1、超臨界機(jī)組綜合述第1頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三目 錄一引 子概 述超臨界機(jī)組特點(diǎn)直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性直流鍋爐微過(guò)熱汽溫動(dòng)態(tài)特性超臨界機(jī)組控制策略超臨界機(jī)組啟動(dòng)系統(tǒng)二三四五六七超臨界機(jī)組保護(hù)八第2頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三一 引子1、“臨界點(diǎn)”是怎么回事水在加熱過(guò)程中存在一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)臨界點(diǎn)低于臨界點(diǎn)壓力，從低溫下的水加熱到過(guò)熱蒸汽的過(guò)程中要經(jīng)過(guò)汽化過(guò)程，即經(jīng)過(guò)水和水蒸汽共存的狀態(tài)；而如果壓力在臨界壓力或臨界壓力以上時(shí)，水在加熱的過(guò)程中就沒(méi)有汽水共存狀態(tài)而直接從水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝ＥR界點(diǎn)的主要影響參數(shù)是壓力，水的臨界點(diǎn)壓力為22.115MPa。ST飽

2、和水線飽和汽線臨界點(diǎn)水的臨界點(diǎn)第3頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三2 水和蒸汽沒(méi)有區(qū)別的狀態(tài)是怎樣的？壓力越高，水蒸汽分子間的距離和液體水分子間的距離的差距越小從而使得水和水蒸汽之間的物性差別隨著壓力升高越來(lái)越小直至達(dá)到臨界壓力時(shí)，水和水蒸汽沒(méi)有差別，在同一溫度下，要么全部是水，要么全部為氣（其實(shí)是很“稠密”的蒸汽）。溫度/壓力/bar亞臨界超臨界水分子密度與壓力、溫度關(guān)系第4頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三3 水和汽之間的區(qū)別僅在于分子間距離水和汽之間的區(qū)別僅僅是分子間距離分子間距離在一定距離范圍內(nèi)就稱為水分子間距離超過(guò)這個(gè)界限就稱為汽溫度/壓

3、力/bar亞臨界超臨界水分子密度與壓力、溫度關(guān)系第5頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三4 微觀解釋 臨界或超臨界壓力下，溫度較低時(shí)，水分子之間的距離緊密，處于液態(tài)水的狀態(tài)。隨著溫度的升高，分子動(dòng)能增大，分子間距離逐漸變大，宏觀上看就是水的體積膨脹，或比容增大。當(dāng)達(dá)到臨界溫度時(shí)，分子之間的距離大于液體水分子之間距離的上限，則水在這瞬間就全部由水變成了蒸汽，之后的加熱過(guò)程中，水蒸汽溫度升高，分子間距離繼續(xù)增大，宏觀上水蒸氣體積膨脹，比容變大。 第6頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三6、 “超臨界”是什么意思？當(dāng)流體的壓力和溫度超過(guò)一定的值（臨界點(diǎn)）時(shí)，流

4、體會(huì)處于一種介乎于液態(tài)和氣態(tài)的中間態(tài)，稱為超臨界態(tài)。 對(duì)鍋爐來(lái)說(shuō),主蒸汽壓力超過(guò)（大于）臨界點(diǎn)壓力（22.12MPa)的工況第7頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三超臨界壓力下朗肯循環(huán)過(guò)程的TS圖第8頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三7 超臨界鍋爐和直流鍋爐是一回事嗎超臨界鍋爐從壓力上分類直流鍋爐從有無(wú)汽包分類超臨界鍋爐一定是直流鍋爐直流鍋爐不一定是超臨界鍋爐，可以是亞臨界或以下壓力鍋爐直流爐可以適用于任何壓力，但如果壓力太低，則不如自然循環(huán)鍋爐，所以一般應(yīng)用在P16MPa的鍋爐上。當(dāng)然超（超）臨界參數(shù)鍋爐必須采用直流型式 第9頁(yè)，共79頁(yè)，2022年

5、，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三 循環(huán)倍率超臨界壓力鍋爐水冷壁出口蒸汽干度為；亞臨界壓力汽包鍋爐水冷壁出口蒸汽干度為.；超高壓汽包鍋爐水冷壁出口蒸汽干度為.第10頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三二、概述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)。火電機(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（1617Mpa538/538），凈效率約為3738%，煤耗330350g； 超臨界機(jī)組（2428Mpa538/538），凈效率約為4041%，煤耗310320g； 超超臨界機(jī)組（28MPa以上、566/566以上），凈效率約為4446%，煤耗28

