáng)的耦合關(guān)系，所以在考慮給水量的同時(shí)也要考慮到主汽溫的變化，因此給水與主汽溫的關(guān)系將是組態(tài)中考慮的難點(diǎn)。其次，直流爐給水系統(tǒng)是一個(gè)串級(jí)加前饋的控制系統(tǒng)，串級(jí)系統(tǒng)中主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的合理搭配以及前饋參數(shù)的合理調(diào)整也將是組態(tài)及調(diào)試中遇到的問(wèn)題。最后，如何在給水指令形成回路將給水泵公用指令合理的分配到3臺(tái)給水泵也是值得精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)關(guān)注的問(wèn)題，如果指令分配不好，將會(huì)

18、造成給水系統(tǒng)的擾動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大。1.4 本章小結(jié)超臨界機(jī)主與相同容量的亞臨界汽包爐相比，反應(yīng)速度更快，更難于控制。 600MW 超臨界直流鍋爐以其啟停速度快、負(fù)荷變化快的特點(diǎn)將逐漸成為我國(guó)今后發(fā)展的調(diào)峰主力機(jī)組，對(duì)該機(jī)型的運(yùn)行特性應(yīng)更深入的了解，在實(shí)際運(yùn)行中更為合理和精確的控制機(jī)組運(yùn)行。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)2 超臨界直流鍋爐概述2.1 超臨界機(jī)組簡(jiǎn)介2.1.1 超臨界機(jī)組定義超臨界機(jī)組是指過(guò)熱器出口主蒸汽壓力超過(guò) 22.125MPa。目前運(yùn)行的超臨界機(jī)組運(yùn)行壓力均為 2425MPa。理論上認(rèn)為，在水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)(壓力 22.125MPa，溫度 374

19、.15)，水的汽化會(huì)在一瞬間完成，即在臨界點(diǎn)時(shí)飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽水共存的二相區(qū)存在，二者的參數(shù)不再有區(qū)別。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相等，因此在超臨界壓力下無(wú)法維持自然循環(huán)，即不能再采用汽包鍋爐，直流鍋爐成為唯一型式。超臨界機(jī)組具有無(wú)可比擬經(jīng)濟(jì)性，單臺(tái)機(jī)組發(fā)電熱效率最高可達(dá) 50%，每 kW/h 煤耗最低僅有 255g，較亞臨界壓力機(jī)組煤耗低；同時(shí)采用低氧化氮技術(shù)，在燃燒過(guò)程中減少 65%的氮氧化合物及其它有害物質(zhì)的形成，且脫硫率可超 98%，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、環(huán)保的目的。超臨界機(jī)組和超超臨界機(jī)組不僅提高煤炭利用率，而且是降低環(huán)境污染有效而經(jīng)濟(jì)的途徑之一1。2.1.2 超臨界機(jī)組在國(guó)外的

20、應(yīng)用水的臨界狀態(tài)點(diǎn)壓力和溫度分別為22.125MPa和374.15。通常認(rèn)為蒸汽參數(shù)超過(guò)水的臨界狀態(tài)點(diǎn)壓力和溫度數(shù)值的機(jī)組稱(chēng)為超臨界機(jī)組，實(shí)際投運(yùn)的超臨界機(jī)組的蒸汽參數(shù)大多在23.5MPa，538以上，一般把參數(shù)超過(guò)29MPa，560的機(jī)組稱(chēng)為超超臨界機(jī)組或高效超臨界機(jī)組。蒸汽機(jī)組隨著蒸汽參數(shù)的提高，機(jī)組效率不斷上升，表2-1列出了亞臨界機(jī)組，超臨界機(jī)組和超超界機(jī)組的凈效率和供電煤耗。表 2-1 亞臨界、超臨界和超超臨界機(jī)組的凈效率和供電煤耗蒸汽參數(shù)蒸汽參數(shù)機(jī)組凈效率機(jī)組凈效率/%/%供電煤供電煤/g(kwh)/g(kwh)-1-117MPa17MPa，538538 3737383833033

21、0340340 24MPa24MPa，5385384040414131031032032030MPa30MPa，56656644444545290290300300超臨界直流鍋爐的專(zhuān)利方案，是由捷克人馬克本生在1919年提出來(lái)的，1923年德國(guó)西門(mén)子公司按他的專(zhuān)利建成了第一臺(tái)試驗(yàn)性超臨界機(jī)組。美國(guó)于1957年在Philo電廠投運(yùn)了蒸汽參數(shù)為31MPa，538功率為125MW的超臨界試驗(yàn)機(jī)組，隨后投產(chǎn)了蒸汽參數(shù)更高的Eddystone電廠，其蒸汽參數(shù)34.4MPa，566功率為325MW超超臨界機(jī)組。美國(guó)由于初期采用了過(guò)高的蒸汽參數(shù)，超出了當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，不可避免地發(fā)生了頻繁的事故，后來(lái)制造的超

22、臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)大多采用24.1MPa，538美國(guó)投運(yùn)的超臨界機(jī)組大約170臺(tái)，其中燃煤機(jī)組占70%以上，并擁有臺(tái)世界上單機(jī)容量最大的1300MW機(jī)組。由于美國(guó)電力工精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)業(yè)大力發(fā)展高效的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)，絕大部分超臨界機(jī)組都是在上世紀(jì)60和70年代投運(yùn)的。前蘇聯(lián)從上世紀(jì)50年代以來(lái)一直積極地發(fā)展超臨界機(jī)組，主要立足于國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)。1963年投運(yùn)了第一臺(tái)蒸汽參數(shù)為25MPa，570功率為300MW的超臨界機(jī)組，其后所有300MW及以上的機(jī)組都采用超臨界技術(shù)。至1985年共有18臺(tái)超臨界機(jī)組投入運(yùn)行，總功率達(dá)6800萬(wàn)kW，單機(jī)功率最高為1200MW，蒸汽參數(shù)

