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1、600MW火电机组热控技术研讨班自编教材湖南省电力试验研究院热控技术研究所2006年10月前 言近两年来，我省火电机组装机容量迅猛增加，600MW大容量、高参数的燃煤机组已逐步占据主导地位。随着大唐湘潭电厂二期工程2台600MW超临界机组的投产发电，标志着今后我省火电机组的建设将以超临界机组为主，在下一阶段将要投产的600MW机组中，益阳电厂二期工程的2台600MW机组、华电长沙电厂新建的2台600MW机组均为超临界机组。火电厂单机容量的不断增加，对热工分散控制系统相应地提出了更高的要求，这个要求不但是要求系统硬件的可靠性必须提高，更重要的必须保证控制策略的可靠性和先进性。为适应形势的需要，我
2、们举办了这期600MW火电机组热控技术研讨班。这本自编教材，是根据湖南电力试验研究院参加大唐金竹山电厂600MW亚临界机组、大唐湘潭电厂600MW超临界机组调试的实际经验编写的，其中超临界部分MCS系统由王伯春负责编写、FSSS系统由朱晓星负责编写、SCS系统由陈彦峰负责编写；亚临界部分MCS系统由傅强负责编写、FSSS及SCS部分由刘文丰负责编写；考虑到亚临界和超临界机组DEH、TSI、ETS系统区别不大，因此没有区分亚临界和超临界。DEH部分由傅强负责编写、TSI及ETS系统由朱晓星负责编写。整个教材由王伯春负责统稿。由于我们的经验和水平有限，加之时间仓促，所编资料难免有错误和不妥之处，欢
3、迎广大学员批评指正。湖南省电力试验研究院热控技术研究所2006年10月目 录1 湘潭电厂600MW超临界机组MCS系统介绍.2 湘潭电厂600MW超临界机组FSSS系统介绍.3 湘潭电厂600MW超临界机组SCS系统介绍.4 金竹山电厂600MW亚临界机组MCS系统介绍5 金竹山电厂600MW亚临界机组FSSS系统介绍6 金竹山电厂600MW亚临界机组SCS系统介绍.7 600MW机组DEH系统介绍8 600MW机组TSI系统介绍9 600MW机组ETS系统介绍.600MW超临界机组自动调节系统介绍第一节 超临界机组的启动系统及控制特点0 前 言近年来我国电力工业发展迅速，大大地缩小了与国外先
4、进水平的差距。但目前我国火电厂中能耗高、环境污染严重的问题依然存在；为满足我国国民经济迅速发展的需要，适应愈来愈高的环保和控制污染排放的要求，发展高效、节能、环保的超临界火力发电机组势在必行。尤其随着我国电力工业的发展及电力结构的调整，大型超临界机组已经成为我国火电发展的方向，并将成为电网的主力机组；由于其更低的运行成本和更高的效益，在目前的电力市场中更加具有竞争力。我国目前电力行业投产运行的大都是亚临界、燃煤、汽包炉机组，其设计、主辅设备的生产、安装、调试，运行都已成熟并趋于规范化；而超临界直流炉机组目前在我国安装投产的只是极少数，如石洞口二厂、盘山电厂、伊敏电厂、神头二电厂，上海外高桥电厂
5、2X900MW超临界机组；这些电厂基本都是全套引进的国外机组，设计及供货均以外商为主，在设计、设备选型、安装、调试及运行管理等方面，还有许多总是有待于总结、研究和改进，以形成我们自己的成熟技术。 随着江苏华润常熟电力有限公司3台650MW超临界机组、河南沁北电厂一期工程2台600MW超临界机组、大唐湘潭电厂二期2台600MW超临界机组超临界机组等项目作为国家引进技术国产化依托项目的建设的建设投产，目前超临界机组已在我国的电力建设市场上占主导地位。各大主机厂积极引进先进技术，努力实现超临界机组的国产化；这就为工程的设计提出了更高的要求。超临界机组目前在我国安装投产的只是少数，在设计、设备选型、安