6、0300g。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。第11頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三熱力學(xué)理論認(rèn)為，在22.129MPa、溫度374時(shí)，水的汽化會(huì)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(wú)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。第12頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三超臨界鍋爐有什么優(yōu)勢(shì)?1、熱效率高，節(jié)約燃料朗肯循環(huán)熱效率隨主蒸汽壓力、溫度的升高而提高，超臨界壓力機(jī)組比亞臨界機(jī)組

7、熱效率提高23%。2、污染排放低，保護(hù)環(huán)境低NOx排放低CO2排放第13頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三直流鍋爐沒(méi)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(guò)加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱受熱面。進(jìn)口工質(zhì)為水，出口工質(zhì)為過(guò)熱蒸汽。由于沒(méi)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(guò)熱受熱面之間都沒(méi)有固定的分界線。加熱區(qū)和過(guò)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(dòng)阻力，壓力有所降低，相應(yīng)的飽和溫度也有所下降。第14頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三直流鍋爐的特點(diǎn):（1） 取消汽包，能快速啟停。與

8、自然循環(huán)鍋爐相比，直流爐從冷態(tài)啟動(dòng)到滿負(fù)荷運(yùn)行，變負(fù)荷速度可提高一倍左右。（2）壓力適應(yīng)性廣。適用于亞臨界和超臨界以及超超臨界壓力鍋爐。（3）金屬耗量少。鍋爐本體金屬消耗量最少，鍋爐重量輕。一臺(tái)300MW自然循環(huán)鍋爐的金屬重量約為5500t7200t，相同等級(jí)的直流爐的金屬重量?jī)H有4500t5680t，一臺(tái)直流鍋爐大約可節(jié)省金屬2000t。加上省去了汽包的制造工藝，使鍋爐制造成本降低。第15頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（4）水泵壓頭高。水冷壁的流動(dòng)阻力全部要靠給水泵來(lái)克服，這部分阻力約占全部阻力的2530。所需的給水泵壓頭高，既提高了制造成本，又增加了運(yùn)行耗電量。（

9、5）需要專門的啟動(dòng)系統(tǒng)。直流鍋爐啟動(dòng)時(shí)約有30額定流量的工質(zhì)經(jīng)過(guò)水冷壁并被加熱，為了回收啟動(dòng)過(guò)程的工質(zhì)和熱量并保證低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)水冷壁管內(nèi)有足夠的重量流速，直流鍋爐需要設(shè)置專門的啟動(dòng)系統(tǒng)，而且需要設(shè)置過(guò)熱器的高壓旁路系統(tǒng)和再熱器的低壓旁路系統(tǒng)。加上直流鍋爐的參數(shù)比較高，需要的金屬材料檔次相應(yīng)要提高，其總成本不低于自然循環(huán)鍋爐。第16頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（6）需要汽水分離器 系統(tǒng)中的汽水分離器在低負(fù)荷時(shí)起汽水分離作用并維持一定的水位，在高負(fù)荷時(shí)切換為純直流運(yùn)行，汽水分離器作為通流承壓部件。（7）需要較高的質(zhì)量流速 為了達(dá)到較高的質(zhì)量流速，必須采用小管徑水冷壁。這

10、樣，不但提高了傳熱能力而且節(jié)省了金屬，減輕了爐墻重量，同時(shí)減小了鍋爐的熱慣性。第17頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（8）熱慣性小水冷壁的金屬儲(chǔ)熱量和工質(zhì)儲(chǔ)熱量最小，即熱慣性最小，使快速啟停的能力進(jìn)一步提高，適用機(jī)組調(diào)峰的要求。但熱慣性小也會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，它使水冷壁對(duì)熱偏差的敏感性增強(qiáng)。當(dāng)煤質(zhì)變化或爐內(nèi)火焰偏斜時(shí)，各管屏的熱偏差增大，由此引起各管屏出口工質(zhì)參數(shù)產(chǎn)生較大偏差，進(jìn)而導(dǎo)致工質(zhì)流動(dòng)不穩(wěn)定或管子超溫。第18頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（9）流動(dòng)阻力大為保證足夠的冷卻能力和防止低負(fù)荷下發(fā)生水動(dòng)力多值性以及脈動(dòng)，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)的重量流速在MCR