23、為23.5MPa，540。日本發(fā)展超臨界機(jī)組采用引進(jìn)、仿制、創(chuàng)新的技術(shù)路線。日本第一臺(tái)超臨界機(jī)組是從美國(guó)通用公司引進(jìn)的600MW樣機(jī)，于1967年正式投入運(yùn)營(yíng)。隨后，由東芝公司仿制相同樣機(jī)于1969年投運(yùn)，而1971年投運(yùn)的600MW機(jī)組則有效地利用了日本自己的技術(shù)。當(dāng)日本發(fā)現(xiàn)引進(jìn)的美國(guó)超臨界機(jī)組技術(shù)不能在廣泛的范圍內(nèi)滑壓變負(fù)荷運(yùn)行和快速經(jīng)濟(jì)地啟停時(shí)，便在70年代后期果斷從歐洲引進(jìn)了水冷壁管螺旋盤(pán)繞上升的本生超臨界直流鍋爐技術(shù)。80年代以后，日本能自行開(kāi)發(fā)能夠帶中間負(fù)荷，滑壓運(yùn)行的超臨界直流鍋爐。日本將450MW以上機(jī)組全部采用超臨界參數(shù)，超臨界機(jī)組占其火電容量的50%以上，最大單機(jī)容量為10

24、00MW，蒸汽參數(shù)一般為24.1MPa，53856614。2.1.3 超臨界機(jī)組在我國(guó)的應(yīng)用20世紀(jì)70年代末，隨著改革開(kāi)放和經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，我國(guó)的電力工業(yè)迅猛發(fā)展。20世紀(jì)80年代，我國(guó)從美國(guó)WestingHouse公司和CE公司引進(jìn)了亞臨界300MW和600MW等級(jí)的技術(shù)，并成功地進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化。此后的20年內(nèi)，這兩個(gè)等級(jí)的機(jī)組一直作為中國(guó)電力建設(shè)的主力機(jī)組，其運(yùn)行供電煤耗約在320340g/kWh(凈效率為36.1%38.4%，不含脫硫)。我國(guó)超臨界機(jī)組的發(fā)展起步較晚，但起點(diǎn)較高。大陸的第一個(gè)超臨界機(jī)組項(xiàng)目是上海石洞口第二發(fā)電廠的2600MW超臨界機(jī)組，這是我國(guó)電力超臨界技術(shù)發(fā)展的第一個(gè)里

25、程碑4。自20世紀(jì)90年代后期，大容量先進(jìn)超超臨界機(jī)組在德國(guó)及日本等國(guó)相繼建成投產(chǎn)，這些機(jī)組的運(yùn)行性能得到了國(guó)際業(yè)界的普遍認(rèn)可。2004年，繼上海外高橋第二發(fā)電廠900MW超臨界機(jī)組順利投產(chǎn)后，由我國(guó)政府主導(dǎo)，通過(guò)引進(jìn)技術(shù)國(guó)產(chǎn)化及國(guó)內(nèi)自主研發(fā)，我國(guó)的火力發(fā)電建設(shè)的重心開(kāi)始轉(zhuǎn)向600MW和1000MW等級(jí)的引進(jìn)技術(shù)型國(guó)產(chǎn)超臨界和超超臨界機(jī)組。基于節(jié)能減排的要求，1000MW等級(jí)的機(jī)組已成為目前我國(guó)新建燃煤機(jī)組的主流。2006年11月，我國(guó)首臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組在浙江玉環(huán)電廠建成投產(chǎn)。近年來(lái)，我國(guó)的電力總裝機(jī)容量每年以9.01071.1108kW的規(guī)模高速增長(zhǎng)，截至2010 年底，我國(guó)已建成

26、投產(chǎn)1000MW超超臨界機(jī)組33臺(tái)，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)總量已達(dá)9.62108 kW，其中73.4%為火電機(jī)組1。對(duì)已投產(chǎn)的600MW超臨界機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，年平均含脫硫煤耗約為310g/(kWh)(凈效率為39.62%)，而大部分1000MW超超臨界機(jī)組的年平均含脫硫煤耗在精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)290300g/(kWh)(凈效率為40.95%42.36%)，這些已投產(chǎn)機(jī)組的運(yùn)行煤耗大大低于我國(guó)火電機(jī)組的平均煤耗。同時(shí)，為加快節(jié)能減排的步伐，我國(guó)政府每年關(guān)停大量的中小容量(200MW及以下)高耗能機(jī)組，使得全國(guó)火電機(jī)組的容量和效率結(jié)構(gòu)明顯改善，平均煤耗逐年穩(wěn)步下降。2.2 超

27、臨界直流鍋爐2.2.1 直流爐的工作原理直流鍋爐依靠給水泵的壓頭將鍋爐給水一次通過(guò)加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱各受熱面而變成過(guò)熱蒸汽。直流爐的汽水流程如圖2-1所示。在直流鍋爐蒸發(fā)受熱面中，由于工質(zhì)的流動(dòng)不是依靠汽水密度差來(lái)推動(dòng)，而是通過(guò)給水泵壓頭來(lái)實(shí)現(xiàn)，工質(zhì)一次通過(guò)各受熱面，蒸發(fā)量等于給水量，故可認(rèn)為直流鍋爐的循環(huán)倍率為1。圖2-1 直流爐工作原理圖直流鍋爐沒(méi)有汽包，在水的加熱受熱面和蒸發(fā)受熱面間，及蒸發(fā)受熱面和過(guò)熱受熱面間無(wú)固定的分界點(diǎn)，在工況變化時(shí)，各受熱面長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化。1. 直流鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)直流鍋爐無(wú)汽包，工質(zhì)一次通過(guò)各受熱面，各受熱面之間無(wú)固定的界限，隨著鍋爐負(fù)荷和工況的變動(dòng)而變動(dòng)。直流鍋爐

28、的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在蒸發(fā)受熱面和汽水系統(tǒng)上。直流鍋爐的省煤器、過(guò)熱器、再熱器、空預(yù)器及燃燒器等與自然循環(huán)鍋爐相似。2. 直流鍋爐適用于壓力等級(jí)較高的鍋爐根據(jù)直流爐的工作原理，任何壓力的鍋爐理論上都可采用直流鍋爐。但實(shí)際上中、低壓鍋爐、高壓鍋爐以及亞臨界鍋爐一般均采用汽包型，而超臨界壓力的鍋爐只能采用直流型。3. 直流鍋爐可采用布置自由的小直徑蒸發(fā)管直流鍋爐采用小直徑蒸發(fā)管會(huì)增加水冷壁管的流動(dòng)阻力，但由于水冷壁管內(nèi)的流動(dòng)為強(qiáng)制流動(dòng)，且采用小直徑蒸發(fā)管大大降低了水冷壁管的截面積，提高了管內(nèi)汽水混合物的流速，因此保證了水冷壁的安全。工作壓力相同的條件下，水冷壁管的壁厚與管徑成正比，直流鍋爐采用小管徑

