超超臨界機(jī)組系統(tǒng)特點(diǎn)課件(PPT 19頁)

1、第二講 超臨界機(jī)組系統(tǒng)特點(diǎn)1第1頁，共19頁。 隨著鍋爐朝著大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，超臨界機(jī)組日益顯示其諸多優(yōu)點(diǎn)?；痣姍C(jī)組隨著蒸汽參數(shù)的提高，效率也相應(yīng)地提高： 亞臨界機(jī)組（1617Mpa、538/538），凈效率約為3738%，煤耗330350g； 超臨界機(jī)組（2428Mpa、538/538），凈效率約為4041%，煤耗310320g； 超超臨界機(jī)組（主蒸汽壓力大于等于27 MPa或主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度高于593。兩個(gè)條件滿足其一），凈效率約為4446%，煤耗280300g。 由于效率的提高，不僅煤耗大大降低，污染物排量也相應(yīng)減少，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。2第2頁，共19頁。一、超臨界機(jī)組的特

2、點(diǎn) 1超臨界直流爐沒有汽包環(huán)節(jié)，給水經(jīng)加熱、蒸發(fā)和變成過熱蒸汽是一次性連續(xù)完成的，隨著運(yùn)行工況的不同，鍋爐將運(yùn)行在亞臨界或超臨界壓力下，蒸發(fā)點(diǎn)會自發(fā)地在一個(gè)或多個(gè)加熱區(qū)段內(nèi)移動。因此，為了保持鍋爐汽水行程中各點(diǎn)的溫度、濕度及水汽各區(qū)段的位置為一規(guī)定的范圍，要求燃水比、風(fēng)燃比及減溫水等的調(diào)節(jié)品質(zhì)相當(dāng)高。3第3頁，共19頁。 2在超臨界直流爐中，由于沒有汽包，汽水容積小，所用金屬也少，鍋爐蓄能顯著減小且呈分布特性。蓄能以二種形式存在工質(zhì)儲量和熱量儲量。工質(zhì)儲量是整個(gè)鍋爐管道長度中工質(zhì)總質(zhì)量，它隨著壓力而變化，壓力越高，工質(zhì)的比容越小，必需泵入鍋爐更多的給水量。在工質(zhì)和金屬中存在一定數(shù)量的蓄熱量，它

3、隨著負(fù)荷非線性增加。由于鍋爐的蓄質(zhì)量和蓄熱量整體較小，負(fù)荷調(diào)節(jié)的靈敏性好，可實(shí)現(xiàn)快速啟停和調(diào)節(jié)負(fù)荷。另一方面，也因?yàn)殄仩t蓄熱量小，汽壓對被動負(fù)荷變動反映敏感，這種情況下機(jī)組變負(fù)荷性能差，保持汽壓比較困難。 4第4頁，共19頁。 3在超臨界鍋爐中，各區(qū)段工質(zhì)的比熱、比容變化劇烈，工質(zhì)的傳熱與流動規(guī)律復(fù)雜。變壓運(yùn)行時(shí)隨著負(fù)荷的變化，工質(zhì)壓力將在超臨界到亞臨界的廣泛壓力范圍內(nèi)變化，隨之工質(zhì)物性變化巨大，這些都使得超臨界機(jī)組表現(xiàn)出嚴(yán)重非線性。具體體現(xiàn)為汽水的比熱、比容、熱焓與它的溫度、壓力的關(guān)系是非線性的，傳熱特性、流量特性是非線性的，各參數(shù)間存在非相關(guān)的多元函數(shù)關(guān)系，使得受控對象的增益和時(shí)間常數(shù)等動

4、態(tài)特性參數(shù)在負(fù)荷變化時(shí)大幅度變化。 4超臨界機(jī)組采用直流鍋爐，因而不象汽包爐那樣，由于汽包的存在解除了蒸汽管路與水管路及給水泵間的耦合，直流爐機(jī)組從給水泵到汽機(jī)，汽水直接關(guān)聯(lián)，使得鍋爐各參數(shù)間和汽機(jī)與鍋爐間具有強(qiáng)烈的耦合特性，整個(gè)受控對象是一多輸入多輸出的多變量系統(tǒng)。 5第5頁，共19頁。 熱力學(xué)理論認(rèn)為，在22.129MPa、溫度374時(shí)，水的汽化會在一瞬間完成，即在臨界點(diǎn)時(shí)飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的兩相區(qū)存在，兩者的參數(shù)不再有區(qū)別。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相等，因此在臨界壓力下無法維持自然循環(huán)，只能采用直流爐。超臨界直流爐的汽水行程如圖1所示。 6第6頁，共19頁。 直流鍋爐沒