11、負(fù)荷時(shí)提高到2000/（s）以上。加上管徑減小的影響，使直流鍋爐的流動(dòng)阻力顯著提高。600MW以上的直流鍋爐的流動(dòng)阻力一般為5.4MPa6.0MPa。第19頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（10）汽溫調(diào)節(jié)汽溫調(diào)節(jié)的主要方式是調(diào)節(jié)燃料量與給水量之比，輔助手段是噴水減溫或煙氣側(cè)調(diào)節(jié)。由于沒(méi)有固定的汽水分界面，隨著給水流量和燃料量的變化，受熱面的省煤段、蒸發(fā)段和過(guò)熱段長(zhǎng)度發(fā)生變化，汽溫隨著發(fā)生變化，汽溫調(diào)節(jié)比較困難。第20頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（11）容易發(fā)生水動(dòng)力不穩(wěn)定低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，給水流量和壓力降低，受熱面入口的工質(zhì)欠焓增大，容易發(fā)生水動(dòng)

12、力不穩(wěn)定。由于給水流量降低，水冷壁流量分配不均勻性增大；壓力降低，汽水比容變化增大；工質(zhì)欠焓增大，會(huì)使蒸發(fā)段和省煤段的阻力比值發(fā)生變化。第21頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（12）水冷壁可靈活布置由于強(qiáng)制工質(zhì)流動(dòng)，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)。水冷壁可靈活布置，可采用螺旋管圈或垂直管屏水冷壁。采用螺旋管圈水冷壁有利于實(shí)現(xiàn)變壓運(yùn)行。（13）熱偏差影響大超臨界壓力直流鍋爐水冷壁管內(nèi)工質(zhì)溫度隨吸熱量而變，即管壁溫度隨吸熱量而變。因此，熱偏差對(duì)水冷壁管壁溫度的影響作用顯著增大。第2

13、2頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（14）存在傳熱惡化的可能變壓運(yùn)行的超臨界參數(shù)直流爐，在亞臨界壓力范圍和超臨界壓力范圍內(nèi)工作時(shí)，都存在工質(zhì)的熱膨脹現(xiàn)象。在亞臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)膜態(tài)沸騰；在超臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)類膜態(tài)沸騰。第23頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三(15) 直流爐的啟動(dòng)膨脹現(xiàn)象 直流鍋爐一點(diǎn)火，蒸發(fā)受熱面內(nèi)的水是在給水泵推動(dòng)下強(qiáng)迫流動(dòng)。隨著熱負(fù)荷的逐漸增大，水溫不斷升高，一旦達(dá)到飽和溫度，水就開始汽化，工質(zhì)比容明顯增大。這時(shí)會(huì)將汽化點(diǎn)以后管內(nèi)工質(zhì)向鍋爐出口排擠，使進(jìn)入啟動(dòng)分離器的工質(zhì)容積流量比鍋爐入口的容積流量明顯增大，這種現(xiàn)象

14、即稱為膨脹現(xiàn)象。第24頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象的基本原因是蒸汽與水的比容差別太大。啟動(dòng)時(shí)，蒸發(fā)受熱面內(nèi)流過(guò)的全部是水，在加熱過(guò)程中水溫逐漸升高，中間點(diǎn)的工質(zhì)首先達(dá)到飽和溫度而開始汽化，體積突然增大，引起局部壓力升高，猛烈地將其后面的工質(zhì)推向出口，造成鍋爐出口工質(zhì)的瞬時(shí)排出量很大。 啟動(dòng)時(shí)，膨脹量過(guò)大將使鍋內(nèi)工質(zhì)壓力和啟動(dòng)分離器的水位難于控制。 第25頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三影響膨脹量大小的主要因素有：?jiǎn)?dòng)分離器的位置。啟動(dòng)分離器越靠近出口，汽化點(diǎn)到分離器之間的受熱面中蓄水量越多，汽化膨脹量越大，膨脹現(xiàn)象持續(xù)的時(shí)間也越長(zhǎng)

