超临界直流锅炉的给水控制与汽温调节.pdf

14 吴延宾 （华电国际邹县发电厂，山东 邹城273522） 超临界直流锅 炉的给水控制与 汽温调节 超临界发电机组以其热能转换效率高、发电煤 耗低、环境污染小、蓄热能力小和对电网的尖峰负 荷适应能力强等特点而得到广泛应用，日益成为我 国火力发电的主力机组。 由于超临界直流锅炉没有汽包，工质一次通过 受热面(即循环倍率等于1) ，在省煤器、蒸发部分 和过热之间没有固定不变的分界点，水在受蒸发面 中全部转变为蒸汽，工质在整个行程中的流动阻力 均由给水泵来克服，因此，其运行调节特性和汽包 炉有着很大的差别。下面从集控运行操作方面，谈 一点认识。 1 超临界直流锅炉的给水控制和汽温调节方法 超临界直流锅炉的运行过程可分为锅炉启动 及低负荷运行、亚临界直流炉运行和超临界直流炉 运行等3个阶段。每个阶段的调节方法和侧重点都 有所不同。 1. 1锅炉启动及低负荷运行阶段 不同容量的超临界直流锅炉，其转干态直 流运行的最低负荷有所不同，一般在25% 35% BM CR(锅炉最大连续蒸发量)之间。 在湿态情况下，其运行方式与强制循环汽包 炉是基本相同的，汽水分离器及储水罐就相当于汽 包，只是因为两者的容积相差甚远，储水罐的水位 变化速度也就更快。此时，由炉水循环泵将储水罐 的水升压后送到省煤器入口，并与给水共同构成最 小循环流量。带炉水循环泵的超临界直流锅炉，其 控制方式较之不带炉水循环泵的超临界直流锅炉有 较大不同，控制更困难。在此阶段，带循环泵的直 流锅炉给水主要用于控制储水罐水位，炉水循环泵 出口调阀控制省煤器入口流量，保证锅炉的最小循 环流量。只有在储水罐水位过高时，才通过361阀 (储水罐溢流阀) 排放至锅炉疏水扩容器。 此阶段汽温的调节主要依赖于燃烧控制，通过 投退油枪的数量及层次、调节炉前油压、减温水、 烟气挡板等手段来调节主再热蒸汽温度。 在此阶段，水位控制已可投自动，但是大多数 锅炉的水位控制逻辑还不够完善，只是单纯的控制 一点水位，还没有投三冲量控制。当扰动较大时， 水位会产生较大的波动，甚至根本无法平衡。此阶 第9卷（2007年第8期）安 全 生 产 nquanshengchannquanshengchan 电力 安全 技术 摘要由于超临界机组直流锅炉与亚临界机组汽包锅炉在结构设计上有一定的差别，因此机组的 调节方法也有所不同。从集控运行操作方面，分析介绍了超临界直流锅炉的给水控制和汽温调节。 关键词超临界直流锅炉；给水控制；汽温调节 太立合金接口处结构非圆滑过渡，存在较大程度结 构应力集中。上述因素在特定条件下使得司太立合 金接口处成为叶片断裂的起源点。 3 几点建议 (1) 制造：部件材质对于其能否安全运行至关 重要。叶片材料中的夹杂物、铁素体、块状碳化 物、原奥氏体晶粒较大等材料缺陷，对叶片的疲劳 寿命及耐腐蚀能力极为不利，必须严格加以控制。 因此，在叶片制造阶段，应进行一系列的材质复验 工作，检查材料的化学成分、金相组织、力学性能 等材质指标是否符合规定的要求，还要对原材料有 关的热加工工艺进行审核。 (2) 安装：叶片的安装质量非常重要，叶片在 装配后，必须进行测频试验、动平衡试验等检测项 目，尽可能降低叶片运行中反常振动的可能性。 (3) 运行与维护：运行与维护不当是造成叶片 疲劳断裂的重要原因。通过改善运行条件，消除运 行高周及低周波、消除运行超负荷及低负荷、消除 共振等，是减小叶片疲劳损伤、延长叶片使用寿命 的重要途径。 目前，针对汽轮机叶片水蚀所采用的普遍做法 是贴司太立合金片。在钎焊实施前，应详细检查叶 片的使用状况， 对水蚀空洞应尽可能彻底打磨清理， 另外还需加强对叶片、围带的检查。如发现叶片及 围带有微裂纹、明显的腐蚀或高温氧化痕迹，应详 细分析原因，并对其进行维修或更换处理。 ( 收稿日期：2006-12-08) 15 段要注意尽量避免太大的扰动，若扰动过大应及早 解除自动，用手动控制。 根据经验，炉水循环泵出口 360 阀 ( 储水罐水 位控制阀 ) 一般不投自动，以防 360阀开度过大， 造成炉水循环泵电机过流。在启动时保持一恒定的 给水流量 ( 适当大于最小流量 ) ，用电动给水泵转 速和给水调旁来控制储水罐水位。 缓慢增加燃料量， 保持适当的升温升压率，当储水罐水位在某一点逐 渐下降，361(360) 阀逐渐关小直至全关、中间点过 热度由负值逐渐升高变正时，机组即进入直流运行 状态。