超临界锅炉运行技术

1、超临界锅炉运行技术4. 超临界机组协调控制模式（1）CCBF,机炉自动，机调负荷，炉调压力；     能充分利用锅炉蓄热，负荷响应快；主汽压力控制存在较大延迟，降低了主汽压稳定性。（2）CCTF,机炉自动，炉调负荷，机调压力；    主汽压稳定性好，负荷响应慢。（3）机炉协调；    机炉同时接受负荷和主汽压力指令，同步响应负荷和主汽压力的变化。其中：（1）应用最广，（3）的调节器若匹配不当，机炉间容易引起震荡。3.2.3 600MW超临界机组协调控制策略1. 被控参数(1)给水流量蒸汽流量   

2、; 因为给水系统和蒸汽系统是直接连通的，且由于超临界锅炉直流蓄热能力较小，给水流量和蒸汽流量比率的偏差过大将导致较大的汽压波动。(2)煤水比    稳定运行工况时，煤水比必须维持不变，以保证过热器出口汽温为设计值。而在变动工况下，煤水比必须按一定规律改变，以便既充分利用锅炉蓄热能力，又按要求增减燃料，把锅炉热负荷调到与机组新的负荷相适应的水平.(3)喷水流量给水流量    超临界锅炉喷水仅能瞬时快速改变汽温但不能始终维持汽温，因为过热受热面的长度和热焓都是不定的。为了保持通过改变喷水流量来校正汽温的能力，控制系统必须不断地把喷水流量和总给水流量之比恢复到

3、设计值。(4)送风量给煤量(风煤比)    为了抑制NOx的产生，以及锅炉的经济、安全运行，需对各燃烧器的进风量进行控制，具体是通过各层燃烧器的二次风门和燃尽风门控制风量，每层风量根据负荷对应的风煤比来控制。2 协调控制回路    超临界机组蓄热能力相对较小锅炉跟随系统的局限性较大，对于锅炉和汽机的控制指令既考虑稳态偏差又要考虑动态偏差。为了在机组负荷变化时机炉同时响应，机组负荷指令作为前馈信号分别送到锅炉和汽机的主控系统，以便将过程控制变量维持在可接受的限度内。    汽轮机调节汽门直接控制功率，锅炉控制主汽压力(CCBF)，给水流

4、量由锅炉给水泵改变。功率指令直接发送到汽轮机调节汽门，使得功率响应较快。由于锅炉惯性大，负荷应变较慢为防止汽机调门动作过大锅炉燃烧跟不上，设计了压力偏差拉回逻辑，当压力偏差过大时限制调门进一步动作，直到燃烧满足负荷需求。在协调控制模式下，主汽压力偏差一直作为限制主汽调门响应负荷需求而过分动作的因素；如果实际主汽压力偏差超过某一定值时，汽机调门停止调功而直接用来控制主汽压力，以使主汽压力在允许范围内。    有效地改变机组发电量的惟一途径就是改变锅炉的能量输出，在协调控制模式中具体表现是锅炉控制主汽压力在滑压曲线上，实质是控制燃烧满足机组负荷需求。   

5、为了满足锅炉快速响应负荷需求，功率指令和压力设定值的微分作为前馈被加到燃烧率指令中。由于锅炉和汽机对象特性不同，为了两者动作匹配，在逻辑中设计了纯延时模块，这需要在调试中根据实际对象的特性整定。    对于处于直流状态下的超临界机组，给水控制和燃烧控制无法分开，体现在煤水比的控制上。    在稳定运行过程中，煤水比的任何偏差都会引起机组运行在危险的工况下。在图中的“给水控制”中，主线是保证机组在稳定工况下等于设计的煤水比，当机组运行工况偏离设计值时，逻辑设计了中间点焓值校正和过热汽温校正；为了在负荷变化时加速给水控制，作为机组负荷需求的功率指令和主汽压力

6、设定值的微分信号作为前馈加到给水控制信号中。3.2.4 超临界机组的运行特性研究1. 高蒸汽参数对锅炉运行特性的影响       一般亚临界自然循环汽包锅炉允许变负荷速率为06MCRmin;           控制循环汽包锅炉变负荷速率为36MCRmin;         而螺旋管圈式直流锅炉允许变负荷速率为5 8 MCRmin。        直流锅炉由

7、于没有厚壁部件汽包，具有快速变负荷的能力。但是，随着锅炉参数的提高，内置式启动分离器的壁厚会增加，因而将限制锅炉负荷的变化速率。超超临界锅炉由于材料等级的提高，分离器壁厚仅为亚临界600 MW 锅炉汽包壁厚的13左右，因此超超临界锅炉允许负荷变化速率还是较大的。        国外超超临界机组的变负荷速率一般为2MCRmin，完全可以满足机组的负荷变化速率的要求。机组的调峰速度主要取决于汽轮机热应力、涨差等因素。        随着机组蒸汽参数的提高，机组的高温高压部件壁厚将