15、。啟動(dòng)壓力。啟動(dòng)壓力越低，其飽和溫度也越低，水的汽化點(diǎn)前移，使汽化點(diǎn)后面的受熱面內(nèi)蓄水量大，汽水比容差別也大，從而使膨脹量加大。 給水溫度。給水溫度高低，影響工質(zhì)開始汽化的遲早。給水溫度高，汽化點(diǎn)提前，汽化點(diǎn)后部的受熱面內(nèi)蓄水量大，使膨脹量增大。燃料投入速度。燃料投入速度即啟動(dòng)時(shí)的燃燒率。燃燒率高，爐內(nèi)熱負(fù)荷高，工質(zhì)溫升快，汽化點(diǎn)提前，膨脹量增大。第26頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（16）啟停速度受汽機(jī)限制啟停速度和變負(fù)荷速度受過(guò)熱器出口集箱的熱應(yīng)力限制，但主要限制因素是汽輪機(jī)的熱應(yīng)力和脹差。第27頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（17）給水

16、品質(zhì)要求高進(jìn)入鍋爐的給水全部變?yōu)檎羝o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。直流鍋爐要求的給水品質(zhì)高，要求凝結(jié)水進(jìn)行100的除鹽處理。第28頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（18）控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)節(jié)裝置的費(fèi)用較高。第29頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三三、超臨界機(jī)組的特點(diǎn)1超臨界直流爐沒(méi)有汽包超臨界直流爐沒(méi)有汽包環(huán)節(jié)，給水經(jīng)加熱、蒸發(fā)和變成過(guò)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(huì)自發(fā)地在一個(gè)或多個(gè)加熱區(qū)段內(nèi)移動(dòng)。因此，為了保持鍋爐汽水行程中各點(diǎn)的溫度、

17、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。第30頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三2超臨界直流鍋爐蓄能小且呈分布特性在超臨界直流爐中，由于沒(méi)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(chǔ)量和熱量?jī)?chǔ)量。工質(zhì)儲(chǔ)量是整個(gè)鍋爐管道長(zhǎng)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(duì)被動(dòng)負(fù)荷變

18、動(dòng)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。第31頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三3超臨界機(jī)組表現(xiàn)出嚴(yán)重非線性在超臨界鍋爐中，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(dòng)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(duì)象的增益和時(shí)間常數(shù)等動(dòng)態(tài)特性參數(shù)在負(fù)荷變化時(shí)大幅度變化。第32頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)

19、56分，星期三4超臨界機(jī)組強(qiáng)烈的耦合特性采用直流鍋爐，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(duì)象是一多輸入多輸出的多變量系統(tǒng)。直流鍋爐的一次循環(huán)特性，使機(jī)組的主要控制參數(shù)功率、壓力、溫度均受到了汽機(jī)調(diào)門開度、燃料量、給水量的影響。從而也說(shuō)明直流鍋爐是一個(gè)三輸入/三輸出相互耦合關(guān)聯(lián)及強(qiáng)的被控特性。第33頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三汽包水位、過(guò)熱汽溫和主汽壓來(lái)表示汽包鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，與3個(gè)主要控制量（給水流量、減溫水流量和燃料量）之間的

20、關(guān)系： 上式中的傳遞函數(shù)為上三角陣，由此也說(shuō)明汽包爐給水、汽溫和汽壓控制可采用單變量系統(tǒng)的分析方法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的較為獨(dú)立的控制系統(tǒng)。第34頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三 微過(guò)熱汽溫Tsl、過(guò)熱器溫度T和主汽壓PT來(lái)表示超臨界機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，與3個(gè)主要控制量（給水流量W、減溫水流量WJ和燃料量M）之間的關(guān)系： 主汽壓力與微過(guò)熱汽溫構(gòu)成多變量相關(guān)被控對(duì)象，而減溫水流量對(duì)主汽壓力與微過(guò)熱汽溫沒(méi)有直接影響，因此在維持燃水比的前提下，減溫水控制可按單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第35頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三 5 超臨界機(jī)組控制特點(diǎn)： （1）超臨界機(jī)組是一個(gè)

21、多輸入、多輸出的被控對(duì)象，輸入量為汽溫、汽壓和蒸汽流量，輸出量為給水量、燃料量、送風(fēng)量； （2）負(fù)荷擾動(dòng)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(guò)熱區(qū)之間無(wú)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(huì)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；第36頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三（4）從動(dòng)態(tài)特性來(lái)看，微過(guò)熱汽溫能迅速反應(yīng)過(guò)熱汽溫的變化，因此可以該信號(hào)來(lái)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(duì)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)。第37頁(yè)，共

