600MW超臨界直流鍋爐特點(diǎn)分析與運(yùn)行控制

1、600MW超臨界直流鍋爐特點(diǎn)分析與運(yùn)行控制作者：李伯伙發(fā)布時(shí)間：2011-04-18來源：繁體版摘要：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)已逐步成為調(diào)峰主力機(jī)組，所以有必要對(duì)該機(jī)型的運(yùn)行特性進(jìn)行更深入的了解。文章對(duì)600MW超臨界直流鍋爐與汽包鍋爐差異進(jìn)行了比較分析，并提出了該系統(tǒng)的運(yùn)行控制。一、直流鍋爐與汽包鍋爐差異1.直流鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)不像汽包爐那樣，依靠汽水的重度差而形成自然循環(huán)來推動(dòng)。而是與在省煤器、過熱器中的工質(zhì)流動(dòng)一樣，完全依靠給水泵產(chǎn)生的壓頭，工質(zhì)在此壓頭的推動(dòng)下順次通過加熱、蒸發(fā)、過熱過程，水被逐漸加熱、蒸發(fā)、過熱，最后形成合格的過熱蒸汽送往汽輪

2、機(jī)。2.鍋爐在直流狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，汽水通道中的加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)三部分之間并沒有固定的界線(可以把水在沸騰之前的受熱面稱為加熱區(qū)，水開始沸騰到全部變?yōu)楦娠柡驼羝氖軣崦娣Q為蒸發(fā)區(qū)，蒸汽開始過熱到全部被加熱至額定溫度壓力的過熱蒸汽的受熱面稱為過熱區(qū))。當(dāng)給水量、空氣量、燃料量和機(jī)組負(fù)荷有擾動(dòng)時(shí)，此三個(gè)區(qū)段就會(huì)發(fā)生移動(dòng)。3.直流鍋爐的另一個(gè)特點(diǎn)是蓄熱能力小。而汽包鍋爐則相反，降壓速度不能過快，因?yàn)閴毫p小的過快，可能會(huì)使下降管中工質(zhì)發(fā)生汽化而破壞水循環(huán)。由于直流鍋爐的蓄熱能力小，在受到外部擾動(dòng)時(shí)，自行保持負(fù)荷及參數(shù)的能力就較差，對(duì)擾動(dòng)較敏感，因此對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)提出更高的要求。但是在主動(dòng)調(diào)整鍋爐負(fù)荷時(shí)，

3、由于其蓄熱能力小，且允許的壓力降速度快，可以使其蒸汽參數(shù)迅速地跟上工況的需要，所以能較好的適應(yīng)機(jī)組調(diào)峰的要求。4.直流鍋爐在純直流狀態(tài)下工作時(shí)，蒸發(fā)區(qū)的循環(huán)倍率等于1，而自然循環(huán)的汽包鍋爐的循環(huán)倍率為35。低倍率強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的循環(huán)倍率為1.5左右。5.直流鍋爐的金屬消耗量小。與同參數(shù)的汽包鍋爐相比，直流鍋爐可節(jié)約20%30%的鋼材。6.直流鍋爐的設(shè)計(jì)，不受工質(zhì)壓力的限制，可以做成亞臨界，超臨界，甚至是超臨界。因此制造、安裝和運(yùn)輸方便。7.直流鍋爐啟爐、停爐較快。機(jī)組啟動(dòng)停止一般都受限于壁厚部件的熱應(yīng)力。自然循環(huán)鍋爐因?yàn)橛泻癖谄瑔?dòng)時(shí)內(nèi)外壁溫差、上下壁溫差大，應(yīng)力和汽包內(nèi)壓力所產(chǎn)生的應(yīng)力組合

4、成復(fù)合應(yīng)力。因此上水，升壓速度均受到限制。8.直流鍋爐給水品質(zhì)要求高，因?yàn)樵谡舭l(fā)區(qū)不排污，除了能溶于蒸汽的鹽分被蒸汽帶走外，給水中所含雜質(zhì)將全部沉積在管壁上，因此要求水處理嚴(yán)格。9.直流鍋爐工質(zhì)流動(dòng)阻力較大。在自然循環(huán)鍋爐中，只有省煤器和過熱器內(nèi)工質(zhì)為強(qiáng)迫流動(dòng)，要消耗給水泵壓頭，蒸發(fā)受熱面內(nèi)的自然循環(huán)不消耗水泵壓頭。但是直流鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)的工質(zhì)也是強(qiáng)迫流動(dòng)，且管徑較小，流速較高，以便得到較大的質(zhì)量流速來冷卻水冷壁，故要消耗額外的較多的水泵功率。10.直流鍋爐控制及調(diào)節(jié)復(fù)雜。由于直流鍋爐受熱面的金屬重量較輕，工質(zhì)儲(chǔ)存量較小。故金屬及工質(zhì)的蓄熱能力一般只為汽包鍋爐的1/41/2。因此在外界負(fù)荷變

