二次再热超超临界锅炉汽温协同控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种二次再热超超临界锅炉的汽温协同控制系统及其实现方法。该系统通过喷水减温器、分隔烟道挡板和摆动燃烧器等不同汽温控制设备的优化组合来协同控制二次再热超超临界塔式直流锅炉的过热蒸汽和一、二次再热蒸汽温度，确保了整个锅炉汽温控制系统具有良好的控制一致性和安全可靠性，并通过采用可调整自适应脉冲回路改善了烟气档板和摆动燃烧器的调节特性和控制精度。烧器的调节特性和控制精度。烧器的调节特性和控制精度。

【技术实现步骤摘要】
二次再热超超临界锅炉汽温协同控制系统


[0001]本专利技术涉及一种大型电站锅炉汽温控制方法，尤其涉及一种二次再热超超临界锅炉 的汽温协同控制系统及其实现方法。

技术介绍

[0002]为了提高大容量火力发电机组的经济性，通常可采用中间再热的方法来提高热力循 环的平均吸热温度，降低热耗；减少汽轮机低压末级叶片排气湿度，延长末级叶片寿命。 理论上再热级数越多热力循环效率更高，在同等条件下，采用二次再热比一次再热的机 组热效率可提高1.43～1.6％左右。但二次再热机组的主机设备和热力系统的投资明显增 加，运行控制也更为复杂。虽然从上世纪60年代起国外已经有50余台二次再热超(超) 临界机组投入运行
[1]，但从技术经济性综合考虑，其中绝大多数的超(超)临界机组仍都 采用的是一次再热。截止目前，国内已投运的数百台超(超)临界机组也大部分采用的 是一次再热形式
[2]‑
[4]。
[0003]随着燃料成本和环保压力的不断提高，近年来国际上又开始重视对二次再热机组的 研发和应用
[5][6]。欧盟、美国和日本的700℃及以上参数的先进超超临界机组都选择了二 次再热作为其研究方向之一。我国成立了产学研用联盟共同开展700℃高效清洁燃煤火力 发电机组的基础研发
[7]，并启动了超600℃二次再热燃煤超超临界机组的应用示范。
[0004]从技术经济性的角度综合考虑，在较高的超临界参数下采用二次再热方式更为合理。 而国外二次再热超超临界机组的发展也经历了一个先高后低再重新认识的马鞍型过程， 现有的大部分二次再热机组都建成于上世纪60～70年代。据不完全统计，全世界至少有 52台二次再热超(超)临界机组投入运行。其中德国共有11台二次再热超(超)临界机 组，其中1台机组为燃油和天然气锅炉，8台机组为燃煤锅炉，另外两台机组燃料情况不 明；美国共投运23台二次再热超(超)临界机组，其中5台为燃油锅炉，2台为燃油和 燃气锅炉，其它16台为燃煤锅炉，但美国二次再热机组的投运时间均较早；日本共投运 13台二次再热超(超)临界机组，其中11台机组为燃重油锅炉，2台机组为燃天然气锅 炉；另外丹麦分别有两台二次再热超超临界机组；1台为燃煤/燃油锅炉，1台为燃气锅炉。 这其中近二十年新投运的二次再热机组数量较少，仅有1989年投运的日本中部电力公司 川越电站2台700MW燃气二次再热机组(31MPa/566℃/566℃/566℃)
[4]，以及丹麦分 别在1997和1998年投运的两台415MW热电联产机组(290bar/582℃/580℃/580℃)， 即电厂
№
3燃气二次再热机组和Nordjyllands电厂
№
3燃煤/燃油二次再热机组。
[0005]毫无疑问，二次再热锅炉是整个超超临界机组中最为复杂的一个热工对象，其蒸汽 温度、压力等重要热工参数不仅关系到锅炉的运行安全，也直接影响到整个机组的经济 性。而随着锅炉设计参数的不断提高，其额定运行参数与现有的成熟金属材料允许使用 极限之间的裕量已越来越小。国内正在研发的二次再热超超临界机组，其蒸汽压力初参 数达31MPa～35MPa，过热和一次、二次再热蒸汽温度可达到605℃/620℃/620℃
[7]，已 趋近现有成熟金属材料的极限应用温度。因此，在锅炉金属材料未发生大的变化前提下， 锅炉的运
行控制就成为超600℃二次再热超超临界锅炉设计和应用的关键技术问题之一。
[0006]与以往采用一次再热的大容量电站锅炉一样，二次再热超超临界锅炉实现汽温控制 的手段也有多种，包括摆动燃烧器、分隔烟道档板、烟气再循环、过燃风和蒸汽旁路、 表面式汽汽交换器等等，但最为可靠和有效的方法仍是在锅炉各段受热面之间设置喷水 减温器，通过喷水来调节过热蒸汽和一、二次再热蒸汽的温度
[8][9]。
[0007]对超超临界直流锅炉，其过热汽温可以采用燃水比进行粗调，多级喷水作为细调