22、79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三四、直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性 從控制特性角度來(lái)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(chǔ)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(chǔ)量的因素很多，主要有外界負(fù)荷、燃料流量和給水流量。 對(duì)于不同壓力等級(jí)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(guò)熱段吸熱量比例越大。因而，不同壓力等級(jí)直流鍋爐的動(dòng)態(tài)特性通常存在一定差異。第38頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三第39頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三1、汽機(jī)調(diào)門開度擾動(dòng) 主汽流量迅速增加，隨

23、著主汽壓力的下降而逐漸下降直至等于給水流量。 主汽壓力迅速下降，隨著主汽流量和給水流量逐步接近，主汽壓力的下降速度逐漸減慢直至穩(wěn)定在新的較低壓力。 過(guò)熱汽溫一開始由于主汽流量增加而下降，但因?yàn)檫^(guò)熱器金屬釋放蓄熱的補(bǔ)償作用，汽溫下降并不多，最終主汽流量等于給水流量，且燃水比未發(fā)生變化，故過(guò)熱汽溫近似不變。 由于蒸汽流量急劇增加，功率也顯著上升，這部分多發(fā)功率來(lái)自鍋爐的蓄熱。由于燃料量沒(méi)有變化，功率又逐漸恢復(fù)到原來(lái)的水平。第40頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三2、燃料量擾動(dòng) 燃料發(fā)生變化時(shí)，由于加熱段和蒸發(fā)段縮短，鍋 爐儲(chǔ)水量減少，在燃燒率擾動(dòng)后經(jīng)過(guò)一個(gè)較短的 延遲，蒸汽量

24、會(huì)向增加的方向變化，當(dāng)燃燒率增 加時(shí)，一開始由于加熱段蒸發(fā)段的縮短而使蒸發(fā) 量增加，也使壓力、功率、溫度增加。第41頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三 由于給水流量保持不變，因此主汽流量最終仍保 持原來(lái)的數(shù)值。但由于燃料量的增加而導(dǎo)致加熱段和蒸發(fā)段縮短，鍋爐中貯水量減少，因此主汽流量在燃料量擾動(dòng)后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲后會(huì)有一個(gè)上升的過(guò)程。 主汽壓力在短暫延遲后逐漸上升，最后穩(wěn)定在 較高的水平。最初的上升是由于主汽流量的增大，隨后保持在較高的水平是由于過(guò)熱汽溫的升高，蒸汽容積流量增大，而汽機(jī)調(diào)速閥開度不變，流動(dòng)阻力增大所致。 過(guò)熱汽溫一開始由于主汽流量的增加而略有下 降，然后

25、由于燃料量的增加而穩(wěn)定在較高的水平。 功率最初的上升是由于主汽流量的增加，隨后的 上升是由于過(guò)熱汽溫（新汽焓）的增加。第42頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三3、給水流量擾動(dòng) 當(dāng)給水流量擾動(dòng)時(shí)，由于加熱段、蒸發(fā)段延長(zhǎng)而推出一部分蒸汽，因此開始?jí)毫凸β适窃黾拥模捎谶^(guò)熱段縮短使汽溫下降，最后雖然蒸汽流量增加但壓力和功率還是下降，汽溫經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲后單調(diào)下降，最后穩(wěn)定在一個(gè)較低的溫度上。第43頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三 隨著給水流量的增加，主汽流量也會(huì)增大。 但由于燃料量不變，加熱段和蒸發(fā)段都要延長(zhǎng)。在最初階段，主汽流量只是逐步上升，在最

26、終穩(wěn)定狀態(tài)，主汽流量必將等于給水量，穩(wěn)定在一個(gè)新的平衡點(diǎn)。 主汽壓力開始隨著主汽流量的增加而增加，然后由于過(guò)熱汽溫的下降而有所回落。 過(guò)熱汽溫經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間的遲延后單調(diào)下降直至穩(wěn)定在較低的數(shù)值。 功率最初由于蒸汽流量增加而增加，隨后則由于汽溫降低而減少。因?yàn)槿剂狭课醋儯宰罱K的功率基本不變，只是由于蒸汽參數(shù)的下降而稍低 于原有水平。第44頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三五、直流鍋爐微過(guò)熱汽溫動(dòng)態(tài)特性 過(guò)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(guò)熱蒸汽溫度作為燃水比例的控制信號(hào)，通常采用微過(guò)熱汽溫作為燃水比例的校正信號(hào)。在這

