浅析双鸭山电厂烟气挡板投自动后对再热汽温的影响

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  【摘 要】烟气挡板自#1机组168以来,一直处于手动调节,再热汽温调节品质差,经常靠再热器事故喷水控制再热汽温,喷水量大,影响机组经济运行。#1机大修后通过对双厂#1机组烟气挡板控制方案改进及投入情况的分析,积累了一些经验,从而提高了锅炉运行的经济性,减少了运行人员的工作量。
  【关键词】烟气挡板;自动;汽温
  1.再热汽温控制的重要性及调节任务
  国电双鸭山发电有限责任公司三期工程装机容量为2×600MW,锅炉由哈尔滨锅炉(集团)股份有限公司设计、制造的,其型号为DG1900/25.4-Ⅱ1,型式为超临界参数变压直流本生锅炉,一次再热,前后墙对冲燃烧,单炉膛,尾部双烟道结构,采用挡板调节再热汽温,固态排渣,全钢构架,全悬吊结构,平衡通风,露天布置。主蒸汽温度在锅炉湿态运行时主要由一、二级减温水调节,干态运行时由控制煤水比进行粗调,减温水作为细调。再热汽温度正常情况下主要由烟气分配挡板调节,紧急情况下由喷水减温器调节。再热器具有以下特点:
  (1)再热器工作条件较差。再热器压力低,在相同的蒸汽流速下,管内壁对蒸汽的放热系数比过热蒸汽小很多,所以再热蒸汽对管壁的冷却能力差,在受热面负荷相同的条件下,管壁与蒸汽之间的温差比过热器大。
  (2)再热器系统阻力对机组热效率有很大影响。再热器串接在高、中压缸之间,故再热器系统阻力每增加0.1MPa,汽轮机热耗将增加0.3%左右。降低再热器管内的蒸汽流速,虽然使流动阻力减小,但会使工作条件变差,故不可取。因此再热器系统设计力求简单,以减少系统流动阻力。
  (3)再热器对汽温偏差比较敏感。蒸汽的比热容在相同温度下,随着压力的降低而减小,而再热蒸汽的压力远比过热蒸汽低,其比热容也小。在相同热偏差条件下,引起的出口汽温偏差比过热蒸汽大。从改善热偏差的角度看,应在再热器系统中增加混合、交叉次数,但由于受到流动阻力的限制,所以混合和交叉的次数不应过多。
  (4)运行工况的变化对再热器温影响较大。运行工况变化时,将会使受热面的吸热量及蒸汽的焓值发生相应的变化,再热器温的改变量要比过热蒸汽大,因此这一特性对从烟气侧进行再热汽温调节是有利的。此外,再热器出口汽温还受到入口汽温变化的影响。对于单元机组,在定压运行时,汽轮机高压缸排汽温度要随着负荷的降低而降低,故而再热器入口汽温也随之降低,从而使出口汽温也降低。对于对流式再热器,这种影响更为显著。
  影响锅炉再热蒸汽温度的因素主要有以下几个方面:
  (1)锅炉负荷对汽温的影响。对流式受热面,蒸汽温度随锅炉负荷的增加而增大;而辐射式受热面,蒸汽温度随负荷的升高而减小。
  (2)给水温度的影响。由于工质在锅炉中的总吸热量减少,燃料量减少,炉膛温度水平降低,辐射传热量有所下降,且对流转热量也因烟温和烟速的降低而减少,再热汽温随给水温度的升高而降低。
  (3)过剩空气系数对汽温的影响。随锅炉出口过剩空气系数的升高,送入炉膛的风量增加,炉膛内的温度降低,辐射传热量减少,但对流传热因烟气流速的提高而增大,再热汽温升高。在锅炉运行中,有时通过增加过量空气系数的方法来提高再热汽温,但这样会降低锅炉效率。
  (4)燃料对再热汽温的影响。燃料种类直接影响着火和燃烧;挥发份高的烟煤、多灰劣质烟煤同无烟煤比,着火与燃烧容易,燃烧火炬也短些,火焰中心位置相对较低;再热汽温随火焰中心位置降低而降低。
  (5)受热面污染情况。炉膛受热面积渣或积灰,会使炉膛的辐射传热减少,再热器区烟温增加,再热器温增加;再热器本身严重积灰、积渣或管内积垢时,会导致再热器温下降。