29、水冷壁且不用汽包，可以降低鍋爐的金屬耗量。與自然循環(huán)鍋爐相比，直流鍋爐通?？梢怨?jié)省約20%30%的鋼材。但由于采用小直徑蒸發(fā)管后流動(dòng)阻力增加，給水泵電耗增加，因此直流鍋爐的廠用電量比自然循環(huán)鍋爐大。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)4. 直流鍋爐的給水品質(zhì)要求高直流鍋爐沒(méi)有汽包，不能進(jìn)行鍋內(nèi)水處理，給水帶來(lái)的鹽分除一部分被蒸汽帶走外，其余將沉積在受熱面上影響傳熱，且這些鹽分只有停爐清洗才能除去，因此為了確保受熱面的安全，直流鍋爐的給水品質(zhì)要求高。直流爐通常要求凝結(jié)水進(jìn)行100%的除鹽處理。5. 直流爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)要求高直流爐無(wú)汽包且蒸發(fā)受熱面管徑小，金屬耗量小，使得直流鍋爐的蓄熱能力

30、較低。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，依靠自身鍋水和金屬蓄熱或放熱來(lái)減緩汽壓波動(dòng)的能力較低。當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，直流爐必須同時(shí)調(diào)節(jié)給水量和燃料量，以保證物質(zhì)平衡和能量平衡，才能穩(wěn)定汽壓和汽溫。6. 直流鍋爐的啟停速度和變負(fù)荷速度快為了保證受熱面的安全工作，且為了減少啟動(dòng)過(guò)程中的工質(zhì)損失和能量損失，直流鍋爐需設(shè)專(zhuān)門(mén)的啟動(dòng)旁路系統(tǒng)。直流鍋爐由于沒(méi)有汽包，在啟停過(guò)程及變負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中的升、降溫速度可快些，鍋爐啟停時(shí)間大大縮短，鍋爐變負(fù)荷速度提高。2.2.2 超臨界直流爐的靜態(tài)特性熱力學(xué)理論認(rèn)為，在22.125MPa、溫度374.15時(shí)，水的汽化會(huì)在一瞬間完成，即在臨界點(diǎn)時(shí)飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的兩相區(qū)存在

31、，兩者的參數(shù)不再有區(qū)別。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相等，因此在臨界壓力下無(wú)法維持自然循環(huán)，只有采用直流爐。超臨界直流爐的汽水形程經(jīng)歷了加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱三個(gè)過(guò)程，如圖2-2 所示。圖2-2 超臨界直流爐汽水行程示意1. 汽溫靜態(tài)特性由圖2-2可知，超臨界直流爐的各級(jí)受熱面串聯(lián)連接，給水的加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱三個(gè)階段的分界點(diǎn)在受熱面中的位置雖工況變化而變化。根據(jù)一次工質(zhì)在穩(wěn)定工況下的熱平衡方程式且假設(shè)二次工質(zhì)吸熱量為0（無(wú)再熱器），有： (2-1）.()grgsar netglW hhMQ式中W 給水流量，等于主流量；精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)hgr 過(guò)熱蒸汽焓； hgs 給水焓；M 燃

32、料量；gl 鍋爐效率；Qar，net 燃料量應(yīng)用基低位發(fā)熱量；經(jīng)整理得： （2-2）,grar netglgsMhQhW對(duì)一個(gè)新工況，有： （2-3）,grar netglgsMhQhW由式（2-2）和（2-3）可知： 當(dāng) 即燃水比不變時(shí)，過(guò)熱蒸汽焓（溫度）保持不變；MMWW 當(dāng)燃料發(fā)熱量變小時(shí)，過(guò)熱蒸汽焓（溫度）隨之降低；反之，升高； 當(dāng)給水焓降低時(shí)，過(guò)熱蒸汽焓（溫度）隨之降低；反之，升高；2. 汽壓靜態(tài)特性超臨界機(jī)組的主汽壓由系統(tǒng)的質(zhì)量平衡、熱量平衡和工質(zhì)流動(dòng)壓降等決定。 當(dāng)燃料量M 增加時(shí)，若燃水比保持不變，則主汽流量增加從而使汽壓上升；若燃水比增加，則過(guò)熱汽溫增加，減溫水流量也需增加，

33、相應(yīng)地增加主汽流量，從而汽壓上升。 當(dāng)給水流量增加時(shí)，若燃水比保持不變，則主汽流量增加從而使汽壓上升；若燃水比減小，從而過(guò)熱汽溫降低，減少減溫水流量，汽壓基本不變。2.2.3 超臨界直流爐的動(dòng)態(tài)特性超臨界直流爐在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常受到各種擾動(dòng)，如汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度擾動(dòng)、燃料量擾動(dòng)等，各種擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性示意如圖2.3 所示。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖2-3 超臨界機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性1. 汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度擾動(dòng)（圖 2-3a）汽機(jī)擾動(dòng)對(duì)鍋爐是一種負(fù)荷擾動(dòng)，對(duì)超臨界機(jī)組的影響具有典型的耦合特性：汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度變化不僅影響了鍋爐出口的壓力，還影響了汽水流程的加熱段，導(dǎo)致了溫度的變化。1) 主汽流量迅速增

