超临界MCS说明.docx
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超临界MCS说明.docx
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超临界MCS说明
上海锅炉厂有限公司
SHANGHAIBOILERWORKS,LTD.
2010年11月
锅炉调节控制
系统的基本技术要求
988-1-8618
2101t/h超临界压力直流锅炉
SG-2101/25.40-M988
产品型号
MODELOFPRODUCT
产品名称
NAMEOFPRODUCT
编号
SERLESNO.
编制日期
PREPAREDBYDATE
校对日期
CHECKEDBYDATE
审核日期
REVIEWEDBYDATE
批准日期
APPROVEDBYDATE
目录
1锅炉概况
2锅炉调节控制系统的基本技术要求
3锅炉启动系统的基本控制要求
2×660MW超临界机组锅炉
调节控制系统(简称MCS)的基本技术要求
1锅炉概况
1.1锅炉为超临界参数变压直流炉,采用定—滑—定运行方式,单炉膛、四角切向燃烧、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。
2锅炉调节控制系统的基本技术要求
超临界锅炉与亚临界汽包锅炉在自动控制方面有所不同,其实质是直流锅炉与汽包锅炉之间的差别,因为超临界锅炉必须是直流锅炉;直流炉与汽包炉在运行原理及特性上有较大差别,因此自控设计人员要了解超临界锅炉的设计特点,在软件设计中将直流锅炉特点以量化加以贯彻。
在汽包锅炉中给水流量的变化,仅影响汽包水位,而在燃料量变化时又仅仅改变蒸汽压力和流量,因此锅炉给水量、燃料量、汽温控制等都是相对独立的,亦即:
给水→水位;燃料→产汽量及汽压;喷水→汽温。
在直流锅炉中,由于没有汽包,蒸发与过热受热面之间没有固定的分界线,当给水量或燃料量变化时都会引起蒸发量、汽温和汽压的同步变化,相互有牵制,关系密切,这样给控制系统的设计和调整增加了灵活性,也增添了复杂性。
不过,如果掌握了直流锅炉的运行特性及控制经验,对超临界锅炉的自控也就不成为难题,现有的自控设计理念和先进的装备,已足够满足要求。
随着超临界机组蒸汽压力的升高,直流锅炉中间点汽温(通常取启动分离器出口汽温)和过热器出口汽温控制点的温度变动惯性增加(亦即比热增加),时间常数和延迟时间相应增大,在燃料或给水量扰动时,超临界或超临界锅炉的蒸汽温度变化具有更大惯性。
在超临界机组起动和低负荷运行期间,必须投入启动旁路系统,因此也增加了锅炉起动系统对控制的要求。
从以上几点可知,超临界锅炉更难于控制,情况更复杂了一些。
在规定的运行工况下,必须维持某些比例常数,而在变工况下必须使这些比例按一定规律变化,而在启动和低负荷时,要求更大幅度地改变这些比例,以得到宽范围领域的自动控制。
为此,必须设计更完善的闭环控制系统,在启动工况更多的采用变参数变定值技术,所有控制功能应在前馈技术的基础上完成,并连续地校正控制系统的增益。
总之,超临界机组与相同容量的亚临界汽包炉相比,自动化系统的规模,即所需的自动控制和仪表装置大致相同,但超临界锅炉更为复杂一些,要求自控设计人员与锅炉设计人员配合,了解直流锅炉运行特点,运用更先进的控制理论和更完美的控制策略。
2.1MCS主要包括如下控制回路:
(1)启动方式选择(冷态、温态、热态)
(2)机组主控
(3)RUNBACK
(4)RUN-UP/RUN-DOWN
(5)磨煤机一次风机流量和温度控制
(6)煤量控制
(7)给水泵控制
(8)一次风压差(ΔP)控制
(9)暖炉油量和雾化介质压力控制
(10)锅炉风量控制
(11)SOFA挡板控制
(12)燃料/辅助风挡板控制
(13)二次风量控制
(14)炉膛压力控制
