600MW超临界和亚临界机组的关键技术特点的比较.doc

引言随着国内电力事业发展，减少机组每千瓦设备费用、基建投资、运营维护管理费用，提高机组经济效益越来越引起人们注重。蒸汽参数提高到超临界，则是提高机组热效率有效办法之一。 600MW级火电机组已经成为国内火电发展方向，并即将成为电网主力机组。 甘肃省是一种少油多煤省份，火电装机容量占全省总装机容量60以上，因而发展600MW级火电机组对我省电力建设有着深远意义。甘肃景泰电厂2660MW机组是甘肃首台超临界机组，在此我重要结合景泰电厂2660MW机组和其她某些亚临界机组参数特点对超临界和亚临界机组技术特点做个比较。一、亚临界和超临界机组定义水蒸汽临界状态是指纯物质气、液两相平衡共存极限热力状态。在此状态时,饱和液体与饱和蒸气热力状态参数相似,气液之间分界面消失,因而没有表面张力,气化潜热为零。处在临界状态温度、压力和比容，分别称为临界温度、临界压力和临界比容。 水蒸汽临界温度T=647.30K、临界压力Tc=22.1287兆帕、临界比容vc=0.00317立方米/公斤，临界焓:2107.3 x 103焦/公斤。在气、液两相平衡共存范畴内,涉及临界点,其定压比热容、容积热膨胀系数、等温压缩系数和绝热指数均趋于无限大。亚临界机组是指机组主蒸汽参数（压力、温度等）均低于水蒸汽临界参数，同理，主汽参数高于临界参数机构成为超临界机组。超临界机组普通可分为两个层次：一种是常规超临界机组(Conventional Supereritica1)，其主蒸汽压力普通为242 MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度为540560 ；另一种是高效超临界机组，普通也称为超超临界机组(Ultra Supereritica1)或者高参数超临界机组 (Advanced Supereritica1)，其主蒸汽压力为285305MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度为580600。表一 甘肃省内某些机组技术参数对照表电厂名称锅炉类型主汽参数高压厂用电压级别控制系统单元机组I/O点数备注连城电厂二期自然循环汽包炉17.45MPa 5416KVI/A Series5435亚临界张掖电厂自然循环汽包炉17.53 MPa 5416KVOVATION6226亚临界酒钢宏晟电厂二期自然循环汽包炉17.5 MPa 5416KVOVATION6298亚临界景泰电厂直流炉25.4MPa 57110KVI/A Series10580超临界二、亚临界和超临界机组技术特点比较参照表1，咱们来比较亚临界和超临界机组技术特点。1、电气某些亚临界机组高压厂用电电压电压为6KV，超临界机组高压厂用电电压电压为10KV。2、辅机某些在辅机配套方面，除了高压给水泵扬程和高压加热器管侧压力超临界机组比亚临界机组高以外，别的设备超临界机组和亚临界机组基本相似。3、化学某些超临界锅炉机组水质规定较高。蒸汽中铜、铁和二氧化硅等固形物溶解度是随着蒸汽比重减小而增大，因而在超临界压力下，虽然温度不高，铜、铁和二氧化硅等溶解度也很高，为防止它在锅炉蒸发受热面及汽机叶片上结垢，超临界锅炉需100凝结水精解决，除盐除铁。4、汽轮机某些 1）超临界汽轮机由于主蒸汽参数及再热蒸汽参数提高，特别是温度提高，某些亚临界机组使用材料，已不能适应超临界汽轮机工作状况，主汽调节阀壳体和主蒸汽管采用9%Cr锻钢，以适应主蒸汽温度和压力变化规定。