宝鸡660MW超临界直流锅炉特点分析与运行控制(理论).doc

运行操作与控制第 1 页宝鸡 660MW 超临界直流锅炉的运行 操作与控制【摘要】 超临界直流锅炉以其启停速度快、负荷变化快的特点已逐步成为调峰主力机组，本文针对我司新装机型的运行特性进行了解和探析，针对 660MW 超临界直流锅炉与汽包锅炉差异进行了比较分析，结合庄河 600MW 超临界直流锅炉的实习和蚌埠 600MW 超临界机组仿真操作，提出系统的运行控制方法关键词】 直流锅炉；汽包锅炉；运行控制；汽温控制；给水控制 一、直流锅炉与汽包锅炉的差异分析1．直流炉蒸发受热面内工质的流动不像汽包炉那样，依靠汽水重度差而形成自然循环来推动，而是与在省煤器、过热器中的工质流动一样，完全依靠给水泵产生的压头，工质在此压头的推动下顺次通过加热、蒸发、过热的三个过程，水被逐渐加热、蒸发和过热，最后形成合格的过热蒸汽送往汽轮机2．锅炉在直流状态运行时，汽水通道中的加热区、蒸发区和过热区三部分之间没有固定的界线（可以把水在沸腾之前的受热面称为加热区，水开始沸腾到全部变为干饱和蒸汽的受热面称为蒸发区，蒸汽开始过热到全部被加热至额定温度压力的过热蒸汽的受热面称为过热区） 当给水量、空气量、燃料量和机组负荷有扰动时，此三个区段就会发生移动。

3．直流炉的另一个特点是蓄热能力小而汽包锅炉则相反，降压速度不能过快，因为压力减小的过快，可能会使下降管中工质发生汽化而破坏水循环由于直流锅炉的蓄热能力小，在受到外部扰动时，自行保持负荷及参数的能力就较差，对扰动较敏感，因此对调节系统提出更高的要求但是，在主动调整锅炉负荷时，由于其蓄热能力小，且允许的压降速度快，可以使其蒸汽参数迅速地跟上工况的需要，所以能较好的适应机组调峰的要求4．直流炉在纯直流状态下工作时，蒸发区的循环倍率等于 1，而自然循环的汽包锅炉的循环倍率为 3～5，低倍率强制循环锅炉的循环倍率为 1.5 左右5．直流炉的金属消耗量小与同参数的汽包炉相比，直流炉可节约20%～30%的钢材6．直流炉的设计，不受工质压力的限制，可以做成亚临界，超临界，甚至运行操作与控制第 2 页是超临界因此制造、安装和运输方便7．直流炉的启、停较快机组启动、停止一般都受限于壁厚部件的热应力自然循环锅炉因为有厚壁汽包，启动时内外壁温差、上下壁温差大，应力和汽包内压力所产生的应力组合成复合应力因此上水、升压速度均受到限制8．直流炉给水品质要求高，因为在蒸发区不排污，除了能溶于蒸汽的盐分被蒸汽带走外，给水中所含杂质将全部沉积在管壁上，因此要求水处理严格。

9．直流炉工质流动阻力较大在自然循环锅炉中，只有省煤器和过热器内工质为强迫流动，要消耗给水泵压头，蒸发受热面内的自然循环不消耗水泵压头但是直流锅炉蒸发受热面内的工质也是强迫流动，且管径较小，流速较高，以便得到较大的质量流速来冷却水冷壁，故要消耗额外的较多的水泵功率10．直流炉控制及调节复杂由于直流锅炉受热面的金属重量较轻，工质储存量较小故金属及工质的蓄热能力一般只为汽包锅炉的 1/4～1/2因此在外界负荷变化时，自适应能力差，汽压波动幅度较大，压力波动速度往往超过汽包锅炉一倍以上另外由于工况变动引起热水段、蒸发段和过热段之间的调节互相影响，因此，直流炉的自动调节系统较复杂，控制技术也较高11．直流炉水冷壁的安全性存在一定的问题自然锅炉，因其循环倍率高，蒸发管中发生第一类传热危机和第二类传热危机的可能性小直流锅炉蒸发管出口往往是接近饱和，甚至是微过热蒸汽，故管内发生膜态沸腾和结垢的可能性较大强迫流动的特性常导致并列蒸发管中吸热越多的管子，其工质流量反而越小目前的的螺旋水冷壁采用整焊膜式水冷壁，各个管带均匀地分布于炉膛四周，在同一高度上的管带受热几乎一样，相邻管带之间外侧管管壁温差较小（30℃） 。

