燃气-蒸汽联合循环余热锅炉仪控设计探讨
- 关键词：燃气-蒸汽联合循环,余热锅炉,控制,就地设备选型
- 作者：沈明明
- 摘要：文章分析了燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉的工艺特性，讨论了余热锅炉快速启动控制、汽包水位控制、蒸汽温度控制等问题，并对就地设备选型方面提出了一定的参考意见。
0 引言
燃气-蒸汽联合循环发电装置由于其具有高效低耗、启动快、可用率高、投资省、建设周期短及环境污染少等优点，越来越得到世界各国的重视而迅速发展。在整个燃气蒸汽联合循环机组中，余热锅炉的主要作用是回收燃气轮机发电后排放烟气中的热量，产生蒸汽进而驱动蒸汽轮机发电，达到提高机组整体效率、降低环境污染的目的。现在的燃气-蒸汽联合循环机组的容量可以达到350～400MW，完全可以提供稳定的负荷，凭借其负荷变化快的特点还可以作为调峰机组使用。
余热锅炉是联合循环机组中的关键设备，流程中处于燃机和汽轮机之间，其发电功率约占联合循环总功率的1／3左右，余热锅炉的性能直接关系到整个联合循环机组的效率和安全运行。因此对余热锅炉仪控设计,保证机组稳定高效运行研究很有必要。
1 燃气-蒸汽联合循环发电余热锅炉发展
国内对燃机余热锅炉的关注可以追朔到上个世纪七十年代，由于当时的工业技术、经济能力及能源政策等诸多因素的影响，这种高技术难度的发电设备在我国一直停留在研究状态。改革开放以来，随着国民经济的发展和电力供应的需要，我国陆续引进了十多套燃气-蒸汽联合循环机组，国内制造厂开始参与余热锅炉部件的制造，并不断进行自主开发出多种压力等级、不同水循环方式以及适应不同燃料燃机的余热锅炉。在技术发展方面，国内燃机余热锅炉已从最简单的单压系统发展到双压、三压系统，锅炉可自带除氧蒸发器，给水加热器，实现了锅炉压力的多级化。
我国目前有能力制造大型燃气-蒸汽联合循环余热锅炉的厂家有杭州锅炉厂，无锡锅炉厂，上海锅炉厂，东方锅炉厂，哈尔滨锅炉厂等等；
2 燃气-蒸汽联合循环余热锅炉仪控设计
目前随着燃气轮机技术的发展，燃气轮机性能有了较大的改善，一般透平进气温度可达1350℃ ，随着燃气轮机初温的提高，不补燃余热锅炉效率大大提高，而且不补燃型余热锅炉有诸多优点:投资少、结构简单，热效率高；运行可靠，运行可靠率达到90%以上；启动速度快，20~30min从冷态到满载；目前国内已建和在建大部分燃气-蒸汽联合循环机组燃气初温较高, 配套的余热锅炉主要以不补燃余类型为主。下面以典型的9F 不补燃、立式、三压、自然循环余热锅炉为例谈一下在仪控设计配套方面的想法：
2.1 余热锅炉主要工艺简介
烟气系统：燃气轮机排出的热烟气经膨胀节和进气管进入余热锅炉，在余热锅炉中换热后变成冷烟气排入大气。
汽水系统：
预热器/低压系统：来自冷凝器的冷凝水经过预热器加热后，进入低压汽包。进入低压汽包的给水，一部分作为高压给水和中压给水分别进入高压给水泵和中压给水泵，另一部分由下降管引入低压蒸发器，蒸发吸热后上升进入低压汽包进行汽水分离。低压饱和蒸汽由低压汽包上部的低压饱和蒸汽引出管引出，进入低压过热器吸热，然后被送入汽轮机低压缸。
中压系系统：中压给水泵将给水送往中压汽包。水经下降管、低压蒸发器、中压汽包、中压过热器产生过热蒸汽,中压过热蒸汽然后与汽轮机高压缸作功出来的冷再热蒸汽相混合后，进入再热器，经过一级减温器后，进入后一级再热器后作为再热蒸汽被送到汽轮机的中压缸。
高压系统：高压给水泵把来自低压汽包的部分给水送入高压省煤器1级、高压省煤器2级加热后，进入高压汽包。进入高压汽包的给水，由高压蒸发器下降管引入高压蒸发器，蒸发吸热后上升进入高压汽包进行汽水分离。高压饱和蒸汽则由高压汽包上部的高压饱和蒸汽引出管引出，进入高压过热器1级，经过一级减温器后，进入高压过热器2级，然后作为高压过热蒸汽被送到汽轮机的高压缸。
2.2 余热锅炉控制设计
余热锅炉与常规锅炉相比无燃烧系统，仅有烟气系统、汽水系统，系统相对简单，但是余热锅炉热源是燃气轮机的高温排气，余热锅炉在整个燃气-蒸汽联合循环系统中是个被动的设备，受燃气轮机出口烟气波动影响很大，所有控制功能的设计要使余热锅炉能适应快速启动，能在多变工况下平稳运行。
2.2.1 余热锅炉快速启动控制
余热锅炉快速启动是指改变联合循环的启炉方式，使锅炉的启动尽量少或不影响燃机简单循环的正常运行，并且大大缩短启动时间，让汽机较快地冲转并网，满足电网的需要。
为了尽可能缩短启动时间，联合循环电站通常采用滑参数启动方式，即在锅炉参数达到一定值时就启动汽轮机，锅炉的启动与暖管、暖机和汽轮机的启动基本上同时进行。在启动过程中，锅炉送出的蒸汽参数逐渐升高，蒸汽参数及流量按汽轮机暖机、升速和带负荷的需要而逐渐变化。当锅炉出口蒸汽参数以及蒸发量达到额定值时，汽轮机也刚好带上额定负荷，启动程序结束。滑参数启动具有一系列优点，也加快了余热锅炉的快速启动，但工艺系统及控制方案也在一定程度上制约着余热锅炉的快速启动，此方面主要影响因素有：
（1）余热锅炉受热和承压部件热应力的制约，体现在对升温升压速率的控制上；
（2）主蒸汽管道较长且疏水管径小造成其暖管、疏水时间较长；
（3）烟气流量的调整；
（4）汽包水位的剧烈波动。
针对以上问题，提高余热锅炉启动速度的措施有：
（1）系统上适当缩短主蒸汽管道长度及加大疏水管径；本体疏水系统配置电动阀门，主控程序通过燃机速度、疏水管液位等参数来控制电动阀门的开关，减少暖管、疏水过程中运行人员的人工干预，由此来缩短暖管、疏水时间；
（2）尽量避免冷态启炉且设置邻炉加热系统；
a、通过主蒸汽管路排汽阀或蒸汽旁路系统来释放蒸汽,有效控制温升速率；
b、在高负荷启动下，调整烟气挡板开度，控制进入余热锅炉的烟气热量。传统上，余热锅炉系统烟气挡板为全开全关型，不具备调节功能。在高负荷启动下，系统只有通过调整燃机负荷来控制烟气热量，进而控制温升速率。
（4）在热态启动时，烟气挡板的开关会造成烟气负荷的极大扰动，进而造成汽包虚假水位的产生，触发汽包水位保护条件，余热锅炉紧急跳闸。在控制方案中，烟气扰动作为汽包水位测量的屏蔽条件，有效屏蔽虚假水位。
发布时间：2010年12月8日 16:30 人气：
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