超临界直流锅炉的给水控制与汽温调节

众所周知，过热蒸汽温度与再热蒸汽温度直接影响到机组的安全性与经济性。蒸汽温度过高可能导致受热面超温爆管，而蒸汽温度过低将使机组的经济性降低，严重时可能使汽轮机产生水冲击。超临界直流锅炉的运行调节特性有别于汽包炉，给水控制与汽温调节的配合更为密切，下面谈一下自己的认识。根据锅炉的运行方式、参数可分为三个阶段；第一启动及低负荷运行阶段，第二亚临界直流炉运行阶段，第三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不同容量的锅炉其转干态直流运行的最低负荷有所不同，一般在25%～35% BMCR 之间，在湿态情况下，其运行方式与强制循环汽包炉是基本相同的。汽水分离器及贮水罐就相当于汽包，但是两者容积相差甚远，贮水罐的水位变化速度也就更快。由炉水循环泵将贮水罐的水升压进入省煤器入口,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（不带炉水循环泵，贮水罐的水经361 阀直接排放至锅炉疏扩、除氧器、凝汽器等）有较大不同，控制更困难。给水主要用于控制贮水罐水位，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，贮水罐水位过高时则通过361 阀排放至锅炉疏水扩容器。此阶段汽温的调节主要依赖于燃烧控制，通过投退油枪的数量及层次、调节炉前油压、减温水、烟气挡板等手段来调节主再热蒸汽温度。在第一阶段水位控制已可投自动，但是大多数锅炉的水位控制逻辑还不够完善，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。根据经验，炉水循环泵出口360 阀一般不投自动（以防360 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），用电动给水泵转速和给水调旁来控制贮水罐水位。缓慢增加燃料量，保持适当的升温升压率,储水罐水位在某一点逐渐下降，361（360）阀逐渐关小直至全关, 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。但是建议361 阀依然投入自动，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：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，造成贮水罐水位快速升高，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，此时最好不要增投油枪。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、机组并网，切缸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 投退油枪的时机及速度：投退油枪时要及时协调沟通，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投入数枝油枪，或者水位很高调节困难时连续退出油枪。1.1.4 并网及初负荷：机组并网及负荷过程中负荷上升很快，此时应加强燃烧，及时增加给水。必要时手动关小高旁，稳住汽压避免汽压下降过大。1.1.5 给水主旁路切换：此时应保持锅炉负荷稳定，切换过程中匀速稳定，保持省煤器入口足够流量及贮水罐水位的稳定，必要时排放多余给水。水位下降时及时提高电泵转速，开大调门。建议切换时就地手动开大给水主电动门，每开一点，就关小一点旁路门，可以在相当长的时间内保持给水主旁路都有一定的开度，这样调节起来裕度较大，安全性更高。1.1.6 投入制粉系统：投入煤粉后负荷会升的很快，贮水罐水位波动很大，很难控制。此时最重要的是要控制好给煤量和一次风量，避免进入炉膛的煤粉过多。同时控制好升负荷速度，及时控制给水，必要时退掉油枪（尤其是上层油枪）。起磨时提前打开主再热蒸汽减温水手动门，联系热工解除减温水负荷闭锁，必要时投入减温水控制汽温，防止超温及主机差胀增大。1.1.7 切换给水泵：切换给水泵时，保持锅炉负荷稳定，减少扰动。匀速提高待并泵的转速升高泵出口压力，在泵出口压力接近于母管压力时打开出口电动门开始供水，同时减少另一台泵的转速，降低出口流量，两台泵的增减速度要协调，保持稳定的一个给水流量，加减转速，不可太快、太猛，防止其出口压力激增造成另一台泵出口逆止门关闭给水流量剧减。切换过程中注意监视泵的再循环阀（最小流量阀）自动动作正常，时刻注意给水流量的变化，发现异常及时手动调整。两台汽动给水泵并列运行时尽量保持两台小机转速相同，偏差不要太大。特别要注意的是任何情况下并泵时都要解除给水泵的自动，防止给水平衡模块起作用造成给水流量剧减。1.2 锅炉点火后要密切监视过热器、再热器的金属壁温和出口汽温，具体应注意以下三点：出口汽温忽高忽低，说明还有积水，应加强疏水；出口汽温稳定上升，说明积水已经消除。