34、加，隨著主汽壓力的下降而逐漸下降直至等于給水流量。2) 主汽壓力迅速下降，隨著主汽流量和給水流量逐步接近，主汽壓力的下降速度逐漸減直至穩(wěn)定在新的較低壓力。3) 過(guò)熱汽溫一開(kāi)始由于主汽流量的增加而下降，但由于過(guò)熱器金屬釋放蓄熱的補(bǔ)償作用，汽溫下降的并不多，最終主汽流量等于給水流量，且燃水比未發(fā)生變化，故過(guò)熱汽溫近似不變。4) 由于蒸汽流量急劇增加，功率也顯著上升，這部分多發(fā)功率來(lái)自鍋爐的蓄熱，由于燃料量沒(méi)有發(fā)生變化，功率有逐漸恢復(fù)到原來(lái)的水平。2. 燃料量擾動(dòng)（圖2-3b）燃料量擾動(dòng)是指燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量同時(shí)變化的一種擾動(dòng)。1) 由于給水流量保持不變，因此主汽流量最終仍保持原來(lái)的數(shù)值。但由于

35、燃料量的增加而導(dǎo)致加熱段和蒸發(fā)段縮短，鍋爐中貯水量減少，因此主汽流量在燃料量擾動(dòng)后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲會(huì)有一個(gè)上升的過(guò)程。2) 主汽壓力在短暫的延遲后逐漸上升，最后穩(wěn)定在較高的水平。最初的上升是由于主汽流量的增大，隨后保持在較高的水平是由于過(guò)熱汽溫的升高，蒸汽容積流量增大，而汽機(jī)調(diào)速閥開(kāi)度不變，流動(dòng)阻力增大所致。3) 過(guò)熱汽溫一開(kāi)始由于主汽流量的增加而略有下降，然后由于燃料量的增加而穩(wěn)定在較高的水平。4) 功率最初的上升是由于主汽流量的增加，隨后的上升是由于過(guò)熱汽溫（新汽焓）的增加。3. 給水流量的擾動(dòng)（圖2-3c）1) 隨著給水流量的增加，主汽流量也會(huì)增大。但由于燃料量不變，加熱段和蒸發(fā)段都要

36、延長(zhǎng)。在最初階段，主汽流量只是逐步上升，在最終穩(wěn)定狀態(tài)，主汽流量必將等于給水流量，穩(wěn)定在新的平衡點(diǎn)。2) 主汽壓力開(kāi)始隨著主汽流量的增加而增加，然后由于過(guò)熱溫的下降而有所回落。3) 過(guò)熱汽溫經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間的延遲后單調(diào)下降直至穩(wěn)定在較低的數(shù)值。4) 功率最初由于蒸汽流量的增加而增加，隨后則由于氣溫降低而減少。因?yàn)槿剂狭烤x優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)未變，所以最終的功率基本不變，只是由于蒸汽參數(shù)的下降而稍低于原有水平。2.3 超臨界機(jī)組的控制特點(diǎn)2.3.1 汽包鍋爐的控制特點(diǎn)汽泡鍋爐的汽水行程中，汽包將鍋爐受熱面分割為加熱，蒸發(fā)和過(guò)熱三段。汽包在運(yùn)行中除作為汽水分離器外，還作為燃水比

37、失調(diào)的反沖器。當(dāng)燃水比失去平衡關(guān)系時(shí)，利用汽包中的存水和空間容積暫時(shí)維持鍋爐的工質(zhì)平衡關(guān)系，以保持各段受熱面積不變。因此，當(dāng)我們用汽包水位H、過(guò)熱汽溫T和主汽壓PT來(lái)表示汽包鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，與3個(gè)主要控制量（給水流量W、減溫水流量WJ和燃料量M）之間的關(guān)系如下：可見(jiàn)，上式中的傳遞函數(shù)為上三角陣，由此也說(shuō)明汽包鍋爐給水、汽溫和汽壓控制可采用單變量系統(tǒng)的分析方法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的較為獨(dú)立的控制系統(tǒng)。2.3.2 超臨界鍋爐的控制特點(diǎn)在直流爐中給水變成過(guò)熱蒸汽是一次性完成的，見(jiàn)圖2-2，因此鍋爐的蒸發(fā)量D不僅決定于燃料量M， 同時(shí)也決定于給水流量W。因此，超臨界機(jī)組的負(fù)荷控制是與給水控制和燃料量控制密切相

38、關(guān)而不可分的。當(dāng)給水量和燃燒率的比例改變時(shí)，直流爐的各個(gè)受熱面的分界就發(fā)生變化，從而導(dǎo)致過(guò)熱汽溫發(fā)生劇烈的變化。根據(jù)上述超臨界機(jī)組的靜、動(dòng)態(tài)特性分析，表征超臨界機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的三個(gè)重要參數(shù)（主汽壓力PT、微過(guò)熱汽溫Tsl和過(guò)熱汽溫T）與三個(gè)相應(yīng)的控制量（燃料量M、給水流量W和減溫水流量WJ）之間的矩陣方程可表示如下：由此可見(jiàn)，主汽壓力與微過(guò)熱汽溫構(gòu)成多變量相關(guān)被控對(duì)象，而減溫水流量對(duì)主汽壓力與微過(guò)熱汽溫沒(méi)有直接的影響，因此在維持燃水比的前提下，減溫水控制可按單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。綜上所述，超臨界機(jī)組有以下控制特點(diǎn)：1. 超臨界機(jī)組是一個(gè)多輸入、多輸出的被控對(duì)象，輸入量為給水量、燃料量、汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度

39、，輸出量為汽溫、汽壓和蒸汽流量；2. 負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，主汽壓力反應(yīng)快，可作為被調(diào)量；3. 超臨界機(jī)組工作時(shí)，其加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和過(guò)熱區(qū)之間無(wú)固定的界限，汽溫、燃燒、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)給水相互關(guān)聯(lián)，尤其是燃水比不相適應(yīng)時(shí)，汽溫將會(huì)有顯著的變化，為使汽溫變化較小，要保持燃燒和給水量的適當(dāng)比例；4. 從動(dòng)態(tài)特性來(lái)看，微過(guò)熱汽溫能迅速反應(yīng)過(guò)熱汽溫的變化，因此可以將該信號(hào)來(lái)判斷給水和燃燒率是否失調(diào)；5. 超臨界機(jī)組的蓄熱系數(shù)小對(duì)壓力控制不利，但有利于迅速改變鍋爐負(fù)荷，適應(yīng)電網(wǎng)尖峰負(fù)荷的能力強(qiáng)。2.3.3 超臨界直流爐和汽包爐控制系統(tǒng)比較超臨界機(jī)組與汽包爐機(jī)組的控制任務(wù)相同，即在能夠承受