[10]； 而为了提高机组的经济性，再热汽温则多设计采用烟气侧的摆动燃烧器、分隔烟道档板 或烟气再循环等作为其主要调节方式，将再热喷水设计作为微调或事故应急手段。通常， 上述蒸汽侧和烟气侧的两类再热汽温调节手段均设计为独立的调节回路
[11]，从运行控制 的角度看都是以一种调节手段对应完成一个汽温被控参数的控制，而通过设定值偏置等 方法来实现作为备用或事故应急手段的另外一种调节回路的投入，二者一般不能同时投 入自动控制。
[0008]由于摆动燃烧器和分隔烟道档板同时影响过热和再热器的热负荷分配，而且随着大 容量电站锅炉炉膛尺寸的增大，这两种控制设备的驱动力矩和动作迟滞、回差也就更大， 其控制效果和可靠性偏低。实际运行中常因调节品质不佳和易卡涩等原因被弃之不用， 喷水仍是最可靠的一种再热汽温调节手段，其优化控制方案的研究也比较深入
[12]‑
[21]。
[0009]国外已投运的二次再热超超机组中，燃油和燃气锅炉居多。其采用烟气侧来进行再 热汽温控制相对比较容易。如日本川越电站三菱重工公司生产的二次再热超超临界锅炉 为双烟道布置型式、八角双切圆燃烧，采用了四通道分隔烟道挡板和烟气再循环联合控 制的再热汽温调节方式
[15]，在锅炉结构设计时考虑了各个汽温控制手段的独立设置，因 此其调节回路也可以保持相对独立；除川越电厂所采用的尾部四烟道结构外，经检索发 现，中国专利ZL201010603076.5也公开了一种通过采用尾部三烟道方式调节锅炉再热汽温 的方法，均是通过改变不同分置受热面的吸热比例来实现一、二次再热汽温的控制，但 相对于双烟道布置的锅炉而言，塔式布置的单烟道锅炉采用烟道档板调温方式的应用实 例较为少见，中国专利ZL201110085966.6和ZL201210335374.X提出了一种采用分隔烟道 结构的塔式锅炉的设计
[25][26]。而欧洲采用塔式布置的燃煤二次再热机组多为燃烧褐煤机 组，一般均以喷水作为主要的再热汽温调节手段
[9]，如丹麦Nordjyllands电厂3号机组为 塔式直流锅炉、四角切圆燃烧，再热汽温调节方式为喷水减温+烟气再循环，烟气再循 环主要在燃烧重油时投用，这种采用再热喷水作为主要调节手段的方法与国内的设计理 念差异较大。
[0010]由于增加了二次再热，锅炉的热负荷分配发生了很大的变化，其过热和再热蒸汽的 吸热比例将由原来的85％:15％变为约70％:30％，机组负荷、压力、以及过热汽温和一、 二次再热汽温等被控对象间的耦合更加复杂，其控制系统设计与锅炉型式、参数的关联 也更为紧密。在整个锅炉受热面布置时就必须综合考虑不同的调节方式和不同负荷情况 下过热和一、二次再热等各部分受热面吸热比例的动态变化。
[0011]通过分析总结目前国内外塔式和双烟道布置的一、二次再热锅炉摆动燃烧器、分隔 烟道档板等再热汽温控制方式所存在的主要问题和现有的改进方法
[22]‑
[29]，综合考虑定压 和滑压方式下锅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次再热超超临界锅炉汽温协同控制系统，其中锅炉过热和一、二次再热蒸汽系统的主要工艺流程及汽温控制设备包括：炉膛垂直烟道上部分置了一次和二次低温再热受热面的分隔烟道及其分隔烟道调节挡板(1)；布置于锅炉炉膛四角的倾角可调摆动燃烧器(2)，每个燃烧器包括对应的复合低NOx燃料器喷嘴和风门挡板，可通过对应的给煤机/磨煤机组(3)调节各层燃烧器喷嘴的入炉煤量；过热器和一次再热、二次再热器管路中分别布置有喷水减温器及其喷水调节阀(4)、(5)、(6)；在锅炉自动控制系统(8)中分别设计有控制分隔烟道调节挡板(1)开度的调节子回路一(11)、控制摆动燃烧器(2)倾角的调节子回路二(12)、控制各台给煤机/磨煤机组(3)给煤量的调节子回路三(13)、控制锅炉过热蒸汽喷水调节阀(4)开度的调节子回路四(14)、控制一次再热蒸汽喷水调节阀(5)开度的调节子回路五(15)、控制二次再热蒸汽喷水调节阀(6)开度的调节子回路六(16)；锅炉自动控制系统(8)中还设计有机炉协调控制系统(10)、锅炉燃水比校正回路(17)以及锅炉给水流量调节回路(18)和控制锅炉负荷的锅炉燃烧主调节回路(19)；其特征在于：锅炉自动控制系统(8)中还设计有一个汽温协同控制系统(20)，可以通过上述控制回路及其汽温调节设备的优化组合模式来分别实现过热汽温(104)、一次再热汽温(105)和二次再热汽温(106)被控对象的协同控制；汽温协同控制系统(20)包括协同指令形成回路(21)和协同模式切换逻辑回路(22)，其控制输出和控制逻辑分别作用于上述调节子回路一～六(11、12、13、14、15、16)和燃水比校正回路(17)，从而完成上述汽温控制设备及其优化组合模式的协同控制，其功能具体是由以下方法和步骤实现的：1.1.