低压缸进汽温度由亚临界320升至370，亚临界使用普通30Cr2Ni4MoV转子材料长期时效脆性敏感性高，不能满足长期安全运营规定。因而采用了超纯30Cr2Ni4MoV转子材料，减少材料长期时效脆性敏感性，使超临界低压转子可以长期安全运营。 2）构造设计上采用防止蒸汽旋涡振荡办法，避免由于高压缸入口压力高、汽流密度大，使调节级复环径向间隙处发生蒸汽旋涡振荡所引起轴承不稳定振动。普通以高压调节级处浮现蒸汽振荡也许性最大，设计上采用有成熟经验叶型，并进行动强度核算，避免轮系振动频率与喷嘴尾迹扰动力频率重叠所产生共振。5、锅炉某些 1）锅炉构造亚临界机组采用自然循环锅炉，自然循环锅炉设有汽包。图1 汽包炉汽水流程示意图超临界机组采用是直流锅炉，构造与自然循环锅炉不同，它没有汽包。图2 超临界直流炉汽水流程示意图2）工作原理自然循环锅炉其蒸发受热面中工质流动是依托下降管和上升之间工质密度差来进行。随着锅炉容量增大，特别是压力 提高，大大增长了自然循环和汽水分离困难。由于依照水蒸汽性 质，压力愈高，汽水密度差愈小，因此自然循环形成就愈困难和愈不可靠，特别当压力达到甚至超过临界压力时，自然循环无法形成。在此状况下，锅炉蒸发受热面中工质流动只有依托外来能量(水泵)来进行，超临界锅炉就是这种依托外来能量建立逼迫流动锅炉。直流锅炉蒸发受热面中工质流动所有依托给水泵压头来实现。给水在给水泵压力作用下，顺次持续流过加热、蒸发、过热各区段受热面，一次将给水所有加热成过热蒸汽。3）启动方式超临界锅炉与亚临界自然循环锅炉构造和工作原理不同，因而，启动办法也有较大差别。超临界锅炉启动过程是非常复杂，核心就是其启动过程提成三个阶段，一是亚临界自然循环阶段，二是亚临界直流运营，三是超临界直流运营。超临界直流炉在启动或较低负荷时，其运营方式和汽包炉相似，它用分离器来分离汽水。在转为纯直流状态运营后。分离器不再起作用。给水经省煤器、水冷壁、过热器，直接变成高温高压过热蒸汽进入汽轮机。6、控制某些超临界机组与亚临界机组相比，控制系统更为复杂， I/O点数有大幅增长。亚临界机组单元系统I/O点数在5000点至6000点左右，超临界机组单元系统I/O点数在10000点以上。1）锅炉控制超临界机组锅炉与亚临界机组锅炉在自动控制方面有所不同，其实质是直流锅炉与汽包锅炉之间差别，由于超临界锅炉必要是直流锅炉；直流炉与汽包炉在运营原理及特性上有较大差别。在汽包锅炉中给水流量变化，仅影响汽包水位，而在燃料量变化时又仅仅变化蒸汽压力和流量，因而锅炉给水量、燃料量、汽温控制等都是相对独立，亦即：给水水位；燃料产汽量及汽压；喷水汽温。在直流锅炉中，由于没有汽包，蒸发与过热受热面之间没有固定分界线，当给水量或燃料量变化时都会引起蒸发量、汽温和汽压同步变化，互相有牵制，关系密切。随着超临界机组蒸汽压力升高，直流锅炉中间点汽温（普通取启动分离器出口汽温）和过热器出口汽温控制点温度变动惯性增长（亦即比热增长），时间常数和延迟时间相应增大，在燃料或给水量扰动时，超临界锅炉蒸汽温度变化具备更大惯性。在超临界机组起动和低负荷（不大于最低直流负荷）运营期间，必要投入启动系统，因而也增长了锅炉启动系统对控制规定。超临界锅炉在稳定运营期间，必要维持某些比率为常数，在变动工况时必要使这些比率按一定规律变化，以便得到稳定控制，而在起动和低负荷运营时，规定大幅度地变化这些比率，以得到宽范畴控制。这些比率是： 给水流量蒸汽流量：由于给水系统和蒸汽系统是直接连通，给水流量和蒸汽流量比率偏差过大将导致较大汽压波动，又由于超临界锅炉存贮能力较小，给水流量与蒸汽流量比率，在锅炉负荷增长时必要限制。 热量输入给水流量(即煤水比)：在稳定运营工况，煤水比必要维持不变以保证过热器出口汽温为设计值。