27、個(gè)意義下，微過(guò)熱汽溫的動(dòng)態(tài)特性具有特殊的重要性。 微過(guò)熱汽溫又稱為中間點(diǎn)溫度。第45頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三第46頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三第47頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三 以微過(guò)熱汽溫作為燃水比的校正信號(hào)時(shí)，其過(guò)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(guò)熱汽溫過(guò)熱度越小，遲延越小。然而， 若焓值小于2847kJ kg （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(guò)熱汽溫對(duì)于燃水比例

28、關(guān)系的代表性。 經(jīng)驗(yàn)證明，微過(guò)熱蒸汽的焓值在2847kJ/kg左 右時(shí)，其特性比較穩(wěn)定。第48頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三 按照反應(yīng)較快和便于檢測(cè)等條件，通常在過(guò)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(lái)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(guò)3040s。但應(yīng)說(shuō)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)。第49頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三什么是直流爐的中間點(diǎn)溫度？在汽包鍋爐中，汽包是加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱三過(guò)程的樞紐和分界點(diǎn)。對(duì)于直流爐，它的加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱是一次完成的，沒(méi)有明確的分界。人們?nèi)藶榈?/p>

29、將其工質(zhì)具有微過(guò)熱度的某受熱面上一點(diǎn)的溫度（一般取至蒸發(fā)受熱面出口）作為衡量煤水比例是否恰當(dāng)?shù)膮⒄拯c(diǎn)，即為所謂的中間點(diǎn)溫度。第50頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三六、超臨界機(jī)組的控制策略 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(duì) 高一些，但在熱控設(shè)計(jì)方面兩者基本上沒(méi)有 大的差別。第51頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三第52頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三七、超臨界機(jī)組的啟動(dòng)系統(tǒng) 超臨界直流鍋爐與亞臨界汽包鍋爐最大的區(qū)別在于超臨界直流鍋爐設(shè)計(jì)有啟動(dòng)旁路

30、系統(tǒng)。啟動(dòng)旁路系統(tǒng)鍋爐啟動(dòng)時(shí)，需保證直流爐水冷壁的最小流量（約35%MCR），當(dāng)負(fù)荷小于35%MCR時(shí)，汽水分離器處于有水狀態(tài)（即濕態(tài)運(yùn)行），此時(shí)通過(guò)水位控制閥完成對(duì)分離器水位控制及最小給水流量控制；當(dāng)負(fù)荷上升等于或大于35%MCR時(shí)，給水流量與鍋爐產(chǎn)汽量相等，為直流運(yùn)行方式，進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行，汽水分離器變?yōu)檎羝?lián)箱使用。第53頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三 超臨界鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)是超臨界機(jī)組的一個(gè)重要組成部分。由于超臨界鍋爐沒(méi)有固定的汽水分離點(diǎn)，在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，給水量會(huì)小于爐膛保護(hù)及維持流動(dòng)穩(wěn)定所需的最小流量，設(shè)置啟動(dòng)系統(tǒng)的主要目的就是在鍋爐啟動(dòng)、低負(fù)荷運(yùn)

31、行及停爐過(guò)程中，通過(guò)啟動(dòng)系統(tǒng)建立并維持爐膛內(nèi)的最小流量，以保護(hù)爐膛水冷壁，同時(shí)滿足機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷運(yùn)行的要求。 第54頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三超臨界直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的主要任務(wù)是：1建立啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)流量，保證給水連續(xù)地通過(guò)省煤器和水冷壁，尤其是保證水冷壁的足夠冷卻和水動(dòng)力的穩(wěn)定性。 2回收鍋爐啟動(dòng)初期排出的熱水，汽水混合物，飽和蒸汽以及過(guò)熱度不足的過(guò)熱蒸汽，以實(shí)現(xiàn)工質(zhì)和熱量的回收。 3在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鍋爐各受熱面之間和鍋爐與汽機(jī)之間工質(zhì)狀態(tài)的配合。單元機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程初期，汽機(jī)處于冷態(tài)，為了防止溫度不高的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后凝結(jié)成水滴，造成葉片的水擊，啟動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)起到