  再热汽温的控制任务是维持再热器出口温度在允许的范围内,并且使再热器温度不超过允许的工作温度。对于中间再热锅炉,再热器温度偏离额定值同样会影响机组运行的经济性和可靠性。再热器温度过低将使汽轮机汽耗量增加。再热器温度过高也会造成金属材料的损坏,特别是再热器温度的急剧改变,将会使汽轮机中压缸与转子间的膨胀发生显著的变化,引起汽轮机剧烈振动和事故,威胁汽轮机的安全。因此运行中必须采取必要的调节措施,使再热器温控制在规定的范围内。
  2.再热汽温的调节方法
  由于影响汽温变化的因素较多,在运行中汽温的波动不可避免。为了保证机组安全、经济运行,锅炉必须设置适当的汽温调整手段,以修正各种因素引起的汽温变化。汽温调节主要分为蒸汽侧调节和烟气侧调节两大类。蒸汽侧调节是指通过改变蒸汽的焓值来调节汽温;烟气侧调节是指改变通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量比例或通过改变流经受热面的烟气流量来调节汽温。目前,超临界燃煤锅炉,再热蒸汽温度调节主要采用烟气挡板调节这种手段,并配有事故喷水减温设备,以保证锅炉运行的安全。
  (1)烟气挡板控制。采用烟气挡板控制再热汽温时,需把锅炉尾部烟道分成两个并联烟道,在主烟道中布置低温再热器,旁路烟道中布置低温过热器,其后布置省煤器,调温挡板安在省煤器下方。改变两个烟道挡板的开度,就可改变流经低温再热器和低温过热器的烟气流量比例,从而控制再热器温。挡板调温锅炉性能的好坏,关键在于挡板流量特性以及热力特性的优劣。烟气挡板调节作为超临界直流锅炉调节再热器温的主要手段,其调温幅度大、操作安全可靠、运行费用低等优点,已被广泛使用,并得到认可。
  (2)事故喷水减温。喷水减温方法简单可靠,但在正常情况下不宜采用,这种方法降低了整个系统的热效率,实践计算表明,再热器中每喷入1%MCR的减温水,将使机组循环热效率降低0.1%~0.2%。考虑到为保护再热器,在事故状态下,再热器不被过热而烧坏,设置了事故喷水减温器,当再热器入口汽温采用烟气挡板调节无法使汽温降低时,则使用事故喷水减温保护再热器不超温,以保护再热器的安全。
  3.双厂锅炉烟气挡板自动控制方案   双厂设计锅炉型号为DG1900/25.4-Ⅱ1,型式为超临界参数变压直流本生锅炉,再热汽减温控制采用尾部双烟道设计,辅助的喷水减温器布置在低温再热器和高温再热器之间的连接管道上,并采用A,B侧交叉控制。喷水设计仅为事故状态保证锅炉安全,不作为常规的汽温调节手段。正常运行采用调节烟气挡板的开度,改变流过再热器烟气流量的方法,来控制再热蒸汽温度在规定值。采用烟气挡板控制锅炉再热汽温性能的好坏,关键在于挡板流量特性及热力特性的优劣。挡板的流量特性即烟气流量随烟气挡板开度的变化特性。挡板的热力特性即再热器温度随烟气挡板开度的变化特性等。虽然烟气挡板调节锅炉汽温有诸多优越性,但是调节的滞后性亦是它最大的不足之处。
  双厂再热蒸汽温度控制分为两部分,一个是布置在锅炉尾部的烟气挡板,另一个是布置在低再与高再之间的连接管道上的减温水控制。这两部分共同保证再热蒸汽温度在规定范围内波动。
  (1)再热器烟气挡板PID的PV值及SP值:
  1)高温再热器A/B出口蒸汽温度高选值加上再热器事故喷水阀门指令对应的温度值(最高折算为4℃)作为烟气挡板PID的PV值;
  2)再热器烟气挡板PID的设定值为机组负荷的函数,运行人员可通过SP设定值偏置GASDMP_PID_BIAS修定再热器烟气挡板PID的设定值;
  (2)引入机组负荷指令的静态前馈及动态前馈,加快再热器烟气挡板对再热汽温的响应;
  (3)再热器烟气挡板PID的上下限为25%~95%,维持再热器烟气挡板和过热器烟气挡板的指令和不小于120%。在机组运行后可根据实际运行工况修改再热器烟气挡板PID指令上下限;
  (4)再热器烟气挡板投入自动,运行人员将再热器侧烟气挡板同操及过热器侧烟气挡板同操的偏置设为零,这样才能保证再热器烟气挡板和过热器烟气挡板的指令和为120%。即再热器侧烟气挡板同操指令同PID指令相同,其指令为25%时过热器侧烟气挡板同操为95%,其指令为80%时过热器侧烟气挡板同操为40%,维持再热器烟气挡板和过热器烟气挡板的指令和不小于120%。再热器侧烟气挡板同操及过热器侧烟气挡板同操的偏置只为无扰切换设置,原则上再热器烟气挡板自动控制时不须设置偏置;