5、化時(shí)，自適應(yīng)能力差，汽壓波動(dòng)幅度較大，壓力波動(dòng)速度往往超過汽包鍋爐一倍以上。另外由于工況變動(dòng)引起熱水段、蒸發(fā)段和過熱段之間的調(diào)節(jié)互相影響，因此，直流爐的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)較復(fù)雜，控制技術(shù)也較高。11.直流爐水冷壁的安全性存在一定的問題。自然鍋爐，因其循環(huán)倍率高，蒸發(fā)管中發(fā)生第一類傳熱危機(jī)和第二類傳熱危機(jī)的可能性小。直流鍋爐蒸發(fā)管出口往往是接近飽和，甚至是微過熱蒸汽，故管內(nèi)發(fā)生膜態(tài)沸騰和結(jié)垢的可能性較大。強(qiáng)迫流動(dòng)的特性常導(dǎo)致并列蒸發(fā)管中吸熱越多的管子，其工質(zhì)流量反而越小。目前的的螺旋水冷壁采用整焊膜式水冷壁，各個(gè)管帶均勻地分布于爐膛四周，在同一高度上的管帶受熱幾乎一樣，相鄰管帶之間外側(cè)管管壁溫差較小(

6、30)。由于各管帶皆為傾斜上升，從而避免了拉姆辛管圈水平部分的較易發(fā)生的汽水分層的現(xiàn)象。同時(shí)，低負(fù)荷時(shí)采用爐水循環(huán)泵，建立爐水再循環(huán)，水冷壁質(zhì)量流速的提高，也避免了發(fā)生膜態(tài)沸騰可能。從而有效的降低了水冷壁管的金屬溫度保證了安全可靠運(yùn)行。12.直流鍋爐設(shè)置分離器的目的是為了適應(yīng)低負(fù)荷運(yùn)行和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的熱損失，另一目的是可使過熱器干態(tài)啟動(dòng)，從而縮短啟動(dòng)時(shí)間。13.當(dāng)外界負(fù)荷變化，汽門開度發(fā)生變化時(shí)，鍋爐汽壓變動(dòng)很快，波動(dòng)的幅度也遠(yuǎn)比汽包爐大;給水量變化時(shí)，汽溫、汽壓、蒸汽量的變化趨勢都和汽包鍋爐相反，而且影響程度也要大得多。即給水量增大，汽壓、汽量明顯增大，汽溫則顯著降低;當(dāng)燃料量變化時(shí)，直流鍋

7、爐主要變化的是汽溫，故直流鍋爐運(yùn)行特點(diǎn)之一就是必須保持燃水比一定，否則汽溫將無法保持正常。二、直流爐的運(yùn)行控制(一)直流鍋爐汽壓控制機(jī)組負(fù)荷增加時(shí)，汽機(jī)調(diào)門開大，蒸汽流量立即增加，使得汽輪機(jī)功率也同樣立即增加。由于鍋爐給水流量和燃燒率均未變化，蒸汽流量和汽輪機(jī)功率的暫時(shí)增加是由于蒸汽壓力下降而使鍋爐放出蓄熱引起。由于直流鍋爐蓄熱能力小，壓力下降的速度大一些。穩(wěn)定后汽壓維持在偏低的數(shù)值。(二)直流鍋爐汽溫控制直流鍋爐不像汽包鍋爐那樣有汽包可以將蒸發(fā)受熱面和過熱器分開，由于直流鍋爐給水和燃料單一的變化特性決定了將明顯影響汽溫。為此必須保持燃水比不變，但即使保證燃水比作為調(diào)溫的基本手段，過熱器之間，

