CN109084293B - 一种二次再热锅炉三挡板调温控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次再热锅炉三挡板调温控制方法，通过相对地固定二次再热锅炉的尾部烟道中一个烟气调节挡板的开度，同时通过调节另外两个烟气调节挡板的开度来调节一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂。本发明针对二次再热锅炉提出一套能满足其调峰和汽温在宽负荷下达到额定值需求的调温逻辑，使得尾部三烟道乃至四烟道纯挡板调温的二次再热锅炉不仅可以实现高效率、低煤耗和灵活调节的能力，能够在升降负荷过程中实现T₀、T₁、T₂在设定值区间波动，从而使得机组在宽负荷范围达到额定参数，并且在动态升降负荷过程中减少由于汽温偏差造成的机组煤耗损失，提高机组经济性。

Description

一种二次再热锅炉三挡板调温控制方法

技术领域

本发明涉及电站锅炉的技术领域，更具体地讲，涉及一种二次再热锅炉三挡板调温控制方法。

背景技术

为了进一步降低发电燃煤机组煤耗，进一步发展洁净煤燃用技术，发展高参数大容量的二次再热锅炉是一个重点发展方向。对于二次再热锅炉，相比于一次再热锅炉需要控制主蒸汽参数、一次再热蒸汽参数之外，又需要额外控制二次再热蒸汽参数，因此相比于一次再热锅炉，需要解决二次再热锅炉对主蒸汽温度T₀、一次再热蒸汽温度T₁、二次再热蒸汽温度T₂的调节和控制。

在现有的二次再热锅炉技术中，对于二次再热锅炉再热器的调温方式包含摆动燃烧器+双烟道挡板、烟气再循环+双烟道挡板、三烟道纯挡板调节等三种方式。其以某660MW等级二次再热锅炉为例，对三种调温方式特性对比如下表1所示。

表1某660MW等级二次再热锅炉的调温方式特性对比表

综合比较可知，采用尾部三挡板调节汽温的二次再热锅炉能够实现双向调温，设备简单且可靠性高，实际运行过程中不增加机组厂用电且投资运行维护费用低，可实现二次再热的收益最大化。目前国内的能源结构调整，新能源发电机组的发展使得传统燃煤机组需要更好的灵活性运行能力且能响应电网调节的需求。

烟气挡板调温是通过改变挡板开度，进而改变对流烟道内烟气流量来调节再热汽温。常规一次再热锅炉采用两烟道烟气挡板调节再热汽温已有成熟的调节方法和逻辑。而以尾部三烟道二次再热锅炉为例，尾部布置形成三个并联烟道，每个烟道出口分别布置烟气调节挡板，实际运行过程中通过改变挡板开度调整经过该侧烟道的烟气量使得蒸汽达到额定温度。其中，每个挡板动作时，根据并联通道流体相关特性，三个烟道的烟气流量均会发生变化，进而对锅炉出口的过热蒸汽、一次再热蒸汽和二次再热蒸汽产生影响。

并且，烟气调节挡板调节汽温的调节过程是一个反复匹配的过程，且挡板的调节具有滞后性，挡板动作之后，需要一段缓冲期才能够在蒸汽汽温上反映出来，若三个烟气调节挡板均自由调节，就存在三个调节变量，会出现多种不同的挡板开度组合，出现多值性问题，调节就变得复杂，调节逻辑容易混乱，影响调温效果并会大大增加调节时间。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能够避免多个挡板同时动作引起不同开度组合的多值性问题的二次再热锅炉三挡板调温控制方法。

本发明提供了一种二次再热锅炉三挡板调温控制方法，通过相对地固定二次再热锅炉的尾部烟道中一个烟气调节挡板的开度，同时通过调节另外两个烟气调节挡板的开度来调节一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂。

根据本发明二次再热锅炉三挡板调温控制方法的一个实施例，所述二次再热锅炉的尾部烟道中并列设置有前烟道、中烟道、后烟道，三个烟道内均布置有省煤器，三个烟道内分别布置有一次低温再热器、二次低温再热器和低温过热器，其中，每个低温受热面的水平段靠近省煤器设置并且分别与低温受热面的出口段相连，三个烟道的出口分别设置有对应于所述一次低温再热器、二次低温再热器和低温过热器的一次低再侧烟气调节挡板、二次低再侧烟气调节挡板和低过侧烟气调节挡板。