5、有汽包，整個(gè)鍋爐是由許多管子并聯(lián)，然后用聯(lián)箱連接串聯(lián)而成。在給水泵的壓頭作用下，工質(zhì)順序一次通過加熱、蒸發(fā)和過熱受熱面。進(jìn)口工質(zhì)為水，出口工質(zhì)為過熱蒸汽。由于沒有汽包，所以在加熱和蒸發(fā)受熱面之間，以及在蒸發(fā)和過熱受熱面之間都沒有固定的分界線。 加熱區(qū)和過熱區(qū)中的參數(shù)變化同自然循環(huán)鍋爐相同；在蒸發(fā)區(qū)中由于流動阻力，壓力有所降低，相應(yīng)的飽和溫度也有所下降。7第7頁，共19頁。 （1）應(yīng)有高品質(zhì)的給水：進(jìn)入鍋爐的給水全部變?yōu)檎羝?，給水所含的鹽分除少量溶于蒸汽而被帶出外，其余雜質(zhì)均將沉積在受熱管內(nèi)壁上。 （2）節(jié)約鋼材：采用小管徑而且不用汽包，就可大量節(jié)約鋼材。一般直流鍋爐大約可節(jié)約2030的鋼材。

6、（3）由于強(qiáng)制工質(zhì)流動，蒸發(fā)部分的管子允許有多種布置方式不必象自然循環(huán)鍋爐那樣要用立置的蒸發(fā)管。但蒸發(fā)段的最后部分受熱面應(yīng)安置在熱負(fù)荷較為溫和的地區(qū)。8第8頁，共19頁。 （4）直流鍋爐不受工作壓力的限制，而且更適于超高壓力和超臨界壓力，因?yàn)殡S壓力的提高以及水和汽的比容差的減小，工質(zhì)的流動更為穩(wěn)定。 （5）鍋爐儲存的熱量少。當(dāng)外界負(fù)荷變化較快而燃燒和給水調(diào)整趕不上時(shí)，汽壓和汽溫的波動較大。但是正因?yàn)閮嵘伲瑢φ{(diào)節(jié)的反映也快，如配有靈敏的調(diào)節(jié)設(shè)備，可適應(yīng)外界負(fù)荷變動。 （6）直流鍋爐的起動和停爐的時(shí)間較短，一般不超過1小時(shí)。汽包鍋爐由于汽包壁很厚，為減少由于汽包壁內(nèi)外和上下溫差而引起的熱應(yīng)力，在

7、起動和停爐時(shí)常需緩慢進(jìn)行，要用310小時(shí)之久。9第9頁，共19頁。 超臨界機(jī)組直流爐機(jī)組與亞臨界汽包爐機(jī)組的主要區(qū)別在鍋爐本體部分。超超臨界機(jī)組較超臨界機(jī)組而言，只是工藝參數(shù)相對高一些，但在熱控設(shè)計(jì)方面兩者基本上沒有大的差別。 汽包爐機(jī)組超臨界直流爐機(jī)組機(jī)組發(fā)電量控制獨(dú)立控制回路（含MW、一級壓力和頻率參量）獨(dú)立控制回路（含MW、一級壓力和頻率參量）鍋爐指令經(jīng)過蓄能和滑壓動態(tài)補(bǔ)償后的壓比信號，由燃料偏差和風(fēng)量偏差進(jìn)行保護(hù)性限制經(jīng)過蓄能和滑壓動態(tài)補(bǔ)償后的壓比信號，加上主汽壓偏差的調(diào)節(jié)修正，由燃料偏差、風(fēng)量偏差和給水量偏差進(jìn)行保護(hù)性限制蒸汽負(fù)荷和主汽壓燃燒率控制燃燒率和給水量并行控制燃燒率鍋爐指令

8、控制由鍋爐指令形成燃水比指令控制燃料量測量熱量信號經(jīng)過磨煤機(jī)模型的給煤機(jī)轉(zhuǎn)速風(fēng)量控制燃燒率指令乘風(fēng)燃比燃燒率指令乘風(fēng)燃比過熱汽溫控制減溫噴水燃水比協(xié)調(diào)減溫噴水給水量控制控制汽包水位（三沖量）鍋爐指令形成燃水比指令，加上對燃水比的修正10第10頁，共19頁。直流鍋爐動態(tài)特性 從控制特性角度來看，直流鍋爐與汽包鍋爐的主要不同點(diǎn)表現(xiàn)在燃水比例的變化，引起鍋爐內(nèi)工質(zhì)儲量的變化，從而改變各受熱面積比例。 影響鍋爐內(nèi)工質(zhì)儲量的因素很多，主要有外界負(fù)荷、燃料流量和給水流量。 對于不同壓力等級的直流鍋爐，各段受熱面積比例不同。壓力越高，蒸發(fā)段的吸熱量比例越小，而加熱段與過熱段吸熱量比例越大。因而，不同壓力等級