由于各管带皆为倾斜上升，从而避免了拉姆辛管圈水平部分的较易发生的汽水分层的现象同时，低负荷时采用炉水循环泵，建立炉水再循环，水冷壁质量流速的提高，也避免了发生膜态沸腾可能从而有效的降低了水冷壁管的金属温度保证了安全可靠运行12．直流锅炉设置分离器的目的是为了适应低负荷运行和低负荷运行时的热损失，另一目的是可使过热器干态启动，从而缩短启动时间13．当外界负荷变化，汽门开度发生变化时，锅炉汽压变动很快，波动的幅度也远比汽包炉大；给水量变化时，汽温、汽压、蒸汽量的变化趋势都和汽运行操作与控制第 3 页包锅炉相反，而且影响程度也要大得多即给水量增大，汽压、汽量明显增大，汽温则显著降低；当燃料量变化时，直流锅炉主要变化的是汽温，故直流锅炉运行特点之一就是必须保持燃水比一定，否则汽温将无法保持正常二、直流炉的调节特点1、没有水位调节问题,但要控制蒸发段直流锅炉的主要特点是汽水流程中不设置汽包，给水泵强制一定流量的给水进入炉内，一次性地通过省煤器，水冷壁，过热器他的循环倍率始终为1，与负荷无关在直流锅炉中，给水加热成蒸汽一次完成，汽水通道可看作由加热段、蒸发段、过热段三部分组成其中蒸发段是汽、水混合物，随着管道的往后推移，工质由饱和水逐渐被加热成饱和蒸汽。

三段受热面没有固定的分界线，随着给水流量,燃烧率的变化前、后移动，使三段受热面的吸热量分配比例及与之有关的三段受热面面积的比例却发生了变化但蒸发段的前移会使过热汽温偏高，蒸发段后移则引起汽问偏低，甚至品质下降,这对机组运行极为不利，所以要控制蒸发段的位置一般来说,要控制蒸发段出口的微过热汽温,若微过热汽温偏离规定值,则说明由于燃烧率与给水比例不当致使蒸发段发生移动,应及时调节燃烧率和给水流量直流锅炉各受热段示意图直流锅炉的工质是一次地通过各受热面的而三段受热面面积又不是固定不变的所以当燃水比失调后，三段受热面吸热量比例发生变化，对出口汽温影响很大，对蒸汽压力和流量的影响方式也较为复杂当给水流量变化破坏了原来的平衡状态时，例如给水流量减少了，则蒸发段向锅炉汽水流程入口方向流动，汽水流程中各点工质的焓值都有所提高工质焓值上升是由两个原因引起的：一是因为受热面吸热量不变，而工质流量减加热段蒸发段过热段θ 1运行操作与控制第 4 页少，引起流经本区的工质焓值上升；另一个原因是工质焓值随工质流过的受热面面积而增加所以离锅炉出口越近，工质的焓增越大，汽温变化也越大2、直流锅炉动态特性分析汽轮机调节汽阀的扰动，对直流锅炉是一种典型的负荷扰动。

当调节汽阀阶跃开大时，蒸汽流量 D 和机组输出功率 NE 立即增加，随即逐渐减少，并恢复初始值，汽轮机阀前压力 PT 一开始立即下降，然后逐渐下降至新的平衡压力由于直流锅炉的蓄热系数比汽包锅炉小，所以直流锅炉的汽压变化比汽包锅炉大得多当负荷扰动时，过热汽温 T 近似不变，这是由于给水流量和燃烧率保持不变，过热汽温就基本保持不变燃烧率扰动是燃料量、送风量和引风量同时协调变化的一种扰动当燃烧率 B 阶跃增加时，经过一段较短的迟延时间，蒸汽流量 D 会暂时向增加方向变化；过热汽温 T 则经过一段较长的迟延时间后上升，最后稳定在较高的温度上；汽压 PT 和功率 NE 的变化也因汽温的上升而最后稳定在较高的数值当燃烧率不变而给水流量增加时，一开始由于加热段和蒸发段的伸长而推出一部分蒸汽，因此蒸汽流量 D、汽压 PT、功率 NE 几乎没有迟延的开始增加，但由于汽温 T 的下降，最后虽然蒸汽流量 D 增加，而输出功率 NE 却有所减少；汽压 PT 也降至略高于扰动前的汽压，过热汽温 T2 则经过一段较长的迟延时间后，最后稳定在较低的温度给水和燃料复合扰动时的动态特性是两者单独扰动时的动态特性之和当给水和燃料按比例变化时，蒸发量 D 立即变化，然后稳定在新的数值上，过热汽温则保持在原来的数值上(额定汽温)。