这是一个自然而然的过程。此时，只要操作 均匀缓慢，不使压力出现太大波动，就能实现自然 过渡。但是建议 361阀依然投入自动，避免人为疏 忽造成水位过高，造成顶棚过热器进水。 1. 1. 1锅炉点火后的注意事项 锅炉点火后要密切监视过热器、再热器的金属 壁温和出口汽温，严防发生超温爆管和温差过大。 出口汽温忽高忽低，说明还有积水，应加强疏 水。出口汽温稳定上升，说明积水已经消除。 各受热面的金属壁温在点火后会出现不均匀现 象，如水冷壁一般中间温度高，两侧温度低。这时 不应再增加燃料。当所有温度均超过该汽压下对应 的饱和温度 40，以及各管间最大温差在 50以 内时，才允许增加燃烧强度。 从增加省煤器入口给水流量到储水罐水位增 加，要经过比较长的时延，所以在手动控制给水时 重在提前干预。要根据水位、蒸汽流量的变化及燃 烧情况等提前调节，否则很难调平衡。此时 361 阀 可投自动， 炉水循环泵出口调阀手动保持一定开度， 单调给水控制水位，必要时可有一定排放。给水旁 路调阀前后保持一定压差，但也不应太高，以免造 成调门开度过小，工作在非线性区域，使调门工作 环境恶劣，减少使用寿命。此过程要始终保持省煤 器入口流量大于锅炉 M FT流量，一般来说应高出 100 t / h 左右。 随着负荷逐渐上升，炉水循环泵出口流量逐渐 减少，直至再循环电动门打开。此时应注意出口流 量突然变化对省煤器入口流量的影响。现阶段电泵 转速还是手动控制，所以要及时调整电泵转速。尤 其在大幅度调整给水流量时，同时要防止电泵过负 荷。要加强对电泵的监视，防止电机油温、瓦温过 高，振动过大。 1. 1. 2启动及低负荷阶段需掌握好的关键点 (1) 工质膨胀 工质膨胀产生于启动初期、水冷壁中的水开始 受热初次达到饱和温度产生蒸汽的阶段。此时，蒸 汽会携带大量的水进入分离器，造成储水罐水位快 速升高，锅炉有较大的排放量。此过程较短，一般 在几十秒之内，工质的具体膨胀程度及产生时间与 锅炉点火前的炉水压力、炉水温度、给水温度、投 入油枪的数量等有关。此时要及时排水，同时减少 给水流量。在工质膨胀阶段附近，应保持燃料量的 稳定，此时最好不要增投油枪。 (2) 投退油枪的时机及速度 投退油枪时要及时协调沟通，及时增减给水。 只要能保持一定的燃水比就基本上能维持汽温的稳 定。为保持水位稳定，应避免在低水位时，连续投 入数枝油枪，或者在水位很高、调节困难时，连续 退出油枪。 (3) 并网及初负荷 并网后，锅炉的负荷上升很快，此时应加强燃 烧，及时增加给水。必要时手动关小高旁，稳住汽 压，避免汽压下降过大。 (4) 给水主旁路切换 此时应保持锅炉负荷稳定，切换过程要匀速稳 定，要保持省煤器入口有足够的流量及储水罐水位 的稳定，必要时排放多余给水。水位下降时，要及 时提高电泵转速，开大调门。建议切换时就地手动 开大给水主电动门。给水主电动门每开一点，旁路 门就关小一点，并可以在相当长的时间内保持给水 主旁路都有一定的开度，这样调节起来裕度较大， 安全性更高。 (5) 制粉系统的投入 投入煤粉后负荷会升得很快，储水罐水位波动 会很大，很难控制。此时最重要的是控制好给煤量 和一次风量，避免进入炉膛的煤粉过多。同时控制 好升负荷速度，及时控制给水，必要时退掉油枪， 尤其是上层油枪。启磨时提前打开主再热蒸汽减温 水手动门，并联系热工解除减温水负荷闭锁，必要 时投入减温水控制汽温， 防止超温及主机差胀增大。 (6) 切换给水泵 切换给水泵时要保持锅炉负荷稳定， 减少扰动。 匀速提高待并泵的转速、升高泵出口压力，在泵出 口压力接近于母管压力时打开出口电动门，开始供 水，同时减少另 1 台泵的转速、降低出口流量。2 台泵的增减速度要协调，保持稳定的给水流量。加 减转速不可太快、太猛，防止其出口压力激增造成 另 1 台泵的出口逆止门关闭、给水流量剧减。切换 nquanshengchannquanshengchan 安 全 生 产第9卷（2007年第8期）电 力安 全技 术 16 过程中注意监视泵的再循环阀 ( 最小流量阀 ) 自动 动作正常，时刻注意给水流量的变化，发现异常及 时手动调整。2 台汽动给水泵并列运行时尽量保持 2台小机转速相同，偏差不要太大。特别要注意的 是，在任何情况下并泵时都要解除给水泵的自动， 防止给水平衡模块起作用，造成给水流量剧减。 1. 