32、固定蒸發(fā)受熱面終點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)汽水分離的作用。從而使給水量調(diào)節(jié)、汽溫調(diào)節(jié)和燃燒量調(diào)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，互不干擾。 4啟動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)，保護(hù)再熱器。 第55頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三啟動(dòng)系統(tǒng)分離器水位的意義在于： 啟動(dòng)分離器水位過(guò)高會(huì)造成給水經(jīng)過(guò)熱器進(jìn)入汽輪機(jī)尤其是在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)會(huì)給汽輪機(jī)帶來(lái)嚴(yán)重危害，也會(huì)使過(guò)熱器產(chǎn)生極大的熱應(yīng)力，損傷過(guò)熱器。 啟動(dòng)分離器水位過(guò)低，有可能造成汽水混合物大量排泄，使過(guò)熱器得不到充足的冷卻工質(zhì)造成超溫，即所謂的“蒸汽走短路”現(xiàn)象。第56頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三 為平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)鍋爐控制由分離器水位和最小流量控制轉(zhuǎn)換為

33、蒸汽溫度控制及給水流量控制，必須首先增加燃料量，而給水流量保持不變，這樣過(guò)熱器入口焓值隨之上升，當(dāng)過(guò)熱器入口焓值上升到定值時(shí)，溫度控制器參與調(diào)節(jié)，使給水流量增加，從而使蒸汽溫度達(dá)到與給水流量的平衡（燃水比控制蒸汽溫度）。升負(fù)荷過(guò)程中，分離器從濕態(tài)向干態(tài)轉(zhuǎn)換。第57頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三 在超臨界直流鍋爐中，為適應(yīng)變壓運(yùn)行的要求，隨啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短及啟動(dòng)頻率的大小，其啟動(dòng)系統(tǒng)存在著兩種運(yùn)行模式：一種是帶BCP（Boiler Circulation Pump鍋爐循環(huán)泵）的循環(huán)系統(tǒng)，另一種就是不帶BCP的循環(huán)系統(tǒng)。在這兩種啟動(dòng)模式中，如何確定鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)是那種模式，必須

34、考慮機(jī)組是帶基本負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)為主還是DDS運(yùn)轉(zhuǎn)（Daily Start and Stop operation）為主以及選用的燃燒設(shè)備情況后再確定最適宜該鍋爐島的啟動(dòng)系統(tǒng)。第58頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三帶BCP的循環(huán)系統(tǒng)帶BCP的啟動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)由大循環(huán)回路和小循環(huán)回路組成 。 大循環(huán)回路由汽水分離器、分離器儲(chǔ)水罐和儲(chǔ)水罐水位控制閥（361閥）組成。小循環(huán)回路由汽水分離器、分離器儲(chǔ)水罐、BCP循環(huán)泵（包括其輔助系統(tǒng)）和360閥組成。第59頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三第60頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三BCP循環(huán)泵的輔助

35、系統(tǒng)包括：再循環(huán)泵的加熱系統(tǒng)、再循環(huán)泵加熱管路排水系統(tǒng)、再循環(huán)泵過(guò)冷管系統(tǒng)、再循環(huán)泵最小流量回流管路、再循環(huán)泵沖洗系統(tǒng)（包括高壓水沖洗和低壓水沖洗系統(tǒng)）、再循環(huán)泵冷卻水系統(tǒng)。第61頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三 最小流量回流管路的設(shè)置是為了改善BCP的調(diào)節(jié)特性及防止再循環(huán)泵過(guò)熱而設(shè)置的； 過(guò)冷管系統(tǒng)的設(shè)置是為了防止在快速降負(fù)荷時(shí)，再循環(huán)泵進(jìn)口循環(huán)水發(fā)生閃蒸； 再循環(huán)泵的加熱管路設(shè)置是為了防止再循環(huán)泵受到熱沖擊；再循環(huán)泵的高壓沖洗系統(tǒng)是為了防止再循環(huán)泵馬達(dá)部分的冷卻水系統(tǒng)異常，低壓沖洗系統(tǒng)的設(shè)置是在鍋爐停止運(yùn)行進(jìn)行化學(xué)清洗時(shí)，防止再循環(huán)泵馬達(dá)進(jìn)水；再循環(huán)泵冷卻水系統(tǒng)是為