6、装、调试及运行管理等方面，还有许多问题有待总结、研究和改进。这里我们仅就超临界锅炉的系统特点和控制特点进行分析和探讨。以便在工程设计过程中能够准确、全面地掌握超临界机组的控制特点，设计出高质量的控制系统，实现电厂的高效率、高水平和低成本运行。对于超临界机组与亚临界机组相比，除因参数高而采用直流锅炉外，其他系统并无本质上的区别,就控制系统而言，只是一次检测仪表、变送器等要承受更高压力外，对控制装置本身的DCS系统并无特殊要求，只是应用软件要能适应超临界直流锅炉的运行方式，配置适用于直流锅炉控制策略的软件。1 超临界机组的主要控制特点的分析超临界直流锅炉与亚临界汽包锅炉，两种锅炉在系统组成上的水汽
7、转换原理和设备不同，锅炉蓄热能力不同，负荷和扰动的响应速度也不同，而最大的区别还在于锅炉启动系统的差异。从仪表和控制的角度看，主要的区别在于直流锅炉的启动旁路系统、直流锅炉机组的协调控制的不同。另外，在锅炉蒸汽温度控制、给水流量控制等方面也与亚临界机组有着较大的区别。1.1 直流锅炉的启动旁路系统超临界锅炉的启动旁路系统是超临界机组的重要组成部分，由于超临界锅炉没有固定的汽水分离点，在锅炉启动过程中和低负荷运行时，由于给水量有可能小于炉膛保护及维持流动所需的最小流量，因此必须在炉膛内维持一定的工质流量以保护水冷壁不致过热超温。设置启动旁路系统使锅炉在启动、低负荷运行及停炉过程中，通过启动系统建
8、立并维持炉膛内的最小水流量，以保护炉膛水冷壁，同时满足机组启动及低负荷运行的要求。1.1.1 直流锅炉启动旁路系统的主要功能：A：维持水冷壁具有流速稳定的最小水流量，保持锅炉启动流量和启动压力。B：回收、利用工质和热量。C：使蒸汽参数满足汽机启动过程的需要。1.1.2直流锅炉启动系统的分类：直流锅炉的启动系统分内置式分离器启动系统和外置式分离器启动系统两大类型。a. 外置式分离器启动系统外置式分离器的布置位置示意见下图所示： 从上图可以看出锅炉启动过程中隔离阀关闭，给水经水冷壁后流入汽水分离器，进行汽水分离。蒸汽通过出口阀进入过热器，其余的水和汽回收。当负荷达到一定值时，切除启动分离器，锅炉转
9、为纯直流运行。由于系统的结构特点，切除过程如运行操作不当，会造成主汽压力下降或超压、主汽温度快速下降或过热器管壁超温等。分离器的切除一般采用等焓切换方式切换，但由于操作比较复杂，锅炉出口主蒸汽温度难以控制，而不被用户接受。因此目前各家主机厂引进技术均采用内置式分离器启动系统。这里不再对外置式分离器启动系统进行深入讨论，仅就内置式分离器启动系统进行分析和探讨。b. 内置式分离器启动系统内置式分离器启动系统的分离器与水冷壁、过热器之间的连接无任何阀门，在锅炉启、停、低负荷（30%-35%负荷以下）运行时，同汽包炉的汽包一样，起到汽水分离的作用。当转入纯直流运行后，分离器只起到一个蒸汽联箱的作用。因
10、此目前较多采用内置式分离器启动系统，从系统构成看主要有带辅助循环泵的内置式分离器启动系统、不带循环泵的内置式分离器启动系统和扩容型内置式分离器启动系统三种类型。在超临界直流锅炉中，为适应变压运行的要求，随启动时间长短及启动频率的大小，其启动系统存在着两种运行模式的选择。在这两种启动模式中，如何确定锅炉启动系统采用哪种模式，是根据机组是以带基本负荷运转为主，还是调峰运行为主以及选用的燃烧设备情况而确定最适宜该锅炉的启动系统。1)辅助循环泵和给水泵并联的内置式分离器启动系统哈尔滨锅炉厂引进三井英巴技术为华润常熟电厂本生锅炉提供的启动系统为内置式分离器启动系统，其系统示意图如下所示： 锅炉启动循环系