9、直流鍋爐的動態(tài)特性通常存在一定差異。 11第11頁，共19頁。12第12頁，共19頁。直流鍋爐微過熱汽溫動態(tài)特性 過熱蒸汽溫度能正確反映燃水比例的改變，但存在較大的遲延，通常為 400s左右；因此不能以過熱蒸汽溫度作為燃水比例的控制信號，通常采用微過熱汽溫作為燃水比例的校正信號。在這個(gè)意義下，微過熱汽溫的動態(tài)特性具有特殊的重要性。（a）燃料量擾動；（b）給水流量擾動；13第13頁，共19頁。微過熱汽溫的選擇 圖. 蒸汽等溫線的焓值與汽壓的關(guān)系 14第14頁，共19頁。 以微過熱汽溫作為燃水比的校正信號時(shí)，其過熱度的選擇是非常重要的。從控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)的角度考慮，所取的微過熱汽溫過熱度越小，遲延

10、越小。然而，若焓值小于2847kJkg（680kcal/kg），則圖中虛線以下，曲線進(jìn)入明顯的非線性區(qū)，汽溫隨焓值變化的放大系數(shù)明顯減小，而受汽壓變化的影響很大，變得不穩(wěn)定。這影響微過熱汽溫對于燃水比例關(guān)系的代表性。 經(jīng)驗(yàn)證明，微過熱蒸汽的焓值在2847kJ/kg左右時(shí)，其特性比較穩(wěn)定。 15第15頁，共19頁。 按照反應(yīng)較快和便于檢測等條件，通常在過熱段的起始部分選取一個(gè)合適的地點(diǎn)，根據(jù)該點(diǎn)工質(zhì)溫度來控制燃水比。這一點(diǎn)稱為中間點(diǎn)，中間點(diǎn)汽溫變化的時(shí)滯應(yīng)不超過3040s。但應(yīng)說明，在不同負(fù)荷時(shí)，中間點(diǎn)的汽溫不是固定不變，而是機(jī)組負(fù)荷的函數(shù)。圖 微過熱汽溫推薦值與壓力的關(guān)系 16第16頁，共19

11、頁。超臨界機(jī)組控制特點(diǎn)：（1）超臨界機(jī)組是一個(gè)多輸入、多輸出的被控對象；（2）負(fù)荷擾動時(shí)，主汽壓力反應(yīng)快，可作為被調(diào)量；（3）超臨界機(jī)組工作時(shí)，其加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和過熱區(qū)之間無固定的界限，汽溫、燃燒、給水相互關(guān)聯(lián)，尤其是燃水比不相適應(yīng)時(shí)，汽溫將會有顯著的變化，為使汽溫變化較小，要保持燃燒率和給水量的適當(dāng)比例；（4）從動態(tài)特性來看，微過熱汽溫能迅速反應(yīng)過熱汽溫的變化，因此可以該信號來判斷給水和燃燒率是否失調(diào)；（5）超臨界機(jī)組的蓄熱系數(shù)小對壓力控制不利，但有利于迅速改變鍋爐負(fù)荷，適應(yīng)電網(wǎng)尖峰負(fù)荷的能力強(qiáng)。17第17頁，共19頁。 FCB技術(shù) 單元機(jī)組考慮了機(jī)組自動快速降低負(fù)荷（FCB），使機(jī)組維持空

12、轉(zhuǎn)，鍋爐處于最低穩(wěn)燃負(fù)荷，或只帶廠用電運(yùn)行的功能。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障或其它原因要求機(jī)組快速地將負(fù)荷降至最低限時(shí)，需要快速甩負(fù)荷?？焖偎ω?fù)荷的實(shí)現(xiàn)對機(jī)組的可控性要求很高，所有控制子系統(tǒng)必須處于正常工作狀態(tài)，并應(yīng)配備完備的旁路系統(tǒng)。 18第18頁，共19頁。 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生異常情況時(shí)，導(dǎo)致須將發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)解列，但機(jī)組仍在主變出口斷路器打開的狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)應(yīng)自啟動FCB功能。 FCB動作時(shí)，汽機(jī)旁路閥打開，形成鍋爐帶旁路系統(tǒng)運(yùn)行。燃燒器只留下規(guī)定的對數(shù)運(yùn)行，其余的都退出。鍋爐輸入指令也急速遞減，控制鍋爐到最低穩(wěn)定負(fù)荷，汽機(jī)保持額定轉(zhuǎn)速帶廠用電運(yùn)行。這些動作必須在各控制子系統(tǒng)中協(xié)調(diào)進(jìn)行，即在FSSS中構(gòu)成