900MW超临界直流锅炉给水控制系统分析

上海电力2010年第2期900MW超临界直流锅炉给水控制系统分析李慧棣，刘文(1．上海外高桥第二发电有限责任公司，上海200137；2．上海外高桥发电有限责任公司，上海200137)摘要：文章以上海外高桥第二发电有限责任公司的2台900MW超临界机组直流锅炉的给水系统为对象，从其动态特性和热工控制要求出发，介绍了给水系统的控制策略，尤其是在不同的运行工况下，应注意锅炉启动阶段、再循环方式以及直流运行方式的控制要求。经过投产后的不断改进和修正控制逻辑，使得给水控制系统处于正常运行，从而解决了锅炉多次大量进水的问题。关键词：超临界机组；直流锅炉；给水流量控制系统；焓值控制中图分类号：TK223．5文献标识码：Bl引言上海外高桥第二发电有限责任公司(下称外二厂)二期2台900MW超临界燃煤机组锅炉为塔式、单炉膛、一次再热、平衡通风、固态排渣、露天布置的直流锅炉，其主蒸汽压力为25．76MPa，主蒸汽温度为542℃，再热汽温为568℃，给水温度为272℃。锅炉给水控制策略由锅炉岛总承包商ALS—TOM所提供，I&C岛承包商日立(HITACHI)根据控制策略负责在DCS中对给水控制系统得以实施。2超临界直流锅炉给水系统的动态特性直流锅炉与汽包炉相比，其最大的区别是直流锅炉没有汽包。为保证工质在水冷壁中稳定流动，直流锅炉是依靠给水泵的压力来推动工质在水冷壁中稳定流动。外二厂900MW超临界直流锅炉在不同的运行阶段，给水系统的动态特性差异很大。锅炉在冷态启动阶段，该动态特性类似于汽包锅炉，给水流量的变化主要影响的是汽水分离器的水位，存在着汽水两相区。随着锅炉压力的升高，达到临界压力时，水在22．12MPa压力下加热到374．15℃时全部汽化为蒸汽即为变相点。当工作压力大于临界压力时，即在超I临界压力下，水的汽化潜热变为零，水变成蒸汽不再存在汽水两相区。由此可见，超临界直流锅炉给水的加热、蒸发、过热过程，在省煤器、水冷壁、过热器各受热面一140一之间没有固定的分界线，其界线随运行工况变化而变化。3超临界直流锅炉给水系统的控制要求直流锅炉给水控制目的是保证炉膛受热面能得到与热负荷相适应的冷却水量，即保持一定燃水比。用保持燃水比的方法直接控制过热器出口汽温是直流锅炉重要的控制任务。燃料量和给水量不相适应时即燃水比失调，出口过热蒸汽温度会产生显著的变化。如果燃水比相差10，则出口汽温变化可达80℃左右，这样将严重影响机组的安全运行。燃水比不变时，汽水行程中某一点工质的焓值就维持不变，这样保持出口汽温在稳定值。对于超临界直流锅炉，一般采用汽水分离器的出口作为中间点，汽水分离器出口的焓值是分离器出口温度和压力的函数，这对于滑压运行的直流锅炉而言，控制焓值比控制温度更合适。该点工质焓在反映燃水比的变化方面，具有较好的代表性，对燃水比失调的反映灵敏度高，有利于及时修正给水量[1]。4给水系统控制策略外二厂900Mw直流锅炉给水控制系统策略，是典型的欧州直流炉的给水控制思想。给水控制系统主要由三部分组成。(1)给水流量主控制回路该控制回路是给水控制系统的核心部分。(2)给水再循环控制回路在锅炉启动及部分负荷运行时，机组的给水2010年第2期上海电力流量维持在最小的蒸发器流量，由给水再循环水位控制器控制再循环控制阀来控制水平容器的水位。焓值修正回路不起作用。锅炉在直流方式运行时，给水再循环控制的水位控制器是关闭的。(3)水位上限控制回路在再循环控制方式时，当直流锅炉的水平容器的水位超过上限时，该控制回路用以控制疏水阀将水排疏到扩容箱中。通过上述3个控制回路，用以满足2台900Mw超临界直流锅炉在不同运行阶段给水系统的动态特性的控制要求。900Mw超临界直流炉给水控制系统的给水流量主控制回路如图1所示，主要由给水流量设定值基本回路、焓值控制器回路及过热器进口焓值控制回路组成。图1给水啻ic量主控制回路4．1给水流量指令基本回路(1)燃烧率指令通过函数计算出相应的给水流量主要指令(参见图1右下方给水流量指令控制回路中的F(z))，其目的就是为了保持一定的燃水比。(2)蒸发器人口前馈校正信号焓值(H6)和燃烧率函数输出相乘后就作为给水流量主控制器的前馈设定值F6’，这是为了保证燃水比及中间点焓值在控制要求范围内的一个重要手段。(3)焓控制器的输出与给水流量指令前馈信号(F6’)相加作为给水流量控制指令的设定值，设定值与实际给水流量(F6)比较得出给水控制偏差指令，从而控制给水控制系统的从属控制系统(控制3台给水泵的转速，3台给水泵的流量分配，在这里不进行讨论)。4．2焓值控制器回路给水流量控制器中最主要的控制部分就是焓值控制器。焓值控制器的控制任务是保持过热器的出口焓值在精确的范围内。4．2．1焓设定值的控制回路(1)分离器出口焓值是实际负荷的函数从图1右上方的焓设