36、了控制再循環(huán)泵馬達(dá)部分的水溫。第62頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三帶BCP循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 從啟動(dòng)時(shí)間看，配置高低壓汽機(jī)旁路與鍋爐循環(huán)泵是可以確保最短的啟動(dòng)時(shí)間；從鍋爐熱效率看，帶BCP循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)由于在啟動(dòng)時(shí)利用了高、低壓加熱器及爐內(nèi)的熱量，因此相比較沒(méi)有BCP循環(huán)泵的系統(tǒng)而言，其熱效率要高。 但是帶BCP循環(huán)泵的系統(tǒng)由于輔助系統(tǒng)多，設(shè)備費(fèi)用高，增加的投資大，而且系統(tǒng)的復(fù)雜隨之也帶來(lái)了每年必需的高額檢查維修費(fèi)用。第63頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三運(yùn)行操作在鍋爐啟動(dòng)工況下，由分離器到361閥到冷凝器的大循環(huán)管路是在冷啟動(dòng)時(shí)供水再循環(huán)

37、和啟動(dòng)過(guò)渡階段控制分離器儲(chǔ)水罐水位用的。 第64頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三在冷啟動(dòng)時(shí)，鍋爐先要進(jìn)行冷態(tài)清洗，清洗后的爐水通過(guò)361閥后的排污管排出系統(tǒng)外，水質(zhì)達(dá)到一定要求后，關(guān)閉361出口排污閥，爐水通過(guò)361閥到冷凝器，達(dá)到鍋爐供水再循環(huán)；此時(shí)啟動(dòng)循環(huán)泵，鍋爐點(diǎn)火，進(jìn)行熱態(tài)清洗，通過(guò)爐水質(zhì)量來(lái)確定是否升溫升壓。 第65頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三在達(dá)到要求后，升溫升壓時(shí)的鍋爐水循環(huán)要求的最低流量主要通過(guò)BCP循環(huán)泵和鍋爐給水泵相互協(xié)調(diào)配合來(lái)滿足要求。此時(shí)361旁路主要用作分離器儲(chǔ)水罐水位控制用。 第66頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月2

38、0日，9點(diǎn)56分，星期三在汽水分離器進(jìn)口的水全部變?yōu)檎羝麜r(shí)，汽水分離器為干態(tài)運(yùn)行，此時(shí)鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行狀態(tài)，BCP停運(yùn)，360閥、361閥關(guān)閉，鍋爐進(jìn)入滑壓運(yùn)行狀態(tài)。第67頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三在停爐、快速降負(fù)荷或MFT工況下，在鍋爐由直流運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)檠h(huán)運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)361旁路及再循環(huán)泵來(lái)達(dá)到循環(huán)，此時(shí)由分離器出口的壓力參數(shù)進(jìn)行控制。隨后的操作由鍋爐給水泵和再循環(huán)泵進(jìn)行協(xié)調(diào)配合來(lái)滿足運(yùn)行要求。第68頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三不帶BCP的循環(huán)系統(tǒng)不帶BCP的啟動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)由汽水分離器、分離器儲(chǔ)水罐和儲(chǔ)水罐水位控制閥（361閥）組成。與帶BCP的循環(huán)系統(tǒng)相比就是不包括BCP泵、360閥及其BCP的輔助系統(tǒng)部分。第69頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三第70頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)56分，星期三運(yùn)行操作 由于這是一條獨(dú)立的管路，在直流運(yùn)行前，送至省煤器的水經(jīng)水冷壁加熱后，送到汽水分離器，流體在汽水分離器內(nèi)分離成水和飽和蒸汽。水在分離器儲(chǔ)水罐水位控制閥（361閥）的控制下，由分離器儲(chǔ)水罐再返至冷凝器，這一階段為循環(huán)運(yùn)行。361閥可在循環(huán)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)使汽水分離器分離出的多余的水（為此需確保BFP提供至少不少于保護(hù)爐膛的最少給水量的前提下）由儲(chǔ)水罐回到凝汽器，來(lái)達(dá)到控制汽水分離