8、往往仍需要噴水減溫，以適應(yīng)變動(dòng)工況下調(diào)節(jié)汽溫和保護(hù)過熱器的需要。運(yùn)行中應(yīng)使噴水調(diào)節(jié)閥開度處于中間位置，以備工況變動(dòng)既能開大也能關(guān)小。因此，直流鍋爐汽溫控制的基本措施就是保持燃水比，噴水減溫只是臨時(shí)措施。通過控制中間點(diǎn)溫度不變，就表示汽溫變化穩(wěn)定。再熱器溫度的控制采用尾部煙道煙氣擋板和冷再入口事故一級(jí)噴水減溫。主要影響因素為再熱器出口汽溫、機(jī)組負(fù)荷變化速度、噴水減溫及低溫再熱器出口汽溫的變化速度。燃燒率和給水流量的比例變化1%，將使過熱蒸汽溫度變化10。1.過熱汽溫控制。過熱蒸汽溫度是由煤/水比和兩級(jí)噴水減溫來控制。噴水取自高加出口，每級(jí)減溫器噴水量為該負(fù)荷下的3%主蒸汽流量。系統(tǒng)在35%100

9、%BMCR負(fù)荷范圍內(nèi)維持出口汽溫在。在20%BMCR負(fù)荷以下不允許投一級(jí)噴水。在10%BMCR負(fù)荷以下不投二級(jí)噴水。如果噴水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉超過10秒之后且過熱汽溫低于控制的目標(biāo)值，則每個(gè)隔離閥自動(dòng)關(guān)閉。若隔離閥關(guān)閉則減溫水控制閥自動(dòng)關(guān)閉。在失去控制信號(hào)和電源時(shí)噴水閥固定不動(dòng)。2.再熱汽溫控制。滑壓運(yùn)行時(shí)，在50%100%BMCR負(fù)荷之間，再熱器出口蒸汽溫度控制在569+510。正常運(yùn)行期間，再熱蒸汽溫度由布置在尾部煙道中的煙氣擋板控制。兩個(gè)煙道的擋板以相反的方向動(dòng)作。煙氣擋板的連桿有一個(gè)執(zhí)行器，可調(diào)節(jié)滿行程限制值，使之在關(guān)閉位置下至少有10%的煙氣量通過。再熱汽溫偏低時(shí)，再熱器煙道擋板向全開位置調(diào)

10、整，以減小再熱器煙道阻力，增加通過再熱器煙道煙氣量，提高再熱汽溫。在負(fù)荷低于約85%時(shí)再熱器擋板全開。過熱器煙道擋板向關(guān)閉位置調(diào)整可增大過熱器煙道阻力，這樣將增加通過再熱器對(duì)流受熱面的煙氣量以提高再熱器出口汽溫。當(dāng)再熱汽溫升高時(shí)過熱器煙道擋板將開啟。在過熱器煙道擋板開度低于72%時(shí)，再熱器煙道擋板維持在原來位置。當(dāng)過熱器煙道擋板開度超過72%時(shí)，兩套擋板將同時(shí)操作。如果再熱器汽溫繼續(xù)升高，那么過熱器煙道擋板完全開啟，再熱器擋板向關(guān)閉方向動(dòng)作。這將減少再熱器煙道的煙氣量，使再熱器溫升減小。過熱器煙道擋板在再熱器煙道擋板開度超過72%之前在原位置不動(dòng)。推薦在分隔煙道擋板失去控制信號(hào)或電源時(shí)擋板固定

11、不動(dòng)。煙氣擋板系統(tǒng)的響應(yīng)有一定的滯后性，在瞬變狀態(tài)或需要時(shí)，可以投布置在冷再管道上的減溫器噴水減溫。如果再熱器煙道擋板完全關(guān)閉并且再熱出口汽溫繼續(xù)升高(例如在擾動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下)，那么在額定目標(biāo)值以上5時(shí)減溫器截止閥將自動(dòng)開啟，且減溫器用于控制末級(jí)再熱器出口汽溫。噴水水源取自給水泵的中間抽頭。減溫器的隔離閥在負(fù)荷低于50%BMCR (271kg/s)時(shí)，在任何情況下都不應(yīng)使用。(三)直流鍋爐燃燒控制1.設(shè)計(jì)煤粉燃燒器共30只，分三層前后墻對(duì)沖布置。每臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)前后墻一層六只燃燒器。制粉系統(tǒng)為六臺(tái)HP磨正壓直吹系統(tǒng)。燃燒控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)鍋爐燃料和燃燒空氣的總供給，在特定的范圍內(nèi)維持燃料的燃燒。2.中心