40、的限度內(nèi)，機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷對(duì)指令的響應(yīng)速度最快，同時(shí)協(xié)調(diào)鍋爐與汽輪發(fā)電機(jī)間的運(yùn)行，使鍋爐的熱量輸入與電能輸出相平衡，保持鍋爐各輸入，如燃料、風(fēng)和水之間的匹配關(guān)系。為完成上述機(jī)組控制任務(wù)，機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)應(yīng)做到：最大限度利用蓄能，具有快速響應(yīng)的發(fā)電負(fù)荷控制，發(fā)電負(fù)荷控制與鍋爐控制解耦，在所有工況下，鍋爐指令都基于汽機(jī)的能量需求，保證鍋爐與汽機(jī)相協(xié)調(diào)6。直接能量平衡（DEB）控制策略在汽包鍋爐機(jī)組應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的性能。實(shí)際上，DEB控制策略最初是用于直流爐機(jī)組控制的，但直流爐機(jī)組DEB控制策略還需就以下問(wèn)題進(jìn)一步的研究和完善。1. 熱量度量，基于準(zhǔn)確熱量度量的鍋爐輸入熱量和汽機(jī)需求信號(hào)的直接平衡是

41、DEB良好控制性能的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確的熱量信號(hào)只反映鍋爐的能量輸入、對(duì)汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度變化是解耦的。而直流爐由于蓄熱呈分布特性、無(wú)類(lèi)似汽包的相對(duì)集中蓄熱，簡(jiǎn)便的熱量度量難以求取。直流爐這一重要信號(hào)缺失給解除機(jī)爐間的耦合、協(xié)調(diào)鍋爐與汽機(jī)間的控制作用、發(fā)熱量校正和燃水比校正都帶來(lái)困難。2. 蓄熱量小，不能滿(mǎn)足應(yīng)快速響應(yīng)的發(fā)電負(fù)荷控制的需要?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)最大限度地利用直流爐能快速改變鍋爐蒸汽負(fù)荷的能力，以補(bǔ)償相對(duì)其相對(duì)較低的蓄熱量，這在很大程度上取決于鍋爐前饋信號(hào)選擇和形式。另一方面，應(yīng)有完善的實(shí)時(shí)監(jiān)視鍋爐跟蹤負(fù)荷的能力，以鍋爐實(shí)際能力為限改變機(jī)組負(fù)荷。3. 嚴(yán)重非線性耦合的解除。應(yīng)在深入分析超臨界機(jī)組過(guò)程機(jī)理

42、的基礎(chǔ)上找出各參量間相互影響關(guān)系，減弱或消除不利的耦合。2.3.4 超臨界鍋爐的控制任務(wù)超臨界直流鍋爐主要輸出量為汽溫、汽壓和蒸汽流量（負(fù)荷），主要輸入量是給水量、燃燒率和汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度如圖2-4 所示。由于是強(qiáng)制循環(huán)且受熱區(qū)段之間無(wú)固定界限，一種輸入量擾動(dòng)則將對(duì)各輸出量產(chǎn)生影響，如單獨(dú)改變給水量或燃料量，不僅影響主汽壓與蒸汽流量，過(guò)熱器出口汽溫也會(huì)產(chǎn)生顯著的變化，所以比值控制（如給水量/蒸汽量、燃料量/給水量及噴水量/給水量等）和變定值、變參數(shù)調(diào)節(jié)是直流鍋爐的控制特點(diǎn)。超臨界機(jī)組的控制任務(wù)：1) 快速、準(zhǔn)確響應(yīng)負(fù)荷并維持主汽壓在一定的范圍內(nèi)，使鍋爐的蒸發(fā)量適應(yīng)負(fù)荷的需求；精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你

43、奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)2) 維持過(guò)熱氣溫和再熱氣溫在一定的范圍內(nèi)；3) 維持燃燒的經(jīng)濟(jì)性；4) 維持爐膛負(fù)壓；圖 2-4 超臨界機(jī)組的輸入輸出2.4 超臨界鍋爐的給水控制系統(tǒng)2.4.1 鍋爐給水控制系統(tǒng)的主要任務(wù)超臨界發(fā)電機(jī)組沒(méi)有汽包，鍋爐給水控制系統(tǒng)的主要任務(wù)不再是控制汽包水位；而是以汽水分離器出口溫度或焓值作為表征量，保證給水量與燃料量的比例不變，滿(mǎn)足機(jī)組不同負(fù)荷下給水量的需求。當(dāng)給水量或燃料量擾動(dòng)時(shí)，汽水行程中各點(diǎn)工質(zhì)焓值的動(dòng)態(tài)特性相似；在鍋爐的燃水比保持不變時(shí)（工況穩(wěn)定），汽水行程中某點(diǎn)工質(zhì)的焓值保持不變，所以采用微過(guò)熱蒸汽焓代替該點(diǎn)溫度作為燃水比校正是可行的，其優(yōu)點(diǎn)在于：1) 分離器出

44、口焓（中間點(diǎn)焓）值對(duì)燃水比失調(diào)的反應(yīng)快，系統(tǒng)校正迅速。2) 焓值代表了過(guò)熱蒸汽的做功能力，隨工況改變焓給定值不但有利于負(fù)荷控制，而且也能實(shí)現(xiàn)過(guò)熱汽溫（粗）調(diào)整。3) 焓值的物理概念明確，用“焓增”來(lái)分析各受熱面的吸熱分布更為科學(xué)。它不僅受溫度變化影響，還受壓力變化影響，在低負(fù)荷壓力升高時(shí)（分離器出口溫度有可能進(jìn)入飽和區(qū)），焓值的明顯變化有助于判斷，進(jìn)而能及時(shí)采取相應(yīng)措施。因此，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)燃水比值及隨負(fù)荷變化的焓值校正是超臨界直流鍋爐給水系統(tǒng)的主要控制特征。2.4.2 鍋爐給水系統(tǒng)的工藝流程在鍋爐啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)（35%BMCR），分離器處于濕態(tài)運(yùn)行，分離器同汽包一樣精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上