在调节子回路(11、12、13、14、15、16、17、18)中均设计有协同指令形成回路(21)的协同指令子回路(211、212、213、214、215、216、217、218)和分别置于上述各调节子回路中的标准输出指令组态模块(210)，从而分别实现上述各调节子回路的协同控制功能；1.2.协同指令形成回路(21)标准输出指令组态模块(210)包括置于各调节子回路(11、12、13、14、15、16、17、18)中的设定值偏置(31)；协同前馈信号(32)、闭锁加(45)、闭锁减(46)、迫升(33、43)、迫降(34、44)指令；以及调节子回路(11、12)协同超驰指令组态模块(221、222)的协同置位指令((36、37、38)和控制逻辑输入(47、48、49)；1.3.协同指令子回路(211、212、213、214、215、216、217、218)将根据由机组分散控制系统DCS得到的过程测点和中间计算点，分别完成不同协同逻辑的计算处理，并通过1.2.所述的标准输出指令组态模块(210)和协同超驰指令组态模块(221、222)作用于相应的调节子回路(11、12、13、14、15、16、17)；1.4.协同指令子回路(211、212、213、214、215、216、217、218)又设计分为分级协同模式(201)、平行协同模式(202)和交叉协同模式(203)，从而使得两种或两种以上的汽温控制设备及其调节子回路可以同时参与过热器出口汽温(104)、一次再热器出口汽温(105)或二次再热器出口汽温(106)的协同控制，或实现过热器出口汽温(104)、一次再热器出口汽温(105)及二次再热器出口汽温(106)调节子回路的动态解耦。2.如权利要求1所述的一种二次再热超超临界锅炉汽温协同控制系统，其特征在于：所述的分级协同模式(201)是指将两种汽温控制设备设计为正常时由其中一个的调节子回路作为主要调节子回路负责控制过热汽温(104)、一次再热汽温(105)或二次再热汽温(106)以保持其运行设定值，另外一个备用调节回路则在过热汽温(104)、一次再热汽温(105)或二次再热汽温(106)的控制偏差超过协同指令子回路(211、212、213、214、215、216、217、
218)计算出的阈值时，才投入进行调节；分级协同模式(201)是通过对应调节子回路的设定值偏置(31)或协同前馈信号(32)的可调整死区实现的，当主要调节子回路退出自动状态时，备用调节子回路将无扰切换成为主要调节子回路。3.如权利要求1所述的一种二次再热超超临界锅炉汽温协同控制系统，其特征在于：所述的平行协同模式(202)是指将两种或两种以上的汽温控制设备设计为同时承担过热器出口汽温(104)、一次再热器出口汽温(105)或二次再热器出口汽温(106)的控制，且其中一种调节子回路置于自动状态时，另外一种调节子回路可处于协同状态，从而能够在调节汽温的同时确保二次再热超超临界锅炉的运行经济性，平行协同模式(202)可以通过相应的协同指令子回路(211、212、213、214、215、216、217、218)中的协同前馈信号(32)、闭锁加(45)、闭锁减(46)、迫升(33、34)、迫降(34、44)方式实现。4.如权利要求1所述的一种二次再热超超临界锅炉汽温协同控制系统，其特征在于：所述的交叉协同模式(203)是指在承担过热汽温(104)、一次再热汽温(105)或二次再热汽温(106)控制功能的调节子回路中，设计了与承担另外一种汽温被控对象(104或105或106)控制功能的调节子回路间的关联，交叉协同模式(203)也是通过协同控制子逻辑回路(211、212、213、214、215、216、217、218)中的协同前馈(32)、输出保持(45和46)、闭锁加(45)、闭锁减(46)、迫升(33、34)、迫降(34、44)功能来实现的。5.如权利要求1所述的一种二次再热超超临界锅炉汽温协同控制系统，其特征在于：除常规调节子回路中设计的自动和手动状态之外，汽温协同控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐祥柏，陈青，刘明佳，何煦，叶敏，
申请(专利权)人：北京国电智深控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：