超临界直流锅炉给水控制方案对比分析

超临界直流锅炉给水控制方案对比分析

1主要控制系统近年来，中国的水电装置先后建成了600mw亚临界装置和临界装置。随着600MW火电机组运行经验的积累,“十一五”期间,600MW火电机组将逐步占据主导地位。给水控制系统是600MW火电机组的主要控制系统之一。由于600MW超临界直流锅炉与亚临界汽包锅炉给水控制系统差别较大,为了使热控专业人员尽快掌握600MW超临界直流锅炉与亚临界汽包锅炉给水控制系统,本文从控制理论的角度,对其进行了全面细致地对比分析,并给出了分析结论。2给水系统的分析2.1汽包、汽包、汽包、汽包、去汽HG2008/18.2-YM2型锅炉为亚临界压力,一次中间再热强制循环汽包锅炉,其给水系统简化示意图如图1所示。来自高温加热器的给水经省煤器后进入汽包,与汽包中的炉水相混合,然后经由下降管、循环泵、排放管,到水冷壁下集箱,进入水冷壁下集箱以后,再进入水冷壁内,水冷壁管受热后,管内的炉水产生上升流动,在水冷壁出口集箱汇合后,由汽水引出管引入到汽包中,在汽包内进行汽水分离,分离出的蒸汽进入过热器,分离出的水返回到汽包,继续进行循环。2.2启动分离器前准备DG1900/25.4-Ⅱ1型锅炉为超临界参数变压直流本生型锅炉,一次再热,其给水系统简化示意图如图2所示。来自高温加热器的给水经省煤器后,进入螺旋盘绕水冷壁,然后经过过渡段水冷壁进入垂直水冷壁,最后进入启动分离器。启动时,启动分离器进行汽水分离,分离后的水经储水罐后至排污或凝汽器(水质合格后),分离器出口蒸汽直接送入过热器,经疏水系统回收工质和热量。当负荷大于35%～37%MCR时,启动分离器相当于蒸汽联箱,干蒸汽直接送入过热器。2.3直流锅炉给水系统调节系统的被调量对比图1和图2可以看出,直流锅炉的给水是在给水泵压头作用下,顺序地通过加热区、蒸发区和过热区,一次性地将给水全部变为过热蒸汽,其循环倍率等于1,且与锅炉负荷无关;而汽包锅炉的汽水流程中,由汽包将锅炉受热面分割为加热、蒸发和过热三段,其蒸发段由汽包、水冷壁、下降管、循环泵组成循环回路,循环倍率为2～3,不同负荷压力,其循环倍率也不同,锅炉负荷压力越大循环倍率越小。为了使锅炉安全运行,直流锅炉给水调节任务是保持恰当的燃水比,保证汽水分离器出口蒸汽温度在一定范围内变化或保证汽水分离器水位在一定范围内(启动时),保证给水泵的工作点落在安全区域内;而汽包锅炉给水调节任务是控制锅炉的给水量,以保证汽包水位在正常范围内,同时使给水量尽量稳定,并保证给水泵的工作点落在安全区域内。因此,直流锅炉给水系统的被调量是汽水分离器出口蒸汽温度(中间点温度或微过热汽温)或分离器储水罐水位(启动时),调节量是给水量(带基本负荷)或燃料量(带变动负荷);汽包锅炉给水系统的被调量是汽包水位,调节量是给水量。3给水系统动态特性的分析3.1hg2008。18。2-y2-y锅炉给水量W、燃料量B和调速汽门开度μΤ分别阶跃变化时,汽包水位H变化曲线的大致形状如图3所示。3.2dg1900。25.4-c-i型直接锅炉供水系统的动态特性锅炉给水量W、燃料量B和调速汽门开度μΤ分别阶跃变化时,分离器出口温度变化曲线的大致形状如图4所示。3.3锅炉启动分离器出口温度与水的特性对比图3和图4可以看出,燃料量B和调速汽门开度μΤ不变,给水量W阶跃增加时,汽包锅炉的汽包水位是正向无自平衡能力的被控对象,而直流锅炉的启动分离器出口温度是反向有自平衡能力的被控对象;锅炉给水量W和调速汽门开度μΤ不变,燃料量B阶跃增加时,汽包锅炉的汽包水位的变化是先上升后下降,呈现“虚假水位”现象,是无自平衡能力的被控对象,而直流锅炉的启动分离器出口温度变化是正向有自平衡能力的被控对象;锅炉给水量W和燃料量B不变,调速汽门开度μΤ阶跃增加时,汽包锅炉的汽包水位的变化是先上升后下降,呈现“虚假水位”现象,是有自平衡能力的被控对象,而直流锅炉的启动分离器出口温度基本上保持不变(因为燃水比没变)。