45、專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)起著汽水分離的作用，此時(shí)適當(dāng)控制分離器水位，通過(guò)循環(huán)回收合格工質(zhì)。當(dāng)鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行階段時(shí)，分離器處于干態(tài)運(yùn)行，成為（過(guò)熱）蒸汽通道。一般機(jī)組配備有汽動(dòng)給水泵和電動(dòng)給水泵。在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)給水泵以最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，用其出口管道旁路上的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制給水流量。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷上升，給水流量加大時(shí)，由給水控制系統(tǒng)的信號(hào)控制給水泵的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)給水流量，直至汽動(dòng)給水泵投入，停止電動(dòng)給水泵運(yùn)行，使其處于備用狀態(tài)。啟動(dòng)過(guò)程中，蒸汽加熱除氧器給水，主給水泵的出水分別經(jīng)三級(jí)高壓加熱器后進(jìn)入省煤器，考慮到低負(fù)荷下直流鍋爐對(duì)流速的要求，在啟動(dòng)和低負(fù)荷階段保證最小給水流量。流過(guò)水冷壁管的汽水混合物進(jìn)入分離

46、器，分離器疏水分兩路，一路進(jìn)入除氧器，進(jìn)行合格工質(zhì)及熱量的回收；另一路經(jīng)擴(kuò)容器擴(kuò)容后進(jìn)入疏擴(kuò)箱，由擴(kuò)疏泵輸送至凝汽器或直接向外排放。隨著循環(huán)加熱的進(jìn)行，當(dāng)給水達(dá)到一定溫度后，鍋爐允許點(diǎn)火。給水系統(tǒng)按要求的流量、壓力和溫度供給鍋爐給水，以及向有關(guān)設(shè)備供給各種運(yùn)行工況所需要的減溫水，以保證機(jī)組的正常運(yùn)行。直流鍋爐的汽水系統(tǒng)如圖2-5。圖2-5 直流鍋爐的汽水系統(tǒng)2.5 幾種常見(jiàn)的超臨界鍋爐給水控制方案簡(jiǎn)介2.5.1 超臨界直流鍋爐燃水比控制燃水比就是燃料量與給水量的比值。通常，超臨界直流爐的運(yùn)行可以看作是一個(gè)多精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)輸入、多輸出的被控對(duì)象，它的主要輸出量為蒸汽的

47、溫度、壓力和流量(負(fù)荷)，主要輸入量是給水量、燃燒率和汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度。由于超臨界直流鍋爐采用強(qiáng)制循環(huán)而且受熱區(qū)段無(wú)固定界限，因此每一種輸入量的擾動(dòng)都將對(duì)各個(gè)輸出量產(chǎn)生作用，例如單獨(dú)改變給水量或燃料量，不僅影響主汽壓與蒸汽流量，還會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱器出口汽溫發(fā)生顯著變化，所以超臨界直流鍋爐都采用比值控制(如燃料量/給水量、噴水量/給水量、給水量/蒸汽量等)。和亞臨界汽包鍋爐相比，超臨界鍋爐給水控制系統(tǒng)的主要任務(wù)不再是控制汽包的水位，而是保證給水量和燃料量的比例，滿(mǎn)足機(jī)組不同負(fù)荷下給水量的要求。在鍋爐的運(yùn)行中燃水比不是恒定不變的，它隨著負(fù)荷的變化而改變： stfwnetiiFWQ式中: F燃料量，t/h；W

48、給水量，t/h；ist主蒸汽焓值，J/g；ifw給水焓值，J/g；Qnet燃料低位發(fā)熱量，J/g；鍋爐效率。又由于鍋爐給水溫度是隨負(fù)荷的增加而升高的，故 ifw也隨之升高，機(jī)組定壓運(yùn)行時(shí)主蒸汽溫度和壓力為定值，即 ist為一定值，Qnet和 可視為常數(shù)，因此燃水比通常隨著負(fù)荷的升高而減少。燃水比的調(diào)節(jié)在超臨界機(jī)組的給水和過(guò)熱汽溫控制中起著重要的作用，但是由于燃水比變化時(shí)，過(guò)熱汽溫的響應(yīng)延時(shí)很長(zhǎng)，幾乎不能直接使用過(guò)熱汽溫作為燃水比的反饋信號(hào)，因此采用什么信號(hào)來(lái)更為快速和精確地反映燃水比的變化從而提高給水調(diào)節(jié)和汽溫調(diào)節(jié)的性能，一直是直流鍋爐控制中研究的熱點(diǎn)。反映燃水比的信號(hào)有加熱段水溫、微過(guò)熱汽溫

49、、微過(guò)熱蒸汽焓值、最大熱容區(qū)工質(zhì)密度；反映燃料熱量的信號(hào)有煙氣溫度、火焰輻射溫度、爐膛內(nèi)蒸發(fā)段管外壁溫度、微過(guò)熱區(qū)熱信號(hào)和鍋爐出口熱量信號(hào)等，據(jù)此組合可以構(gòu)成十余種燃水比控制系統(tǒng)。其中煙氣溫度、火焰輻射溫度和爐膛內(nèi)蒸發(fā)段管外壁溫度對(duì)燃料量變化響應(yīng)很快，但很容易受煙氣再循環(huán)量的變化、爐膛受熱面結(jié)焦吹灰、火焰中心上下移動(dòng)等因素的干擾，準(zhǔn)確度較差；加熱段水溫度、微過(guò)熱氣溫、微過(guò)熱蒸汽焓值對(duì)燃料熱量和給水量響應(yīng)較慢，響應(yīng)時(shí)間常數(shù)達(dá) 2.04.0 min，隨負(fù)荷變化時(shí)純滯后時(shí)間達(dá) 0.51.0 min，另外在變壓運(yùn)行時(shí)，由于蒸發(fā)段的位置變化，常使測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)入飽和區(qū)而失效(或接近飽和區(qū)精度變差)。而汽水分