11、统主要由汽水分离器、贮水箱、循环泵、循环流量调节阀、水位调节阀等组成。送至省煤器的水经水冷壁加热后，进入汽水分离器，流体在汽水分离器内分离成饱和蒸汽和水。蒸汽流向过热器，水储存在贮水箱内经过循环泵和循环流量调节阀再循环至省煤器。这一阶段为循环运行，水冷壁流量=给水泵出口流量+再循环流量。当水位过高时，水位调节阀动作，水进入凝汽器。 在整个启动期间，启动系统的再循环水量与给水量之和始终保持在35%BMCR的主汽流量。冷态和温态启动时，在锅炉点火2030分钟后，水冷壁即出现汽水膨胀，分离器贮水箱内水位迅速上升至高水位或高高水位，此时打开通往凝汽器管道上的二只高水位调节阀及其闭锁阀，将工质排往凝汽器
12、。在热态和极热态启动时汽水膨胀量很少，可经循环泵正常水位调节阀进行再循环。当锅炉达到30-35%BMCR的最低直流工况时，将启动系统解列，进入热备用状态，系统则由再循环模式转入直流方式运行，此时通往凝汽器管路上的水位调节阀和闭锁阀全部关闭。当锅炉转入部分负荷运行进入最低直流负荷以下时，分离器贮水箱将出现水位，这时循环泵出口的调节阀自动打开，根据贮水箱水位自动调节其开度。2) 不带循环泵的内置式分离器启动系统东方锅炉厂与日本日立-巴布科克公司（BHK）技术合作，为华能太仓电厂等设计的本生锅炉的启动系统均是不带循环泵的循环系统启动系统，系统示意图如下：从上图可以看出不带循环泵的启动循环系统主要由汽
13、水分离器、分离器储水罐和储水罐水位控制阀组成。与带循环泵的循环系统相比减少了锅炉循环泵、流量调节阀及其循环泵的辅助系统部分。 在启动和低负荷阶段，通过给水泵将水送至省煤器并经水冷壁加热后，送到汽水分离器，工质在汽水分离器内分离成水和饱和蒸汽。循环运行阶段水在分离器储水罐水位控制阀的控制下，由分离器储水罐再返回冷凝器。储水罐水位控制阀可在循环运行时，应确保锅炉给水泵提供的给水量不少于保护炉膛的最小流量，通过使汽水分离器分离出的水由储水罐回到凝汽器，从而控制汽水分离器的水位在允许范围内。当负荷达到最低直流点，炉膛水冷壁出口呈干饱和蒸汽时锅炉转为纯直流运行方式，旁路系统退出。在锅炉启动炉本体的冷态或
14、热态清洗过程中，进入汽水分离器的给水进入储水罐通过启动排污阀排放至地沟，待给水品质合格后，通过疏水阀至冷凝器回收工质。 通过分析不难看出不带循环泵启动系统具有系统构成简单，运行安全、可靠，并能节约投资的优点；但不带循环泵的启动系统由于在启动时高、低压加热器及炉内的热量，要通过冷凝器来冷却，在启、停时热量有一定的损失，因此相比较带循环泵的系统而言，其热效率要低些。因此其启动时间相对于带循环泵的启动系统而言也要长一些。3）扩容型内置式分离器启动系统 我国第一台引进超临界机组上海石洞口第二电厂的锅炉启动系统即为扩容型内置式分离器启动系统，目前上海锅炉厂为山东黄岛电厂二期工程设计的2x600MW超临界
15、机组锅炉的启动系统也是扩容型内置式分离器启动系统。系统示意如下图所示：上述示意图为苏尔寿（SULZER）直流锅炉启动系统的典型设计，该系统主要由内置式启动分离器，3A阀，即疏水控制阀AA、液位控制阀AN、液位控制旁路阀ANB，大气式扩容器，回收水箱，回收水泵等组成。分离器布置在炉膛水冷壁出口；在启动或低负荷运行过程中，当负荷低于35%B-MCR时，分离器的作用就相当于汽包炉的汽包，起汽水分离的作用，但与汽包不同的是分离出的水通过AA、AN和ANB三个阀门分别送入疏水扩容器和除氧器，进行工质和热量回收。当负荷高于35%BMCR时，汽水分离器内只有饱和蒸汽，呈干态运行；此时内置式分离器相当于一个蒸汽联箱。系统中的3A阀是苏尔寿（SULZER）直流锅炉启动系统的核心。在锅炉启动、炉本体的冷态或热态清洗过程中，进入汽水分离器的给水通过AA、AN阀进入大气式扩容器排放至地沟，当给水品质合格后，回收水泵投入运行，回收水泵通过回收水箱的水位开关连锁，实现水泵的启、停控制，以回收工质。此时汽水分离器的水位可切换由ANB阀控制，疏水至除