8、增加，有些部件可能采用奥氏体钢，这样对机组运行方式可能产生不利影响。据有关资料介绍，机组参数为26 MPa540/560 时，允许机组以任何方式运行(包括每日启停、每周启停)；参数为28 MPa560580 ，且当过热器末级受热面采用膨胀系数较大的奥氏体钢时，按每日启停运行，将有高温腐蚀的危险；参数达28 MPa580600时，过热器末级受热面高温腐蚀危险性就更大。超临界锅炉运行技术2. 超临界锅炉的调峰幅度    超临界机组调峰幅度与诸多因素有关，主要是安全性和经济性方面的要求。超临界锅炉最低负荷主要取决于水冷壁的安全负荷。一般超临界锅炉的最低负荷为30 35MCR。锅炉

9、在此负荷以上运行时，水冷壁是安全的，但需要启动分离器系统，以增加水冷壁的质量流速。    启动分离器系统的投运将造成工质热量的损失，使机组的经济性变差。同时，频繁的投运启动分离器系统，将使其阀门受到损伤。    因此，超临界锅炉最低调峰幅度不应低于水冷壁的安全负荷。    调峰幅度还应考虑锅炉最低不投油稳燃负荷。若负荷较低，锅炉燃烧不稳，需要投油助燃，燃料成本将增大。最低不投油稳燃负荷取决于煤质和燃烧器特性，锅炉一旦建成，可通过试验确定最低不投油稳燃负荷。    因此，超超临界锅炉的调峰幅度应以保证水冷壁安全、不投

10、运启动分离器系统和最低不投油稳燃为原则，以此原则来确定锅炉的最低调峰负荷。. 锅炉滑压运行应注意的问题    超超临界直流锅炉在滑压运行时，水冷壁内的工质随负荷的变化会经历高压、超高压、亚临界和超临界压力区域，在设计和运行时必须重视可能产生的问题。1) 锅炉负荷降低时，水冷壁中的工质质量流速也按比例下降。在直流运行方式下，工质流动的稳定性会受到影响。为了防止出现流动的多值性不稳定现象，要限制最低直流负荷时水冷壁人口工质欠焓；同时压力不能降得太低，一般最低压力在8 MPa左右(即所谓定一滑一定运行方式)。(2)低负荷时，水冷壁的吸热不均匀将加大，可能导致温度偏差增大。(3)在

11、临界压力以下运行时，会产生水冷壁管内两相流的传热和流动，要防止膜态沸腾而导致的水冷壁管超温。(4)在整个滑压运行过程中，蒸发点的变化使水冷壁金属温度发生变化，要防止因温度频繁变化引起的疲劳破坏。4. 高蒸汽参数对汽轮机运行特性的影响    转子、叶片等旋转部件在此高温下运行需持续承受高的离心力。长期处于高温下工作的汽轮机转子，由于高温和启停中的热应力，会造成持久强度的消耗(低周热疲劳)和高温蠕变的累积。    随着主蒸汽压力的进一步增加，超临界汽轮机组存在一些特殊问题：(1) 超临界机组压力、温度提高后，汽缸、喷嘴室、主汽阀、导汽管等承 压部件的壁厚增加

12、。壁厚的增加将使非稳定热应力增大，对运行不利。    从控制机组启停热应力的角度考虑，应尽量控制壁厚增加，部件形状应尽量简单，内径要小。即在满足对超超临界机组的运行性能的要求下，还要兼顾和解决超超临界机组关键零部件的疲劳损耗趋于严重的问题。(2) 若汽轮机转子材料仍用铬钼钒钢时，为适应再热进汽温度，要采用蒸汽冷却转子的高温部分，使其工作温度降至5l0 左右。这也要解决好汽轮机中压进汽部分的冷却技术，包括冷却方式、冷却效果及转子温度场、温度应力及兼顾部件强度、膨胀、蠕变、热应力和低周热疲劳性能之间的矛盾。(3) 超临界机组高压部分的蒸汽密度极大，级间压差大，相应的蒸汽激振力也

13、大。为此，除要研究和精心设计轴系及汽封结构外，在运行中对轴系稳定性问题要格外注意。(4) 超临界机组的蒸汽密度大，压差大，蒸汽携带的能量也大。机组在甩负荷时，汽缸、管道、加热器中的蒸汽推动转子转速的飞升要比超临界机组的大。这会直接影响机组的安全运行，因而必须解决。(5) 汽轮机轴系较长，启动过程中因温度变化引起的动静部分的胀差需要进行精心组织。据调查分析，限制汽轮机组启停和变负荷运行的主要因索有： 汽轮机蒸汽室、阀门和内缸热应力； 汽轮机转子低周应力疲劳寿命； 汽轮机在启动和停机过程中的振动及胀差。    启停和变负荷运行能力的关键在于停机不同时间后，再次启动所需的时间和运