50、離器處的微過(guò)熱汽溫或微過(guò)熱蒸汽焓值對(duì)燃水比擾動(dòng)的響應(yīng)曲線是單調(diào)的，響應(yīng)較快并近似一階慣性環(huán)節(jié)，因此在直流鍋爐控制中得到廣泛的應(yīng)用。作為直流鍋爐給水控制的重要修正信號(hào)，通常這一點(diǎn)的溫度也被稱(chēng)作“中間點(diǎn)溫度” 。當(dāng)然，在不同的負(fù)荷(壓力)下，由于飽和溫度的不同，精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)“中間點(diǎn)溫度”的定值也是隨負(fù)荷變化的。中間點(diǎn)溫度和中間點(diǎn)焓值均可作為燃水比的反饋信號(hào)，然而當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)中間點(diǎn)焓值在靈敏度和線性度方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。由水和蒸汽的熱力性質(zhì)可知，熱焓-壓力-溫度間存在如圖 2-6 的關(guān)系15；可以看到，蒸汽的過(guò)熱度越低熱焓-壓力-溫度間關(guān)系的非線性度越強(qiáng)，特別是亞臨界壓

51、力下飽和區(qū)附近，這種非線性度更強(qiáng)。另外還可以看到，在過(guò)熱度低的區(qū)域，當(dāng)增加或減少同等給水量時(shí)，焓值變化的正負(fù)向數(shù)值大體相等，但中間點(diǎn)溫度的正負(fù)向數(shù)變化量則明顯不等。當(dāng)中間點(diǎn)溫度低到接近飽和區(qū)，給水量的擾動(dòng)可引起明顯的焓值變化，但溫度變化卻很小。因此選用中間點(diǎn)焓值，可以保證燃水比的調(diào)節(jié)的精度和性能。圖 2-6工質(zhì)熱焓-壓力-溫度曲線中間點(diǎn)焓值除了對(duì)燃水比失調(diào)反映快系統(tǒng)校正迅速以外，焓值還代表了過(guò)熱蒸汽的作功能力，因此隨工況改變焓值的給定值不但有利于負(fù)荷控制，而且也能實(shí)現(xiàn)過(guò)熱汽溫粗調(diào)。同時(shí)焓值的物理概念明確，用“焓增”來(lái)分析各受熱面的吸熱分布更為科學(xué)。它不僅受溫度變化影響，還受壓力變化影響，在低負(fù)

52、荷壓力升高時(shí)(中間點(diǎn)溫度有可能進(jìn)入飽和區(qū))，焓值的明顯變化有助于判斷，進(jìn)而能及時(shí)采取相應(yīng)的措施。2.5.2 中間點(diǎn)溫度校正的給水控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介中間點(diǎn)溫度的反應(yīng)速度盡管不如焓值快，而且在亞臨界壓力下飽和區(qū)附近也不能夠快速反映爐膛內(nèi)熱量的變化，但是由于它的控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組態(tài)容易實(shí)現(xiàn)，因此在國(guó)內(nèi)的超臨界機(jī)組上還是得到普遍的應(yīng)用。其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化原理如圖 2-7 所示。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)t1:一級(jí)減溫器入口溫度 t2:一級(jí)減溫器出口溫度t3:分離器口溫度 A1:鍋爐主控指令F1(x):給水流量目標(biāo)值 F2(x):分離器出口溫度目標(biāo)值F3(x):一減目標(biāo)降溫圖 2-7中間點(diǎn)溫度校正給

53、水控制系統(tǒng)原理圖圖中，鍋爐的主控指令經(jīng)過(guò)一階慣性濾波后通過(guò)函數(shù) F1(x)轉(zhuǎn)換成給水流量目標(biāo)值(此數(shù)值代表了燃水比的理論計(jì)算值)，經(jīng)過(guò)分離器出口溫度(中間點(diǎn)溫度)和一級(jí)減溫器出入口溫差調(diào)節(jié)器的修正后，利用最小流量限制器取大后最后生成給水流量指令。分離器出口溫度目標(biāo)值 F2(x)是鍋爐主控指令的函數(shù)，設(shè)置原則是保證分離器出口溫度有一定的過(guò)熱度14。2.5.3 中間點(diǎn)焓值校正的給水控制系統(tǒng)早在模擬量?jī)x表時(shí)期就有人嘗試采用中間點(diǎn)焓值校正的直流鍋爐給水控制方式進(jìn)行嘗試與研究，但是焓值測(cè)量比較困難，焓值校正的給水控制系統(tǒng)也因此一直未能得到深精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)入研究與推廣使用。焓值

54、是溫度和壓力的兩維函數(shù)，以前大多數(shù) DCS 都要利用函數(shù)模塊或者差值計(jì)算模塊來(lái)搭建焓值查詢(xún)表，由于蒸汽的過(guò)熱度越低，焓值-壓力-溫度間的非線性越強(qiáng)，要能夠查詢(xún)到從大約 25%負(fù)荷到滿(mǎn)負(fù)荷機(jī)組所有參數(shù)下的焓值，必需采用大量的模塊才能實(shí)現(xiàn)，這樣就需要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)算周期才能查到當(dāng)前的焓值，當(dāng)負(fù)荷快速變化等工況導(dǎo)致溫度或者壓力的變化比較快時(shí)，這種查詢(xún)滯后的結(jié)果就會(huì)抵消焓值反映快的優(yōu)勢(shì)，最終導(dǎo)致主汽溫的較大幅度的變化。這也是焓值控制校正缺點(diǎn)之一。不過(guò)，目前已經(jīng)研制成功的 DCS 有熱力學(xué)計(jì)算的模塊能夠直接根據(jù)輸入計(jì)算出焓值，可以克服這個(gè)缺點(diǎn)19。2.5.3.1 基本方案圖 2-8 是中間點(diǎn)焓值校正的