这就是说明严格控制煤水比是直流炉参数调节的关键运行操作与控制第 5 页µ TtN EDP TΘ 2BWttttttttttttttttN EN ED DP TP TΘ 2Θ 1Θ 1Θ 2a b c图2-2 直流锅炉动态特性示意图a—汽机调节汽阀扰动 b—燃料率扰动 c—给水流量扰动t ' g rDBG图 2－3 燃料与给水比例增加时的动态特性三、启动 根据锅炉的运行方式、参数可分为三个阶段：第一阶段：启动及低负荷运行阶段；第二阶段：亚临界直流炉运行阶段；第三阶段 ：超临界直流炉运行阶段每个阶段的调节方法和侧重点有所不同 1、第一阶段：锅炉启动及低负荷运行阶段 直流炉，转干态进入直流运行的最低负荷一般在 25%～35%BMCR 之间，在湿运行操作与控制第 6 页态工况下，其运行方式与强制循环汽包炉是基本相同的此时，汽水分离器及贮水箱相当于汽包但是，两者容积相差甚远，贮水箱的水位变化速度也就更快由炉水循环泵将贮水箱的水升压后进入省煤器进口,与给水共同构成最小循环流量，其控制方式较之其它超临界直流锅炉有较大不同（不带炉水循环泵，贮水罐的水经溢流阀直接排放至锅炉疏扩、除氧器、凝汽器等） ，控制更困难。

给水主要用于控制贮水箱水位，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，贮水箱水位过高时则通过高水位调节阀（HWL）排放至大气式疏水扩容器 此阶段汽温的调节主要依赖于燃烧控制，通过疏水、增加给煤量及磨煤机的投停层次、调节磨煤机入口一次风压风量、减温水、烟气挡板等手段来调节主再热蒸汽温度 此阶段水位控制可投自动，但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段要注意尽量避免太大的扰动，扰动过大及早解除自动，手动控制炉水循环泵(BCP)出口调阀一般不投自动（以防阀开度过大 BCP 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） ，用给水泵转速和给水调旁来控制贮水箱水位随启动进展，缓慢增加燃料量，保持适当的升温升压率,贮水箱水位在某一点逐渐下降炉水循环泵出口调阀逐渐关小直至全关,同时，增大给水流量保持省煤器入口流量稳定，当中间点过热度由负值逐渐升高变正，机组即进入直流运行状态，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，就能实现自然过渡高水位调节阀（HWL）投入自动，避免人为疏忽造成水位过高，造成顶棚过热器进入水。

1.1 在第一阶段需要掌握好的几个关键点：第一阶段的主要操作：锅炉上水，冷态开式、闭式冲洗；锅炉点火；升温升压和热态冲洗1.1.1 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阶段，此时蒸汽会携带大量的水进入分离器，造成贮水箱水位快速升高，锅炉有较大排放量，此过程较短一般在几十秒之内，具体数值及产生时间与锅运行操作与控制第 7 页炉点火前压力、温度、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，此时最好不要增加燃料锅炉汽水膨胀后，将给水控制从手动限制最小流量转换为自动控制给水流量，蒸发量增加的同时，必须确保省煤器入口流量为 30% BMCR（即给水流量和循环流量之和） ，低于 30% BMCR 锅炉 MFT 动作1.1.2 虚假水位： 虚假水位在整个第一阶段都有可能产生，汽压突然下降出现的情况较多，运行中应对虚假水位有思想准备，及时增加给水满足蒸发量的需要，加强燃烧恢复汽压运行中造成汽压突然下降的原因主要有：汽机调门、高旁突然开大、安全阀动作、汽轮机冲转、阀切换、机组并网，整个过中都有可能造成虚假水位，这一点和汽包炉是基本相同的。

1.1.3 增加燃料，启动磨煤机的时机及速度：增加燃料，启动磨煤机时要及时协调沟通，及时增减给水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增加燃料量或启动磨煤机运行，或者水位很高调节困难时连续减少燃料量或停运磨煤机 1.1.4 冲转、并网及带初负荷： 机。