  (5)再热器侧烟气挡板及过热器侧烟气挡板下层4个挡板为自动状态,运行人员可通过设置偏置,改变烟气挡板输出指令,也可将4个烟气挡板自动切除,手动控制输出指令;
  (6)当下层4个烟气挡板及同操自动状态时,运行人员可手动操作烟气挡板PID的输出指令控制再热器烟气挡板和过热器烟气挡板阀门开度,也可再热器侧烟气挡板同操及过热器侧烟气挡板同操切为手动,操作再热器侧烟气挡板同操及过热器侧烟气挡板同操的输出指令控制阀门开度;
  (7)再热器侧烟气挡板同操器及过热器侧烟气挡板同操器手动输出指令上下限为0~100%;
  (8)再热器侧烟气挡板1/2手动时,再热器侧烟气挡板同操器输出指令跟踪再热器侧烟气挡板1/2指令的大值;过热器侧烟气挡板1/2手动时,过热器侧烟气挡板同操器输出指令跟踪过热器侧烟气挡板1/2指令的大值;
  (9)MFT动作时将烟气挡板超迟开100%;;
  (10)烟气挡板PID切手动的条件:(或)
  1)MFT;
  2)机组负荷指令信号故障;
  3)A/B高温再热器出口温度信号故障;
  4)汽温偏差达20℃;
  5)任一同操器手动;
  6)再热器烟气挡板同操输出指令小于25%;
  (11)再热器烟气挡板同操切手动条件:
  再热器侧烟气挡板1/2全手动;
  (12)过热器侧烟气挡板同操切手动条件:
  过热器侧烟气挡板1/2全手动;
  (13)四个烟气挡板切手动条件(或):
  1)阀位信号故障;
  2)任一阀门指令与实际反馈偏差达10%;MFT;
  (14)机组运行后逐步调整PID参数及烟气挡板特性试验,优化控制算法;
  PID输出指令的输出指令上下限为25%~95%,再热器侧烟气挡板开度25%,则过热器侧烟气挡板开度95%,维持烟气挡板开度为120%,保证锅炉烟气通流量符合要求。控制回路中将再热器出口温度与设定值偏差、再热减温器出口温度与期望值偏差引入状态观测器中进行观测,计算出状态反馈,叠加到再热喷水减温控制输出上,以提高控制效果。
  同时,再热减温水设定值由运行手动通过偏置输入,设定值输入时比挡板设定值高于4℃,保证再热减温控制正常情况下由烟气挡板来调节,只有当温度过高,超过烟气挡板的控制范围时,喷水减温才能投入。重新设计再热器烟气挡板自动控制算法,引入机组负荷静态前馈及动态前馈,加快再热器烟气挡板自动调节再热汽温响应速率,即能满足再热蒸汽温度的控制,又能保证机组的安全经济运行。
  4.双厂烟气挡板自动控制实际投入时存在的问题
  双厂烟气挡板自动控制一直未能投入,利用#1机大修机会,修改控制逻辑,增加控制过程修正回路,逐步将再热器侧和过热器侧挡板自动投入运行。但是动态情况不是十分满意,当机组负荷变化较大时,不能满足要求。在机组启停过程中,烟气挡板自动是否能正常投入,需要进一步进行试验、考察。
  5.结束语
  本文主要介绍了双厂#1机组超临界锅炉烟气挡板的控制方案及实现方法,给同类型设计及主设备布置相同的锅炉烟气挡板的控制提供了参考。同时,提出实际运行中存在的问题,以便在锅炉烟气挡板控制工作过程中,总结经验、教训,为机组的安全、经济运行提供可靠的保障,减少运行人员的工作量。
  参考文献:
  [1]刘志敏.电站锅炉原理.北京:中国电力出版社,1997.
  [2]林文孚、胡燕.单元机组自动控制技术.北京:中国电力出版社,2003.
  作者简介:
  袁月磊,男,助理工程师,神华国能宝清煤电化有限公司,电厂技术培训专工。
  郗佳佳,女,助理工程师,神华国能宝清煤电化有限公司,电厂工程部技术员。
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