12、風(fēng)的調(diào)整：中心風(fēng)由二次風(fēng)道提供并從每個(gè)二次風(fēng)擋板前引出。中心風(fēng)引入每臺(tái)燃燒器的中心風(fēng)管以防止熱煙氣回流，并為油燃燒器提供一定比例的燃燒空氣。擋板位置在試運(yùn)期間根據(jù)負(fù)荷和風(fēng)壓來設(shè)定。3.在煤粉燃燒器上方共設(shè)置了10個(gè)燃燼風(fēng)噴嘴，前后墻各為5只，燃燼風(fēng)保證NOX排放控制在設(shè)計(jì)要求的范圍之內(nèi)。在正常運(yùn)行期間，燃燒器和燃燼風(fēng)噴口的總風(fēng)量應(yīng)滿足燃料燃燒要求爐膛出口的過量空氣。在BMCR工況下，爐膛出口的過量空氣系數(shù)是1.19，燃燒器區(qū)域的過量空氣系數(shù)為1.05。爐膛出口(省煤器)氧量信號(hào)用于調(diào)整所要求的總風(fēng)量。燃燒器區(qū)域的過量空氣系數(shù)是隨鍋爐負(fù)荷變化的，并受投運(yùn)磨煤機(jī)數(shù)量的影響。燃燒器區(qū)域的風(fēng)量是指經(jīng)過

13、燃燒器進(jìn)入鍋爐的風(fēng)量，包括運(yùn)行燃燒器的一次風(fēng)，二次風(fēng)，未運(yùn)行燃燒器的漏風(fēng)/冷卻風(fēng)和所有燃燒器的中心風(fēng)。停運(yùn)燃燒器的漏風(fēng)/冷卻風(fēng)量約為BMCR負(fù)荷下該風(fēng)室二次風(fēng)量的12%。停運(yùn)燃燒器的漏風(fēng)量是由二次風(fēng)擋板最小位置決定的，并隨著該負(fù)荷下熱二次風(fēng)道與爐膛負(fù)壓之間的壓差而變化。根據(jù)氧量信號(hào)操縱燃燒器風(fēng)室風(fēng)量和燃燼風(fēng)量兩者的比例，使燃燼風(fēng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)趨勢最小。(四)直流鍋爐給水控制鍋爐給水系統(tǒng)配置了一臺(tái)35%容量的電動(dòng)泵和兩臺(tái)50%容量的汽動(dòng)泵。首先用電動(dòng)給水泵進(jìn)行鍋爐啟動(dòng)，用給水操縱臺(tái)中的啟動(dòng)控制閥調(diào)整給水流量。一旦該閥開啟約75%，給水操縱臺(tái)中的主管路隔離閥緩慢開啟并切換到單獨(dú)由給水泵轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)主隔離

14、閥完全開啟時(shí)，啟動(dòng)控制閥緩慢關(guān)閉。MFT時(shí)給水控制閥和隔離閥關(guān)閉，汽動(dòng)給水泵甩負(fù)荷，運(yùn)行人員啟動(dòng)電動(dòng)給水泵，必要時(shí)可以打開啟動(dòng)控制閥。兩臺(tái)汽動(dòng)泵運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)泵甩負(fù)荷，備用泵自動(dòng)啟動(dòng)，負(fù)荷降低至80%。燃燒率、減溫水量、汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開度保持不變的情況下，給水流量擾動(dòng)增加時(shí)，由于直流鍋爐中工質(zhì)是一次強(qiáng)迫通過受熱面的，在達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)后，進(jìn)入的給水量應(yīng)等于送出的蒸汽流量，故給水流量增加時(shí)蒸汽流量也是增加的，其延遲很小。但是因?yàn)闋t內(nèi)供熱量未變，給水量增加使得加熱區(qū)和蒸發(fā)區(qū)變長而過熱區(qū)變短，增加的給水量先要填補(bǔ)加熱區(qū)的增長的空間，而且增加的水量變成蒸汽要經(jīng)過共質(zhì)流動(dòng)及傳熱過程，所以蒸汽流量是逐漸上升的。由于燃燒率沒