各受热面的金属壁温在点火后会出现不均匀现象，如水冷壁一般中间温度高，两侧温度低。这时不应再增加燃料，当所有温度均超过该汽压下对应的饱和温度40℃，以及各管间最大温差在50℃以内时，才允许增加燃烧强度。从增加省煤器入口给水流量到贮水罐水位增加要经过比较长的时延，所以在手动控制给水时重在提前干预，根据水位变化速度，蒸汽流量（主汽流量及高旁流量）变化，燃烧情况等提前调节，否则很难调平衡。此时361 阀可投自动，炉水循环泵出口调阀手动保持一定开度，单调给水，控制水位，必要时可有一定排放。给水旁路调阀前后保持一定压差，但也不应太高，以免造成调门开度过小工作在非线性区域，使调门工作环境恶劣减少使用寿命。此过程中要始终保持省煤器入口流量在大于锅炉MFT 流量以上的一个数值，一般来说高出100t/h 就可以。随着负荷逐渐上升，炉水循环泵出口流量逐渐减少直至再循环电动门打开，应注意出口流量突然变化对省煤器入口流量的影响。现阶段电泵转速还是手动控制，所以要及时调整电泵转速，尤其在大幅度调整给水流量时，同时要防止电泵过负荷，加强对电泵的监视，防止电机绕组温度、油温、瓦温过高、振动过大。2 第二阶段：亚临界直流运行阶段在负荷大于25%～35%BMCR 以上时锅炉即转入直流运行方式。此后锅炉运行在亚临界压力以下。锅炉进入直流状态，给水控制与汽温调节和前一阶段控制方式有较大的不同，给水不再控制分离器水位而是和燃料一起控制汽温即控制燃水比B/G。如果燃水比B/G 保持一定，则过热蒸汽温度基本能保持稳定；反之，燃水比B/G 的变化，则是造成过热汽温波动的基本原因。因此，在直流锅炉中汽温调节主要是通过给水量和燃料量的调整来进行。但在实际运行中，考虑到上述其它因素对过热汽温的影响，要保证B/G 比值的精确值是不现实的。特别是在燃煤锅炉中，由于不能很精确地测定送入炉膛的燃料量，所以仅仅依靠B/G 比值来调节过热汽温，则不能完全保证汽温的稳定。一般来说，在汽温调节中，将B/G 比值做为过热汽温的一个粗调，然后用过热器喷水减温做为汽温的细调手段。对于直流锅炉来说，在本生负荷以上时，汽水分离器出口汽温是微过热蒸汽，这个区域的汽温变化，可以直接反映出燃料量和给水蒸发量的匹配程度以及过热汽温的变化趋势。所以在直流锅炉的汽温调节中，通常选取汽水分离器出口汽温做为主汽温调节回路的前馈信号，此点的温度称为中间点温度。依据该点温度的变化对燃料量和给水量进行微调。大多数直流炉给水指令的控制逻辑是这样的：给水量按照燃水比跟踪燃料量，用中间点温度对给水量进行修正。直流锅炉一定要严格控制好水煤比和中间点过热度。一般来说在机组运行工况较稳定时只要监视好中间点过热度就可以了，不同的压力下中间点温度是不断变化的，但中间点过热度可维持恒定，一般在10℃左右（假设饱和温度最高不是374℃，过临界后仍然上升），中间点过热度是水煤比是否合适的反馈信号，中间点过热度变小，说明水煤比偏大，中间点过热度变大，说明水煤比偏小。在运行操作时要注意积累中间点过热度变化对主汽温影响大小的经验值，以便超前调节时有一个度的概念。但在机组出现异常情况时，如给煤机、磨煤机跳闸等应及时减小给水，保持水煤比基本恒定，防止水煤比严重失调造成主蒸汽温度急剧下降。总之，水煤比和中间点过热度是直流锅炉监视和调整的重要参数。从转入直流到锅炉满负荷，水燃比因煤质变化、燃烧状况不同、炉膛及受热面脏污程度等不同有较大变化，一般从7.6～9.0 不等。如果机组协调性能不好，可在锅炉转入直流状态后手动控制，通过手动增减小机转速来调节给水，控制中间点温度。负荷变动过程中，利用机组负荷与主蒸汽流量做为前馈粗调，主蒸汽流量是根据调节级压力计算出来的不是很准确，推荐使用机组负荷做为前馈粗调整用。一般用机组负荷（万kW）乘以30t，得出该负荷所对应的大致给水流量，然后根据分离器出口温度细调给水流量。调整分离器出口温度时，包括调节给水时都要兼顾到过热器减温水的用量，使之保持在一个合适的范围内，不可过多或过少，留有足够的调节余地。同时还要监视好再热汽温度、受热面壁温等，严防超温，汽温也不可过低。锅炉升降负荷过程中，燃料变化很快锅炉的负荷波动也较大。当使用双进双出钢球磨时，从启动给煤机加煤到磨制出煤粉需要20 分钟左右的时间，停止给煤后磨煤机内仍有较多的存粉，因此给煤量并不等于实际进入炉膛的煤量，不易及时判断出此时的升降负荷速度。推荐看分离器压力及其变化速度来控制给水流量。分离器出口温度建议看到小数点后的位数，做曲线时区间尽量小一些。再热汽温主要靠烟气挡板来调整，时滞性较大，一定要提前调整，在投停高加时要加强对主再热汽温的调整。3 第三阶段：超临界直流运行阶段在机组负荷达75%MCR 左右时转入超临界状态。从理论上讲，机组过临界时存在一大比热区，蒸汽参数如比容、比热变化较大，实际运行情况是基本上无明显变化，原因是锅炉的蓄热减缓了影响，而且协调方式下参数的自动调整在一定程度上弥补了波动。第三阶段运行调节情况和第二阶段无明显区别。