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1、1000MW超超临界机组直流锅炉水位控制作者：吴廷宾摘要：以华电邹县发电厂10OOMW超超临界机组直流锅炉为例，介绍和分析了配有炉水循环泵内置式汽水分离器起动系统的锅炉水位控制策略。分离器储水罐水位控制与汽包水位控制有相似之处，但过程更为复杂。探讨了超超临界机组在热工控制上的技术特点。超临界发电机组以其热能转换效率高、发电煤耗低、环境污染小和对电网的负荷调节适应能力强等特点而得到了广泛应用。与亚临界汽包锅炉机组相比，超临界直流锅炉在机组起停过程中汽水分离器(简称分离器)储水罐水位的控制非常关键，保证储水罐水位的稳定一直是各DCS厂家关注的焦点。本文以华电邹县发电厂(简称邹县发电厂)2lOOOM
2、W超超临界机组为例，介绍机组锅炉水位控制的主要特点。一、超超临界直流锅炉起动系统1.1 锅炉起动系统的组成和作用 锅炉起动系统主要由分离器及其汽侧和水侧的连接管道和阀门等组成，有些锅炉起动系统还带有起动循环泵、热交换器和疏水扩容器。超超临界直流锅炉起动系统的主要功能是:建立冷态和热态循环清洗、起动压力和流量，以确保水冷壁安全运行;最大可能地回收起动过程中的工质和热量，提高机组的经济性;对蒸汽管道系统暖管。1.2 锅炉起动系统的分类 超超临界直流锅炉的起动系统按照分离器的形式划分主要分为内置式和外置式2种。外置式起动分离器系统只在机组起动和停运过程中投人运行，而在正常运行时解列于系统之外。内置式
3、起动分离器系统在锅炉起、停及正常运行过程中，分离器均投人运行，所不同的是在锅炉起、停及低负荷运行期间，分离器湿态运行，起汽水分离作用。在锅炉正常运行期间，分离器作为蒸汽通道。目前大多数超超临界锅炉均采用内置式起动分离器系统。1.3 邹县发电厂超超临界机组起动系统组成 邹县发电厂2lOOOMW超超临界机组的螺旋管圈直流锅炉起动系统配有2只内置式起动分离器。在锅炉起动和低负荷运行时，分离器处于湿态运行，此时适当控制分离器储水箱水位，通过循环回收合格工质;当锅炉进入直流运行阶段，分离器处于干态运行，成为过热蒸汽通道。该机组配备有2台50%BMCR汽动给水泵和1台30挑BMCR的电动给水泵。在省煤器进
4、口给水管路上设有电动阀门，并设有不小于15%BMCR容量的起动旁路，在旁路管道上装有气动控制阀。 再循环系统由再循环泵、锅炉再循环流量调节阀(360阀)和管道组成。从锅炉冷态清洗阶段建立循环清洗，在锅炉起动的整个过程直至25%BMCR工况，来自分离器储水罐的饱和水全部或部分通过锅炉再循环泵回流到省煤器入口。再循环泵采用潜水式泵，设有冷却水管路。此外，为了改善再循环泵的调节特性，设置了再循环泵最小流量回流管路;为了防止快速降负荷时再循环泵进口循环水发生闪蒸，设置了过冷管路;为了防止再循环泵受到热冲击，设置了再循环泵的加热管路等。 为了满足直流锅炉对质量流速的要求，在机组起动和低负荷阶段，最小给水
5、流量设置为25%BMCR。分离器下部设有储水罐，汽水混合物流过水冷壁管进入分离器。为了排取锅炉冷态起动清洗阶段水质不合格的清洗水以及控制机组起动初期由于水冷壁的汽水膨胀现象引起的储水罐水位的急剧上升，设置了储水罐疏水管路。该管路从储水罐出口引出，通过储水罐水位调节阀(361阀)后引至疏水扩容器，用于防止异常情况引起储水罐水位过高和避免过热器带水。在疏水扩容器中，蒸汽通过管道从炉顶排向大气。凝结水箱的水位由调节阀控制，多余的水通过2台疏水泵排往凝汽器(水质合格时)或排出系统外(水质不合格时)。带循环泵的内置式分离器起动系统见图1。 二、起动系绍叫诸水罐水位控制2.1 储水罐水位控制基本原理 锅炉