55、給水控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化原理示意。圖中，爐膛吸熱量目標(biāo)值為給水流量目標(biāo)值與焓增的乘積；這個(gè)目標(biāo)值經(jīng)過(guò)鍋爐金屬儲(chǔ)能的瞬態(tài)修正(鍋爐金屬能是基于爐膛出口飽和溫度的變化率)，再除以來(lái)自焓值控制器的爐膛焓增需求值，就得出了實(shí)際的爐膛給水流量需求值。圖 2-8中間點(diǎn)焓值校正的給水控制原理圖在運(yùn)行時(shí)，為了保護(hù)爐膛水冷壁爐膛，給水流量需求值應(yīng)不低于最小流量值，雖然在冷態(tài)清洗期間，最小流量的限制可以取消，但一旦鍋爐點(diǎn)火條件具備，應(yīng)立即恢復(fù)啟用這個(gè)最小流量限制，保證鍋爐點(diǎn)火時(shí)爐膛水冷壁管中有足夠的水流量18。2.5.3.2中間點(diǎn)焓值定值的產(chǎn)生中間點(diǎn)焓值定值是實(shí)際負(fù)荷的函數(shù)。確定負(fù)荷-中間點(diǎn)焓值定值函數(shù)，主要考慮不同精選

56、優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)負(fù)荷對(duì)焓值的要求、中間點(diǎn)溫度允許的變化范圍、負(fù)荷變化對(duì)中間點(diǎn)壓力的影響，以及不同負(fù)荷下減溫水流量的均衡關(guān)系這樣 4 個(gè)因素，焓值定值應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)綜合確定，運(yùn)行人員可以在操作員站上，改變焓值定值的偏置。需要指出的是，不同磨煤機(jī)組合焓值偏置不同。2.6 本章小結(jié)本章介紹了超臨界機(jī)組的概況；分析了超臨界鍋爐的靜、動(dòng)態(tài)特性及控制特點(diǎn)；分析了超臨界鍋爐給水系統(tǒng)的工藝過(guò)程；比較分析了亞臨界汽包鍋爐和超臨界直流鍋爐給水系統(tǒng)控制的異同。介紹了幾種常見(jiàn)的超臨界鍋爐給水方案。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)3 600MW 超臨界機(jī)組給水系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)3.1 600MW

57、超臨界機(jī)組的給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景本文以雙鴨山發(fā)電有限公司三期 2600MW 機(jī)組為例進(jìn)行給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本電廠選用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司與三井巴布科克（MB）公司合作設(shè)計(jì)、制造的超臨界本生（Benson）直流鍋爐，型號(hào)：HG-1900/25.4-YM3；機(jī)組汽輪機(jī)型號(hào)：CLN600-24.2/566/566，是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司制造，機(jī)組采用合作制造方式，與三菱公司一起改進(jìn)設(shè)計(jì)。本機(jī)組適用于大型電網(wǎng)中的調(diào)峰負(fù)荷及基本負(fù)荷；發(fā)電機(jī)為三相隱極式同步發(fā)電機(jī)，型號(hào)為 QFSN-600-2YHG，冷卻方式為水-氫-氫，定子繞組的冷卻水由定冷泵水強(qiáng)制循環(huán)冷卻，并通過(guò)定冷水冷卻器進(jìn)行冷卻。鍋爐給水系統(tǒng)

58、均配置了 1 臺(tái)電動(dòng)給水泵型號(hào)為：MDG346，由沈陽(yáng)水泵股份有限公司 三菱重工業(yè)公司生產(chǎn)。2 臺(tái)汽動(dòng)給水泵型號(hào)為：MDG566，由沈陽(yáng)水泵股份有限公司生產(chǎn)。給水管路上配有一臺(tái) 30%容量的給水旁路調(diào)節(jié)閥和一臺(tái) 100%容量的電動(dòng)截止閥。鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)配有 4 只汽水分離器，1 個(gè)儲(chǔ)水箱和鍋爐再循環(huán)泵。給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要包括：鍋爐主給水流量補(bǔ)償、鍋爐主給水流量設(shè)定值、鍋爐儲(chǔ)水箱水位控制、電泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路、A 和 B 汽泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路、給水旁路閥調(diào)節(jié)回路等。儲(chǔ)水箱水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要包括：儲(chǔ)水箱水位補(bǔ)償、啟動(dòng)再循環(huán)閥控制、低容量溢流閥控制、高容量溢流閥控制。3.1.1 給水控制系統(tǒng)的指令在機(jī)組燃

59、燒率低于 35%BMCR，鍋爐處于非直流運(yùn)行方式，給水控制保持 35% BMCR 流量指令，通過(guò)大小溢流閥及鍋爐再循環(huán)閥控制分離器水位；當(dāng)鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行階段，分離器處于干態(tài)運(yùn)行，成為(過(guò)熱)蒸汽通道，此時(shí)給水控制任務(wù)不僅是應(yīng)負(fù)荷需求調(diào)整省煤器入口流量，還要調(diào)整微過(guò)熱汽溫達(dá)到期望的設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)過(guò)熱主汽溫的粗調(diào)。給水流量指令的形成:(1)基本指令:鍋爐的燃燒率指令通過(guò)相應(yīng)的函數(shù) F(x)，經(jīng)過(guò)三階慣性環(huán)節(jié)計(jì)算出理想的主蒸汽流量和減溫噴水流量，兩者相減作為給水流量的基本指令，一方面使燃水比保持一致以保證過(guò)熱汽溫基本不變，另一方面是快速響應(yīng)負(fù)荷變化。三階慣性環(huán)節(jié)的作用是使快速的給水流量變化與慢速的燃

60、燒過(guò)程相適應(yīng)，保證負(fù)荷動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程的匹配。(2)分離器中間點(diǎn)溫度修正燃水比:微過(guò)熱汽溫能迅速反映燃水比的改變，采用微過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)器的指令(輸出限制在 0.81.2 之間)乘以給水流量定值形成最終的給水流量指令，送至 3 臺(tái)給水泵流量控制子回路。同樣，微過(guò)熱溫度設(shè)定值加以一階慣性環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)修正，使其與實(shí)際的物理過(guò)程相匹配。調(diào)節(jié)器采用變參數(shù)控制，以保證不同負(fù)荷工精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)況點(diǎn)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。(3)減溫噴水量與給水量的協(xié)調(diào):直流爐在干態(tài)運(yùn)行時(shí)，水汽轉(zhuǎn)換一次完成，穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)給水量(包含減溫水流量)等于蒸發(fā)量。通過(guò)一減前后溫差(代表減溫噴水量)調(diào)節(jié)器的輸出修正分離器出口溫度的