超超臨界機組系統(tǒng)特點課件(PPT 19頁)

1、第二講 超臨界機組系統(tǒng)特點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，超臨界機組日益顯示其諸多優(yōu)點?；痣姍C組隨著蒸汽參數(shù)的提高，效率也相應地提高： 亞臨界機組（1617Mpa、538/538），凈效率約為3738%，煤耗330350g； 超臨界機組（2428Mpa、538/538），凈效率約為4041%，煤耗310320g； 超超臨界機組（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，污染物排量也相應減少，經(jīng)濟效益十分明顯。2第2頁，共19頁。一、超臨界機組的特

2、點 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，隨著運行工況的不同，鍋爐將運行在亞臨界或超臨界壓力下，蒸發(fā)點會自發(fā)地在一個或多個加熱區(qū)段內(nèi)移動。因此，為了保持鍋爐汽水行程中各點的溫度、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、風燃比及減溫水等的調(diào)節(jié)品質(zhì)相當高。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、隨著負荷非線性增加。由于鍋爐的蓄質(zhì)量和蓄熱量整體較小，負荷調(diào)節(jié)的靈敏性好，可實現(xiàn)快速啟停和調(diào)節(jié)負荷。另一方面，也因為鍋爐蓄熱量小，汽壓對被動負荷變動反映敏感，這種情況下機組變負荷性能差，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)律復雜。變壓運行時隨著負荷的變化，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組表現(xiàn)出嚴重非線性。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)間存在非相關的多元函數(shù)關系，使得受控對象的增益和時間常數(shù)等動

4、態(tài)特性參數(shù)在負荷變化時大幅度變化。 4超臨界機組采用直流鍋爐，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，直流爐機組從給水泵到汽機，汽水直接關聯(lián)，使得鍋爐各參數(shù)間和汽機與鍋爐間具有強烈的耦合特性，整個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。 熱力學理論認為，在22.129MPa、溫度374時，水的汽化會在一瞬間完成，即在臨界點時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，相應的飽和溫度也有所下降。7第7頁，共19頁。 （1）應有高品質(zhì)的給水：進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安置在熱負荷較為溫和的地區(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，因為隨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。當外界負荷變化較快而燃燒和給水調(diào)整趕不上時，汽壓和汽溫的波動較大。但是正因為儲熱少，對調(diào)節(jié)的反映也快，如配有靈敏的調(diào)節(jié)設備，可適應外界負荷變動。 （6）直流鍋爐的起動和停爐的時間較短，一般不超過1小時。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力，在

7、起動和停爐時常需緩慢進行，要用310小時之久。9第9頁，共19頁。 超臨界機組直流爐機組與亞臨界汽包爐機組的主要區(qū)別在鍋爐本體部分。超超臨界機組較超臨界機組而言，只是工藝參數(shù)相對高一些，但在熱控設計方面兩者基本上沒有大的差別。 汽包爐機組超臨界直流爐機組機組發(fā)電量控制獨立控制回路（含MW、一級壓力和頻率參量）獨立控制回路（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)補償后的壓比信號，由燃料偏差和風量偏差進行保護性限制經(jīng)過蓄能和滑壓動態(tài)補償后的壓比信號，加上主汽壓偏差的調(diào)節(jié)修正，由燃料偏差、風量偏差和給水量偏差進行保護性限制蒸汽負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)過磨煤機模型的給煤機轉(zhuǎn)速風量控制燃燒率指令乘風燃比燃燒率指令乘風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，其過熱度的選擇是非常重要的。從控制系統(tǒng)品質(zhì)指標的角度考慮，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系的代表性。 經(jīng)驗證明，微過熱蒸汽的焓值在2847kJ/kg左右時，其特性比較穩(wěn)定。 15第15頁，共19頁。 按照反應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合適的地點，根據(jù)該點工質(zhì)溫度來控制燃水比。這一點稱為中間點，中間點汽溫變化的時滯應不超過3040s。但應說明，在不同負荷時，中間點的汽溫不是固定不變，而是機組負荷的函數(shù)。圖 微過熱汽溫推薦值與壓力的關系 16第16頁，共19

11、頁。超臨界機組控制特點：（1）超臨界機組是一個多輸入、多輸出的被控對象；（2）負荷擾動時，主汽壓力反應快，可作為被調(diào)量；（3）超臨界機組工作時，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、給水相互關聯(lián)，尤其是燃水比不相適應時，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比例；（4）從動態(tài)特性來看，微過熱汽溫能迅速反應過熱汽溫的變化，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荷，適應電網(wǎng)尖峰負荷的能力強。17第17頁，共19頁。 FCB技術 單元機組考慮了機組自動快速降低負荷（FCB），使機組維持空

12、轉(zhuǎn)，鍋爐處于最低穩(wěn)燃負荷，或只帶廠用電運行的功能。當電網(wǎng)出現(xiàn)故障或其它原因要求機組快速地將負荷降至最低限時，需要快速甩負荷?？焖偎ω摵傻膶崿F(xiàn)對機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)，并應配備完備的旁路系統(tǒng)。 18第18頁，共19頁。 當電力系統(tǒng)發(fā)生異常情況時，導致須將發(fā)電機組與系統(tǒng)解列，但機組仍在主變出口斷路器打開的狀態(tài)下繼續(xù)運行，此時應自啟動FCB功能。 FCB動作時，汽機旁路閥打開，形成鍋爐帶旁路系統(tǒng)運行。燃燒器只留下規(guī)定的對數(shù)運行，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)定負荷，汽機保持額定轉(zhuǎn)速帶廠用電運行。這些動作必須在各控制子系統(tǒng)中協(xié)調(diào)進行，即在FSSS中構成