根据本发明二次再热锅炉三挡板调温控制方法的一个实施例，固定一次低再侧烟气调节挡板或者二次低再侧烟气调节挡板的开度，通过分别调节低过侧烟气调节挡板和二次低再侧烟气调节挡板或者分别调节低过侧烟气调节挡板和一次低再侧烟气调节挡板的开度来调节烟量分配并调节一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂。

根据本发明二次再热锅炉三挡板调温控制方法的一个实施例，基于机组负荷指令，通过变负荷试验优化煤水比并确定所述一次低再侧烟气调节挡板或者二次低再侧烟气调节挡板的开度预设函数，将所述开度预设函数作为所述一次低再侧烟气调节挡板或者二次低再侧烟气调节挡板的开度指令并确定预设开度值，其中，所述一次低再侧烟气调节挡板或者二次低再侧烟气调节挡板的预设开度值在运行过程中相对地固定而仅在煤质波动较大时根据实际运行情况进行调整。

根据本发明二次再热锅炉三挡板调温控制方法的一个实施例，基于机组负荷指令，在低过侧烟气调节挡板的预设开度值基础上通过调节低过侧烟气调节挡板的开度控制一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂的平均汽温，其中，以(T₁+T₂)/2＝T_Rate作为所述低过侧烟气调节挡板的控制主逻辑，将一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂的实际平均汽温与设定平均汽温T_Rate之间的偏差作为所述低过侧烟气调节挡板的开度指令来调节低过侧烟气调节挡板的开度并实现平均汽温的自动控制。

根据本发明二次再热锅炉三挡板调温控制方法的一个实施例，基于机组负荷指令，在所述二次低再侧烟气调节挡板或者一次低再侧烟气调节挡板的预设开度值基础上通过调节所述二次低再侧烟气调节挡板或者一次低再侧烟气调节挡板的开度控制一次再热蒸汽温度T₁与二次再热蒸汽温度T₂的汽温偏差，其中，以T₁-T₂＝0作为所述二次低再侧烟气调节挡板或者一次低再侧烟气调节挡板的控制主逻辑，将一次再热蒸汽温度T₁与二次再热蒸汽温度T₂的实际汽温偏差作为所述二次低再侧烟气调节挡板或者一次低再侧烟气调节挡板的开度指令来调节所述二次低再侧烟气调节挡板或者一次低再侧烟气调节挡板的开度实现汽温偏差的自动控制。

根据本发明二次再热锅炉三挡板调温控制方法的一个实施例，其特征在于，将基于机组负荷指令的各烟气调节挡板的预设开度值作为前馈信号，根据实际运行情况对所述各烟气调节挡板的预设开度值进行调整。

根据本发明二次再热锅炉三挡板调温控制方法的一个实施例，所述二次再热锅炉为尾部四烟道布置锅炉，所述一个烟气调节挡板为布置有同一受热面的两个烟道的联动挡板，所述同一受热面为一次低温再热器或二次低温再热器。

本发明针对二次再热锅炉提出一套能满足其调峰和汽温在宽负荷下达到额定值需求的调温逻辑，使得尾部三烟道乃至四烟道纯挡板调温的二次再热锅炉不仅可以实现高效率、低煤耗和灵活调节的能力，能够在升降负荷过程中实现T₀、T₁、T₂在设定值区间波动，从而使得机组在宽负荷范围达到额定参数，并且在动态升降负荷过程中减少由于汽温偏差造成的机组煤耗损失，提高机组经济性。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的尾部三烟道布置的二次再热锅炉的结构示意图。