14、行中对负荷变化的响应能力。良好的调峰特性体现在低负荷时具有较高的效率、良好的启动特性(启动时间短)和良好的负荷适应性。要求超临界机组具有良好的运行特性，能以最小的寿命损耗进行启停和变负荷运行，则应从机组部件采用的材料、部件设计、控制系统、运行方式等方面考虑。超临界锅炉运行技术华能沁北电厂600MW机组锅炉启动系统试运存在问题及改进1、沁北电厂启动系统介绍    内置式启动系统,配置日本BHK公司361阀的启动系统。其主要作用和特点是:(1)冷态开式冲洗(锅炉点火前):361 阀开,至凝汽器的闸阀关,至定排的闸阀开,冲洗水通过启动系统管道全部排至定排扩容器。启动分离器出口,水

15、质满足下列指标值时冷态开式冲洗结束:       铁质<500×10-9 或浑浊度3×10-6       油脂1×10-6,pH 值9.5(2) 冷态闭式冲洗(锅炉点火前):开式冲洗至水质合格后,361 阀开,至凝汽器的闸阀开,至定排的闸阀关,冲洗水通过启动系统管道全部排至凝汽器。省煤器入口水质条件达到下列要求时,冷态闭式冲洗结束,锅炉开始点火: 电导率1uS/cm;Fe100×10-9;pH 值9.39.5(3) 热态冲洗(锅炉点火后):冷态冲洗水质合格后,锅炉点火

16、进行热态冲洗,流程同冷态闭式冲洗。(4) 最低直流负荷(25% BMCR)之前:机组启动过程中直至25% BMCR 之前, 分离器的作用类似于汽包炉的汽包。经省煤器、水冷壁加热的给水进入启动分离器分离后,蒸汽进入过热器,而疏水进入贮水罐,其水位由361 阀进行调节,疏水进入凝汽器回收循环。(5) 最低直流负荷后:此种情况下,361 阀关闭,分离器处于干态运行,只起一个蒸汽通道的作用。2.启动系统试运时存在问题及改进措施2.1 锅炉冷态启动排水问题    锅炉启动冷态冲洗时,其排水途经为从定排罐至机组排水槽,冲洗流量475 t/h。设计院原设计的排水管为2根,D273 和D1

17、59 管径的管子各1根(如图2 示)。冷态启动冲洗时,出现了定排排水排不及的情况,影响了冲洗的效果和时间。经核算, 锅炉启动系统冷态冲洗排放能力不足。    因系统已施工,结合现场的实际情况,又增加了一根D273 管子接至下水井,基本满足了锅炉启动排水的要求。2.2 锅炉启动热态排水问题    根据锅炉厂的有关资料, 锅炉冷态冲洗合格后,进入热态冲洗,锅炉热态冲洗水全部经凝汽器回收,不排放。沁北电厂在调试时,由于工期及除盐水量的原因,热态冲洗时水质超标较为严重,如按照锅炉厂的要求回收,则会对设备及管道造成不良影响;如通过定排排走,则排水温度又超过机组排水

18、槽设计许可值。因此,实际调试中,只能从5 号低加排至循环水系统, 虽热态冲洗排放问题得以解决,但由于水质太差,凝泵滤网出现过数次堵塞情况,同时,对凝汽器的清理也增加了很大工作量。2.3  储水罐水位控制问题    在实际运行中,由于虚假水位的存在,361 阀出现过误动现象,储水罐水位变动波动较大。对此问题, 日本BHK 有关专家提出了储水罐的水位控制修正方案,彻底解决了此问题。2.4  启动系统暖阀管道运行控制    361阀暖阀系统流程为:省煤器出口连接管->361阀->储水罐->过热器二级减温水的管路,设计暖管水流量为20 t/h,系统如图3 所示。此系统要求在炉实现直流转换、361阀完全关闭后启用。省煤器出口至361 阀的暖管阀为电动闸阀,当微开启此门时,储水罐水位迅速上升至满水位,虽然经分析为虚假水位,可采取水位补偿修正,但对暖管系统流量无法进行有效调节。经同厂家及设计院共同研究,决定在闸阀后增加一个可调节的针形阀后,可有效调节暖管流量。实践证明,此措施可靠有效。3.  经验与反思(1)从沁北电厂锅炉启动系统运行情况来