(15)给水指令
(16)燃料/空气量指令
(17)分离器水位控制
(18)一级喷水减温控制
(19)二级喷水减温控制
(20)再热汽温控制(喷水)
(21)再热汽温控制(喷嘴摆动)
2.2锅炉本体MCS主要控制回路的说明
2.2.1二次风门挡板开度控制
本工程二次风门挡板执行机构分AA层、AI层、A层、AB层、BI层、B层、BC层、CI层、C层、CD层、DI层、D层、DE层、EI层、E层、EF层、FI层、F层、FF层、L-SOFA-I层、L-SOFA-II层、L-SOFA-III层、H-SOFA-I层、H-SOFA-II层、H-SOFA-III层。
燃料风挡板执行机构有:
A层、B层、C层、D层、E层、F层、AB层、CD层、EF层、;SOFA二次风挡板执行机构有:
L-SOFA-I层、L-SOFA-II层、L-SOFA-III层、H-SOFA-I层、H-SOFA-II层、H-SOFA-III层;辅助二次风挡板执行机构:
AA层、AI层、BI层、BC层、CI层、DI层、DE层、EI层、FI层、FF层(共计25层,100只执行机构)。
二次风的调节,应满足省煤器出口最佳过量空气系数,满负荷时省煤器出口氧量3.5%(过量空气系数1.2);辅助二次风、燃料风和SOFA二次风的分配关系见燃烧工程师提供的有关进行设定。
控制原则为:
A层、B层、C层、D层、E层、F层燃料风挡板的开度是给煤机转速的函数;SOFA(含CCOFA)二次风挡板是锅炉总空气流量的函数;AA层AB层、CD层、EF层、AI层、BI层、BC层、CI层、DI层、DE层、EI层、FI层、FF层二次风挡板是用来控制燃烧器大风箱与炉膛出口压差,该压差是总空气测量流量的函数。
总空气测量流量与燃烧器大风箱/炉膛出口压差间的函数关系如下:
压差(Pa)
380.8
381
635
1016
1016
总空气测量流量(%BMCR)
0
30
50
60
105
总空气测量流量与L-SOFA-I间的函数关系如下:
L-SOFA-I挡板开度(%)
0
0
20
100
100
总空气测量流量(%BMCR)
0
40
50
52.5
105
总空气测量流量与L-SOFA-II间的函数关系如下:
L-SOFA-II挡板开度(%)
0
0
80
100
100
总空气测量流量(%BMCR)
0
50
60
62.5
105
总空气测量流量与L-SOFA-III间的函数关系如下:
L-SOFA-III挡板开度(%)
0
0
80
100
100
总空气测量流量(%BMCR)
0
60
70
72.5
105
总空气测量流量与H-SOFA-I间的函数关系如下:
H-SOFA-IV挡板开度(%)
0
0
80
100
100
总空气测量流量(%BMCR)
0
70
80
82.5
105
总空气测量流量与H-SOFA-II间的函数关系如下:
H-SOFA-II挡板开度(%)
0
0
80
100
100
总空气测量流量(%BMCR)
0
80
90
92.5
105
总空气测量流量与H-SOFA-III间的函数关系如下:
H-SOFA-III挡板开度(%)
0
0
80
100
100
总空气测量流量(%BMCR)
0
90
92.5
95
105
为了保护停运燃烧器不过热烧坏,停运燃烧器挡板开度应随锅炉总空气流量的改变而作相应的调整,停运燃烧器挡板开度与总空气测量流量间的函数关系如下:
停运燃烧器挡板开度(%)
0
0
10
10
15
15
总空气测量流量(%BMCR)
0
55
60
78
80
105
2.2.2一次风机/送风机控制
2.2.3炉膛压力控制
通过调节维持炉膛固定负压,负压测点在炉膛出口处,由三只变送器测取,每个压力信号经逻辑选择器,选取中间值作为炉膛压力信号,该信号作为反馈信号送至总的炉膛负压控制站,同时送至一加法器,根据送风机指令信号,合成一先行前馈信号。