6、在湿态运行时，根据锅炉分离器储水罐水位，按比例控制360阀开度;当水位进一步上升，分离器储水箱水位通过361阀进行控制。通常由电动给水泵出口流量和锅炉再循环流量之和保证省煤器入口的最低安全流量。2.1.1 360阀的控制 360阀控制如图2所示。 (1)在锅炉低负荷最小给水流量得到保证的情况下，本控制系统通过再循环泵使分离器的水循环流过省煤器的入口，以保护锅炉水冷壁管。在锅炉起动时，通过减少给水泵到省煤器的给水流量来实现热回收。 (2)为了保护再循环泵，控制系统必须根据分离器储水箱水位来设定和调整锅炉的循环水流量。此外，如果360阀全关或者锅炉循环水流量低于设定值，控制系统将强置给水流量-10
7、%的偏差，保持360阀全关。 (3)在再循环泵启动时，为了防止分离器储水箱水位的突然下降，360阀必须逐渐打开，打开的上限设在20%的位置;当循环汐长流量达到30t/h时，将按设定速率将360阀开至100%的上限。 (4)为了防止分离器储水箱水位的突然下降，采用微分控制器监视储水箱水位的变化，根据水位变化来限制360阀开度上限的变化率。 (5)为了在锅炉起动时迅速提高省煤器入口给水温度，通过再循环泵启动在给水设定值增加偏置。通常通过设定值和经温度补偿的锅炉循环水流量之间的偏差的PI操作来控制360阀。 (6)在锅炉冷却停止或者锅炉清洗时，按预先确定的变化率设定360阀开度上限。2.1.2 36
8、1阀的控制 361阀控制如图3所示。 (1)控制的目的是当分离器储水箱水位超过设定值时，向疏扩箱排水以防止过热器进水，主要用于锅炉上水、清洗和起动阶段。 (2)用分离器储水箱水位来完成程序控制，即361阀开度指令由储水罐水位产生。 (3)在分离器储水箱水位测量信号上加人了重力的补偿，产生361阀开度指令。因为361阀开度随流经阀门的流体体积而变化，通过流体压力获得361阀开度的补偿。 (4)当分离器储水箱水位错误上升时，仅采用比例控制有可能引起储水箱满水，因此当储水箱水位超过了设定值，一个更大哟361阀开度指令将被用于控制水位的错误上升。 (5)当分离器储水箱水位从高位开始下降时，负偏置被加到
9、水位信号上，提前切换到低水位控制程序，以防止水位变化过大。即水位开始下降时361阀的开启速度将减缓。同时，为了防止361阀的快速开启操作引起水位的突然变化，在开启速度上加以限制。 (6)为了减少361阀在小开度时的开关次数，提高调节阀的使用寿命，控制逻辑上可监视开度指令，在10%或者更大的开度指令输出时步进开启361阀，在5%或者更小的开度指令发出时步进关闭361阀。 (7)锅炉起动(主要指热起动)时，循环水的焓增导致分离器储水罐闪蒸，闪蒸将使储水箱水位突然上升然后突然降低，控制系统在紧急情况下执行相应控制。控制逻辑监视水位的偏差，如果呈下降趋势，给水泵的给水流量将适当增加。三、结语 超超临界机组起动系统与亚临界汽包锅炉相比，分离器储水罐水位控制和汽包水位控制有相似之处，但因直流炉有最小给水流量的限制，使控制过程变得相对复杂。分离器储水罐水位的变化导致360阀开度改变，在对360阀调节控制时会影响省煤器入口给水总流量，因此必须相应改变给水量来保证总流量的恒定，给水量的改变又会引起分离储水罐水位的变化，这是一个复杂的相互协调和平衡的过程。因此，分离器储水罐水位调节控制的复杂性对360阀和361阀以及电动给水泵的调节特性均提出了较高的要求。