4在开始或低速下，给排水系统的分析和比较4.1pi控制器的输出HG2008/18.2-YM2型汽包锅炉启动或低负荷(小于20%MCR)采用单冲量调节系统,其控制原理简化示意图如图5所示。经汽包压力修正后的汽包水位信号与给定值比较后,其偏差送到PI调节器,调节器的输出分为两路。启动时电泵定速,通过改变给水旁路调节阀开度,改变给水量,控制汽包水位,此时为旁路调节阀单冲量给水调节系统;当旁路调节阀指令为74%时主给水阀打开,旁路调节阀以一定的速率自动关小,直至关闭为止,电泵变速改变给水量,控制汽包水位,此时为电泵单冲量给水调节系统。4.2分离器储水罐疏水控制阀DG1900/25.4-Ⅱ1型直流锅炉启动及低负荷(小于37%MCR)运行时的给水调节系统与HG2008/18.2-YM2型汽包锅炉相对应的是分离器储水罐疏水调节阀控制系统,其控制原理简化示意图如图6所示。该系统为开环控制系统,阀门开度正比于分离器储水罐中的水位。随着分离器储水罐水位的上升,打开分离器储水罐疏水调节阀A和B(361阀)。该系统只有在亚临界压力(系统压力小于22.088MPa)下运行时才使用,一旦进入超临界压力,汽水分离器中全部为干蒸汽,这时自动关闭分离器储水罐的疏水阀。4.3型直流锅炉调节系统对比图5和图6可以看出,启动及低负荷时,HG2008/18.2-YM2型汽包锅炉为单冲量给水调节系统,是闭环控制系统,而DG1900/25.4-Ⅱ1型直流锅炉为分离器储水罐疏水调节阀控制系统,是开环控制系统;前者的被调量是经汽包压力修正后的汽包水位信号,而后者的被调量是经分离器储水罐压力修正后的储水罐水位信号;前者是由旁路调节阀调节给水量和电泵变速调节给水量组成的变执行机构的单回路调节系统,而后者是由2个疏水调节阀调节给水量的双执行机构调节系统;前者是通过比例积分控制器(PI)来调整旁路调节阀开度或电泵转速,而后者是通过函数发生器f(x)发出的正比于分离器水位的信号来调整疏水调节阀开度。5在正常运行期间，给排水管理系统的分析和比较5.1变比值串级控制系统HG2008/18.2-YM2型汽包锅炉正常运行时采用串级三冲量给水调节系统,其控制原理简化示意图如图7所示。该系统为典型的变比值串级控制系统,主蒸汽流量(调速级压力信号)为主动流量,给水流量为从动流量;主调节器用于保证汽包水位为给定值,其输出送到副调节器作为细调主蒸汽流量与给水量比值信号;副调节器用于保证主蒸汽流量与给水量的比值,克服虚假水位,快速消除给水量内扰,使给水量尽量稳定。5.2型汽包锅炉变比值串级控制系统DG1900/25.4-Ⅱ1型直流锅炉正常运行时给水控制系统与HG2008/18.2-YM2型汽包锅炉相似,也是变比值串级控制系统(带基本负荷),其控制原理简化示意图如图8所示。图中,锅炉主指令经函数转换后的燃料量信号为主动流量,省煤器入口给水流量为从动流量,主调节器用于保证水冷壁出口温度在一定范围内变化,其输出送到副调节器作为细调燃水比信号,副调节器用于保证燃水比。5.3主动流量与双执行机构的区分对比图7和图8可以看出,两者的控制方案都是变比值串级控制系统,前者的被控量为汽包水位,而后者的被调量为水冷壁出口温度;前者的主动流量为主蒸汽流量(调速级压力信号),而后者的主动流量为燃料量;两者的从动流量都是给水流量,调节量都是汽泵转速;两者都是双执行机构的前馈-反馈串级控制系统,主动流量为前馈信号,从动流量为反馈信号;前者主调节器的给定值由运行人员直接给出,而后者则通过函数发生器给出,因为水冷壁出口给水温度是汽水分离器储水罐压力的函数。6单冲量给水调节系统与给水流量控制方案HG2008/18.2-YM2型汽包锅炉和DG1900/25.4-Ⅱ1型直流锅炉是国产大型锅炉的典型代表。由于两者结构上的差异,其给水控制系统各有特色。本文从控制原理的角度,对两者进行了全面的对比分析。分析结论:(1)HG2008/18.2-YM2型汽包锅炉的单冲量给水调节系统与DG1900/25.4-Ⅱ1型直流锅炉的分离器储水罐水位控制系统相对应,两者都用于锅炉启动或低负荷给水控制,前者采用单回路闭环控制方案,后者采用开环控制方案;(2)HG2008/18.2-YM