负压控制站的输出值确定引风机进口叶片的位置。
有手动/自动转换功能,让运行人员独立地调节引风机进口叶片。
2.2.4分离器水位控制
分离器水位控制通过改变三只调节阀(NWL、V-217/HWL-1、V-219/HWL-2)的开度来实现。
2.2.5油燃烧器燃料/风量控制
1.2.6燃料/风量指令
锅炉指令信号,通过最小值选择器,交叉限止总空气量信号,该选择器输出二个输入值的最小的一个,作为固体燃料变化指令信号,送至固体燃料主控,选用最小值信号确保维持燃烧室中空气/燃料之比大的风量。
2.2.7总风量流量测量
总风量流量测量包括总一次风流量测量和总二次风流量测量。
2.2.8再热汽温控制
再热汽温控制是以调节燃烧器喷嘴摆动角为主,控制再热汽温在设定值;当调节燃烧器喷嘴摆动执行机构调温,再热汽温仍高于设定值,则采用事故喷水减温控制汽温,最后把锅炉再热蒸汽温度控制在设定值。
事故喷水减温控制采用燃料量微分信号、主蒸汽流量微分信号作前馈的串级控制;燃烧器喷嘴摆动调温采用总风量测量流量信号作前馈的单回路控制。
2.2.9过热器汽温控制
过热器汽温控制在纯直流负荷以前,采用喷水减温控制;在纯直流负荷以后,以控制煤水比为主,喷水减温为辅。
一级喷水减温的最终控制目标为二级喷水减温器前后温差;二级喷水减温控制采用常规的燃料量微分信号、主蒸汽流量微分信号作前馈的串级控制
3锅炉启动系统的基本控制要求
3.1启动系统运行方式
对于直流炉来讲,为了确保水冷壁在低负荷时有效的冷却,通过水冷壁的流量不能小于某个值(30%BMCR暂定),即最低直流负荷。
当机组启动和停炉时,启动系统投入使用,由于启动系统要经历不同的运行状态,故须采用不同的控制方式,且能平稳,自动地切换。
1)机组启动水位控制到温度控制的切换
图4.1-1
图4.1-1表明,由锅炉给水自动控制分离器水位,负荷逐渐增加,一直到纯直流负荷方式后切换到温度自动控制方式。
在I阶段以前,按照冷态、温态及热态启动方式,顺序启动锅炉及相关的锅炉辅机;分离器水位由NWL、HWL-1、HWL-2控制。
I阶段:
省煤器入口的给水流量保持在某个最小常数值(30%BMCR暂定);当燃料量逐渐增加时,随之产生的蒸汽量也增加,从分离器下降管返回的水量逐渐减小,分离器入口湿蒸汽的焓值增加。
①点:
分离器入口蒸汽干度达到1,饱和蒸汽流入分离器,此时没有水可分离,锅炉给水流量仍保持在某个最小常数值(30%BMCR暂定)。
II阶段:
给水流量仍不变,燃烧率继续增加,在分离器中的蒸汽慢慢地过热。
分离器出口实际温度仍低于设定值,温度控制还未起作用。
所以此时增加的燃烧率不是用来产生新的蒸汽,而是用来提高直流锅炉运行方式所需的蒸汽蓄热。
②点:
分离器出口的蒸汽温度达到设定值,进一步增加燃烧率,使温度超过设定值。
III阶段:
进一步增加燃烧率,给水量也相应增加,锅炉开始由定压运行转入滑压运行。
汽温信号通过选大器,温度控制系统投入运行,分离器出口的蒸汽温度由“煤水比”控制。
当锅炉负荷增加至35%BMCR(暂定),锅炉正式转入干态运行。
2)停炉温度控制到水位控制的切换
图4.1-2
图4.1-2表明,负荷降低,从纯直流锅炉方式后切换到启动运行方式,由温度控制切换到水位控制的过程:
I阶段:
锅炉负荷指令同时减少燃烧率和给水流量,汽温控制系统自动。
①点:
给水流量达到最低直流负荷流量。
II阶段:
给水流量仍不变,燃烧率继续减小,在分离器中的蒸汽过热度降低,开始有水分离出。
②点:
蒸汽过热度完全消失,流入分离器的蒸汽呈饱和状态。
III阶段:
进一步减小燃烧率,给水流量不变,分离器入口蒸汽湿度增加,分离器中开始积水,水位控制开始动作,水位控制阀(NWL,HWL-1,HWL-2)自动调节水位。
3.2启动系统阀门的作用及连锁关系
3.2.1启动系统调节阀的作用及连锁关系
