[發明專利]一種計算超臨界機組給水流量指令的方法和裝置

有效

• 申請號: 201410061313.8
• 申請日: 2014-02-24
• 公開（公告）號: CN104864385B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 陳峰;王疆;潘鋼;黃煥袍;牛海明;高明明;李文
• 申請（專利權）人: 北京國電智深控制技術有限公司
• 主分類號: F22D5/00
• 分類號: F22D5/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 王丹,栗若木

技術領域

本發明涉及火電廠超臨界機組給水控制技術，尤指一種計算超臨界循環流化床機組或超臨界直吹式煤粉爐給水流量指令的方法和裝置。

背景技術

工程熱力學中將水的臨界狀態點參數定義為：壓強為22.115MPa，溫度374.15℃。當水的狀態參數達到臨界點時，汽化潛熱為0，汽水密度差也為0。因此，超臨界壓力下水變成蒸汽不再存在汽水兩相區。上述參數本身的特點決定了超臨界機組的鍋爐只能采用直流鍋爐。直流鍋爐的主要特點是汽水流程中不設置汽包，給水泵強制一定流量的給水進入爐內，一次性地通過省煤器、水冷壁、過熱器。其循環倍率始終為1，與負荷無關。

在直流鍋爐中，給水加熱成蒸汽一次完成，汽水通道可看作由加熱段、蒸發段、過熱段三部分組成，圖1為現有汽水通道的組成示意圖，圖1中，1為加熱段，2為蒸發段，3為過熱段。其中蒸發段是汽、水混合物，隨著管道的往后推移，工質由飽和水逐漸被加熱成飽和蒸汽。三段受熱面沒有固定的分界線，隨著給水流量、燃燒率的變化前、后移動，使三段受熱面的吸熱量分配比例及與之有關的三段受熱面面積的比例發生變化。但蒸發段的前移會使過熱汽溫偏高，蒸發段后移則引起汽溫偏低，甚至品質下降，這對機組運行極為不利，所以要控制蒸發段的位置。一般來說，要控制蒸發段出口的汽溫，一般定義為中間點溫度，如圖1中的θ1，若該中間點溫度偏離規定值，則說明由于燃燒率與給水比例不當，從而導致蒸發段發生移動，應及時調節燃燒率和給水流量的比例。

在直流鍋爐中，給水流量的波動將對機組負荷、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度等機組運行重要過程參數均產生較大影響。由于機組負荷和主蒸汽壓力已設計有其它控制手段，而一旦給水控制回路如果工作欠佳的話，將導致燃水比動態失調。而這時鍋爐出口主蒸汽溫度僅靠噴水減溫控制是無法滿足機組運行對主蒸汽溫度的要求。因此，給水流量調節回路起到了控制鍋爐總能力平衡(保持適當的煤水比)并維持中間點溫度在一定范圍內變化的作用。

對于直流鍋爐，控制主蒸汽溫度的關鍵在于控制鍋爐的燃水比，而燃水比合適與否則需要通過中間點溫度來鑒定。在直流鍋爐運行中，為了維持鍋爐過熱蒸汽溫度的穩定，通常在過熱區段中取一溫度測點(如汽水中間點溫度)，將它固定在相應的數值上，這就是通常所謂的中間點溫度。實際上把中間點至過熱汽出口之間的過熱區段固定，相當于汽包爐固定過熱器區段情況類似。在過熱汽溫調節中，中間點溫度實際是與鍋爐負荷有關，中間點溫度與鍋爐負荷存在一定的函數關系，那么鍋爐的燃水比B/G按中間點溫度來調整，中間點至過熱器出口區段的過熱汽溫變化主要依靠噴水減溫調節。對于直流鍋爐，其噴水減溫只是一個暫時措施，要保持穩定汽溫的關鍵是要保持固定的煤水比。若D為主蒸汽流量，則對于直流爐G＝D，如果過熱區段有噴水量d，那么直流爐進口水量為(G-d)。如果燃料量B增加、熱負荷增加，而給水量G未變，這樣過熱汽溫就要升高，噴水量d必然增加，使進口水量(G-d)的數值就要減少，這樣變化又會使過熱汽溫上升。因此噴水量變化只是維持過熱汽溫的暫時穩定(或暫時維持過熱汽溫為額定值)，但最終使其過熱汽溫穩定，主要還是通過燃水比的調節來實現。

超臨界機組給水控制系統設計中通常采用中間點溫度和中間點焓值作為燃水比的反饋信號。由于中間點焓在負荷變化過程中靈敏度和線性度具有明顯優勢，對燃水比失調反應迅速，而且焓值物理概念明確，不僅受溫度變化的影響，還受壓力變化的影響，代表了蒸汽的作功能力。因此采用中間點焓值控制更有利于在工況變化時的負荷控制和溫度控制。

循環流化床機組具有燃燒污染排放低的特點，而超臨界機組具有發電效率高的特點，將兩個特點相結合，開展超臨界循環流化床鍋爐研究一直是火電機組的研究方向之一。超臨界循環流化床機組在進行發電過程中，給水控制任務雖然與超臨界直吹式煤粉爐機組相同，都是為了保持中間點溫度基本不變，從而能控制最終的主蒸汽溫度，但其難點主要在于由于燃燒機制的不同,循環流化床床料中含有未燃盡的碳，在動態過程中無法簡單通過鍋爐入爐燃料量來實現燃水比控制。超臨界機組給水流量的波動對機組負荷、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度等機組運行重要過程參數均產生較大影響。因此，需要對機組給水流量進行精確控制，才能使機組運行穩定。即給水泵要根據能保持熱量平衡的給水流量指令向鍋爐中供水，即需要計算給水流量指令。

目前，計算超臨界直吹式煤粉爐機組給水流量指令的方法是：采用燃料指令經靜態轉換函數計算后，再經多級慣性環節擬合燃燒過程后得到。