2亚临界直流运行阶段 在 负荷 25% 35% BM CR时， 锅 炉 即 转 入 直流运行方式。此后锅炉运行在亚临界压力以下。 锅炉进入直流状态，给水控制与汽温调节和前 一阶段控制方式有较大的不同，此时给水不再控制 分离器水位，而是和燃料一起控制汽温。即通过控 制水煤比来控制汽温。如果水煤比 B/ G保持一定， 则过热蒸汽温度基本能保持稳定；反之，水煤比的 变化，则会造成过热汽温波动。在直流锅炉中，汽 温调节主要是通过给水量和燃料量的调整来进行， 但在实际运行中，考虑到上述其他因素对过热汽温 的影响，要精确保证水煤比是不现实的。特别是在 燃煤锅炉中，由于不能很精确地测定送入炉膛的燃 料量，所以仅仅依靠水煤比来调节过热汽温，则不 能完全保证汽温的稳定。一般来说， 在汽温调节中， 将水煤比做为过热汽温的粗调，然后用过热器喷水 减温做为汽温的细调手段。 对直流锅炉来说，在本生负荷以上时，汽水分 离器出口的蒸汽是微过热的， 这个区域的汽温变化， 可以直接反映出燃料量和给水蒸发量的匹配程度以 及过热汽温的变化趋势。所以在直流锅炉的汽温调 节中，通常选取汽水分离器出口汽温作为主汽温调 节回路的前馈信号，称为中间点温度。依据该点温 度的变化对燃料量和给水量进行微调。大多数直流 炉给水指令的控制逻辑是：给水量按照水煤比跟踪 燃料量，并用中间点温度来进行修正。 对于直流锅炉，一定要严格控制好水煤比和中 间点过热度。一般来说，在机组运行工况较稳定时 只要监视好中间点的过热度就可以了。这是因为在 不同的压力下，中间点温度是不断变化的，但中间 点过热度可维持恒定，一般在 10左右。中间点 过热度是水煤比是否合适的反馈信号，中间点过热 度变小，说明水煤比偏大，中间点过热度变大，说 明水煤比偏小。在运行操作时要注意积累中间点过 热度变化对主汽温影响大小的经验值，以便超前调 节时有一个度的概念。但在机组出现异常情况，如 给煤机、磨煤机跳闸时，应及时减少给水，保持水 煤比基本恒定，防止水煤比严重失调造成主蒸汽温 度急剧下降。总之，水煤比和中间点过热度是直流 锅炉监视和调整的重要参数。 从转入直流到锅炉满负荷， 水煤比因煤质变化、 燃烧状况、炉膛及受热面脏污程度等不同而有较大 变化，一般从 7. 6 到 9. 0 不等。 如果机组协调性能不好，可在锅炉转入直流状 态后手动控制。 通过手动增减小机转速来调节给水， 控制中间点温度。负荷变动过程中，利用机组负荷 与主蒸汽流量做为前馈粗调信号不大可靠，因主蒸 汽流量是根据调节级压力计算出来的，不是很准确 的。推荐使用机组负荷做为前馈粗调信号。一般用 机组负荷 ( 万 kW ) 乘以 30 t ，得出该负荷所对应的 大致给水流量，然后根据分离器的出口温度细调给 水流量。调整分离器出口温度，包括调节给水时， 都要兼顾到过热器减温水的用量，使之保持在一个 合适的范围内，以留有足够的调节余地。同时还要 监视好再热汽温度、受热面壁温等，防止超温。 当使用双进双出钢球磨时，因启动给煤机加煤 到磨制出煤粉需要 20m i n左右。同时， 停止给煤后， 磨煤机内仍会有较多的存粉，因此给煤量并不等于 实际进入炉膛的煤量，用给煤量不易及时判断出此 时的升降负荷速度。推荐用分离器压力及其变化速 度来控制给水流量。分离器出口温度建议读到小数 点后 2 位数；做曲线时，区间尽量要小一些。 再热汽温主要靠烟气挡板来调整，时滞较大， 一定要提前调整。在投停高加时，要加强对主再热 汽温的调整。 1. 3超临界直流运行阶段 在机组负荷达 75% M CR左右时，转入超临界 状态。从理论上讲，机组过临界时存在一个大比热 区，这时蒸汽参数，如比容、比热的变化应较大， 但从实际情况看，这些参数无明显变化。原因是锅 炉的蓄热减缓了对这些参数的影响，而且协调方式 下参数的自动调整也在一定程度上弥补了参数的波 动。该阶段运行调节和亚临界运行阶段区别不大。 2结束语 超临界直流锅炉的运行调节特性和亚临界汽包 炉有很大差别。超临界锅炉蓄热能力小，各子系统 的相互联系更加紧密，给水、燃烧、汽温等系统的 控制是一个交叉联系的有机体，保持物料平衡，特 别是水煤比的平衡十分重要。只要根据参数的变化 趋势做到超前调节就能保持锅炉运行工况的稳定。 (收稿日期：2006-10-30；修回日期：2006-12-24) 第9卷（2007年第8期）安 全 生 产 nquanshengchannquanshengchan 电力 安全 技术