1)NWL的作用
〖A〗回收工质和热量,即使在冷态启动工况下,只要水质合格和满足NWL阀的开启条件,可以通过NWL阀疏水进入除氧器水箱回收工质和热量。
〖B〗保持分离器最低水位。
NWL的连锁关系:
分离器水位(米)
0
1.2
2.7
调节阀开度(%)
0
0
100
NWL的连锁关系:
除氧器压力(MPa)
0
0.5
0.6
0.7
调节阀开度(%)
100
100
0
0
NWL的连锁关系:
分离器压力(MPa)
0
11.0
13.0
调节阀开度(%)
100
100
0
2)HWL-1(V-217)的作用
〖A〗冷态和温态启动工况下,辅助HWL-2阀排放分离器的疏水。
〖B〗当HWL-2阀关闭后,由NWL和HWL-1(V-217)共同负担排除分离器疏水,并控制分离器水位。
NWL(V-217)的连锁关系:
分离器水位(米)
0
2
5
7.5
调节阀开度(%)
0
0
80
100
3)HWL-2(V-219)的作用
〖A〗冷态启动工况下,当水质不合格和冷态、温态启动过程中,锅炉发生汽水膨胀现象进入分离器的大量疏水排至大气式扩容器。
〖B〗冷态、温态启动,使启动分离器水位不超过最高水位以防分离器满水,冲进过热器系统,危及过热器甚至汽机的安全。
HWL-2(V-219)的连锁关系:
分离器水位(米)
0
6
8
11
调节阀开度(%)
0
0
50
100
HWL-2(V-219)的连锁关系:
分离器压力(MPa)
0
6
7
调节阀开度(%)
100
100
00
3.2.2启动系统隔离阀的连锁关系
3.2.2.1启动系统NWL隔离阀的连锁关系:
满足如下所有条件且没有关指令时开启电动阀:
1)MFT或分离器水位大于1米或主蒸汽流量小于40%BMCR
2)任一给水泵投运
3)分离器出口压力小于设定值
或
满足如下所有条件且没有关指令时开启电动阀:
1)MFT或分离器水位大于1米或主蒸汽流量小于40%BMCR
2)任一给水泵投运
3)手动按钮
满足如下任一条件且主蒸汽流量大于43%BMCR或火检无火且给水泵均停,则关:
1)主蒸汽流量大于45%BMCR
2)分离器出口压力大于设定值
3)手动按钮
3.2.2.2启动系统HWL-1隔离阀(V-216)的连锁关系:
满足如下所有条件且没有关指令时开启电动阀:
1)MFT或分离器水位大于1米或主蒸汽流量小于40%BMCR
2)任一给水泵投运
或
满足如下条件且没有关指令时开启电动阀:
1)手动按钮
满足如下任一条件且主蒸汽流量大于43%BMCR或火检无火且给水泵均停,则关:
1)主蒸汽流量大于45%BMCR
2)手动按钮
3.2.2.3启动系统HWL-2隔离阀(V-218)的连锁关系:
满足如下所有条件且没有关指令时开启电动阀:
1)MFT或分离器水位大于1米或主蒸汽流量小于40%BMCR
2)任一给水泵投运
或
满足如下条件且没有关指令时开启电动阀:
1)手动按钮
满足如下任一条件且主蒸汽流量大于43%BMCR或火检无火且给水泵均停,则关:
1)主蒸汽流量大于45%BMCR
2)手动按钮
3.2.2.4启动系统暖管出口隔离阀(V-210)的连锁关系:
满足如下任一条件且没有关指令时开启电动阀:
1)分离器下降管水位大于4米且锅炉负荷大于30%BMCR
2)手动按钮
满足如下任一条件则关:
1)分离器下降管水位小于0.5米
2)MFT
3)分离器水位大于1米
4)手动按钮
5)分离器出口蒸汽饱和度小于设定值
3.2.2.5启动系统暖管进口隔离阀(V-225)的连锁关系:
满足如下任一条件且没有关指令时开启电动阀:
1)启动系统隔离阀均关
2)手动按钮
满足如下任一条件则关:
1)分离器水位大于1米
2)分离器出口蒸汽饱和度小于设定值
3)手动按钮
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