而在变动工况下，煤水比必要按一定规律变化，以便既充分运用锅 炉蓄热能力，又按规定增减燃料，把锅炉热负荷调到与新机组负荷相适应水平。 喷水流量给水流量，超临界锅炉仅可以瞬时迅速变化汽温，但不能始终起到维持汽温作用，由于过热受热面长度和热焓都是不固定。为了保持通过变化喷水流量来校正汽温能力，控制系统必要不断地把喷水流量和总给水流量之比恢复到设计百分数。超临界锅炉控制系统要比亚临界汽包炉更复杂，在启动工况下规定更多地采用变参数、变定值技术，所有控制功能应在前馈技术基本上完毕，并规定持续地校正控制系统增益。在控制系统设计时应事先考虑工艺过程内部互相作用，采用合理前馈、变定值、变增益、变参数控制方略，而不是象普通那样，仅依照偏差采用反馈控制方略。2）机组协调控制系统超临界机组蓄热能力相对较小，因而，体现出锅炉跟随系统局限性。解决这个问题需改进协调控制系统。 和亚临界汽包锅炉机组同样，超临界机组协调控制系统基本目的是将锅炉和汽轮发电机作为一种整体操作运营，锅炉和汽机控制指令，既应考虑稳态偏差也要考虑动态偏差。为了在机组负荷变化时机炉同步响应，机组负荷指令要作为前馈信号分别送到锅炉和汽机主控系统，以便将过程控制变量(机组发电量、蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛风量和蒸汽温度)维持在一种可接受限度内。如果在所规定输出和实际发电量之间存在偏差，则将偏置锅炉和汽轮机命令，重新校正由于循环系统变化后系统。同样，节流压力误差用来校正蒸汽生成量和蒸汽使用量之间平衡。为补偿锅炉和汽轮机不同响应时间，这两个误差信号作为一种过渡过程变量使用，以便于运用锅炉蓄能变化使汽轮机迅速响应，从而使发电量误差减到最小。图3 超临界机组协调控制原理图大唐景泰电厂2660MW机组协调控制系统设计思想重要是将锅炉和汽机作为一种整体，完毕对机组负荷、锅炉主汽压力控制，达到锅炉风、水、煤协调动作。对于协调控制系统而言包括两层含义：锅炉汽轮机协调与锅炉协调。 (1)、锅炉汽轮机协调锅炉汽轮机协调被以为是机组协调，由于汽轮机对压力和功率而言具备非常快响应特性，而锅炉对与压力和功率而言是一种非常慢控制环节，因而要协调控制锅炉和汽轮机，保证锅炉和汽轮机之间能量平衡，必要要提高锅炉对燃料响应性。协调控制系统设计包括了两种协调控制方式，一种是以炉跟机为基本协调控制系统，另一种是以机跟炉为基本协调控制系统，设计基本思想是：为提高机组稳定性和响应性，在正常状况下应采用以炉跟机为基本协调控制系统。在锅炉辅机浮现故障影响机组处力、以及机组浮现RUNBACK运营工况，协调控制系统应切换到机跟炉为基本协调控制系统。炉跟机为基本协调控制系统采用是以锅炉控制压力，汽机控制负荷运营方式，为了提高锅炉响应性，稳定控制锅炉主汽压力，保证机组稳定性，系统对锅炉与汽轮机对负荷响应特性作了动态协调技术解决，当负荷指令增长时，锅炉指令以动态前馈方式增长燃料，当机组压力偏差过大，系统对汽轮机控制指令进行动态闭锁，并依照偏差控制机组指令，动态协调锅炉与汽机控制。机跟炉为基本协调控制系统采用是汽机控压力，锅炉控负荷，给水控制温度运营方式，这种控制方式由于充分运用了汽机调门动作对压力响应快特点，因而能较好控制机组压力，在超临界机组中机跟炉控制方式可以更好控制机组压力，稳定机组温度，为了提高机组对负荷响应能力，系统在变负荷时充分运用锅炉储能。 （2）、锅炉协调锅炉协调重要考虑锅炉风、水、煤之间协调。依照机组锅炉指令，运用煤水比关系协调锅炉煤和水，控制锅炉分离器出口温度，运用风煤比控制氧量。