图2示出了根据本发明示例性实施例中二次低再侧烟气调节挡板的控制方式示意图。

图3示出了根据本发明示例性实施例中低过侧烟气调节挡板的控制方式示意图。

图4示出了根据本发明示例性实施例中一次低再侧烟气调节挡板的控制方式示意图。

图5示出了实施例中某660MW尾部三烟道锅炉在30％BMCR～50％BMCR升负荷过程中的再热汽温变化规律。

图6示出了实施例中某660MW尾部三烟道锅炉在50％BMCR～75％BMCR升负荷过程中的再热汽温变化规律。

图7示出了实施例中某660MW尾部三烟道锅炉在75％BMCR～100％BMCR升负荷过程中的再热汽温变化规律

附图标记说明：

1-前烟道、2-中烟道、3-后烟道、4-一次低再侧烟气调节挡板、5-二次低再侧烟气调节挡板、6-低过侧烟气调节挡板、7-前省煤器、8-中省煤器、9-后省煤器、10-一次低温再热器水平段、11-二次低温再热器水平段、12-低温过热器水平段、13-一次低温再热器出口段、14-二次低温再热器出口段、15-低温过热器出口段、16-包墙。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明针对现有技术中通过挡板调节汽温时多挡板同时动作引起不同开度组合的多值性问题进行研究，发现纯挡板调温在锅炉固定负荷工况下，在一个挡板开度固定的情况下***达到平衡时，其它两个挡板最终会出现一个开度组合与之适应，这样就能够有效避免三个挡板同时动作引起不同开度组合的多值性问题，使得在锅炉负荷变动时，依靠本发明的控制方法即可指导挡板各执行机构动作，简化调节逻辑并提高锅炉的变负荷响应能力，有较好的实用性和推广价值，是对尾部三烟道体系的二次再热锅炉的有力配套控制逻辑。

根据本发明的示例性实施例，所述二次再热锅炉三挡板调温控制方法通过相对地固定二次再热锅炉的尾部烟道中一个烟气调节挡板的开度，同时通过调节另外两个烟气调节挡板的开度来调节一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂。其中，开度相对固定的烟气调节挡板优选为低温再热器侧烟气调节挡板，但也不排除为低温过热器侧烟气调节挡板。

本发明的上述控制方法适用于尾部三烟道布置的二次再热锅炉，同样也适用于尾部四烟道布置的二次再热锅炉，当二次再热锅炉为尾部四烟道布置锅炉时，将其中布置同一受热面的两个烟道的档板联动形成联动挡板，该同一受热面可以为一次低温再热器或二次低温再热器，则可以实际简化为三档板控制方法，本方法同样适用。

接下来以尾部三烟道布置的二次再热锅炉为例对本发明的控制方法进行具体说明。

图1示出了根据本发明示例性实施例的尾部三烟道布置的二次再热锅炉的结构示意图。

如图1所示，根据本发明，该二次再热锅炉的尾部烟道中并列设置有前烟道1、中烟道2、后烟道3，三个烟道由包墙16分隔并且内部均布置有省煤器，即前烟道1中布置有前省煤器7，中烟道2中布置有中省煤器8，后烟道3中布置有后省煤器9。

三个烟道内分别布置有一次低温再热器、二次低温再热器和低温过热器，每个低温受热面的水平段靠近省煤器设置并且分别与低温受热面的出口段相连，即一次低温再热器水平段10与一次低温再热器出口段13相连，二次低温再热器水平段11与二次低温再热器出口段14相连，低温过热器水平段12与低温过热器出口端段15相连。在本发明中，二次再热锅炉中的一次低温再热器、二次低温再热器、低温过热器可布置在三个烟道中的任一烟道内且布置位置可互换。

三个烟道的出口分别设置有对应于一次低温再热器、二次低温再热器和低温过热器的一次低再侧烟气调节挡板4、二次低再侧烟气调节挡板5和低过侧烟气调节挡板6。

调节时，优选地固定一次低再侧烟气调节挡板4或者二次低再侧烟气调节挡板5的开度，通过分别调节低过侧烟气调节挡板6和二次低再侧烟气调节挡板5或者分别调节低过侧烟气调节挡板6和一次低再侧烟气调节挡板4的开度来调节烟量分配并调节一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂。

在锅炉负荷变化时，通过保持一次低再侧烟气调节挡板4或者二次低再侧烟气调节挡板5的开度不变，通过低过侧烟气调节挡板6调节过热器和再热器的总体吸热(汽温)分配，再用相应的二次低再侧烟气调节挡板5或者一次低再侧烟气调节挡板4调节一次低温再热器和二次低温再热器的吸热(汽温)偏差。其中，根据理论计算和实际运行调试反馈进行预设一次低再侧烟气调节挡板4或者二次低再侧烟气调节挡板5的开度并使其开度相对地固定，在实际运行煤质变动大时，根据实际运行对预设开度进行调整，其它情况下保持开度不变。

对于尾部三烟道二次再热锅炉，经过分析研究和理论计算，在30％～100％BMCR(锅炉最大连续蒸发量)负荷工况变化时，一次低再侧烟气调节挡板4或者二次低再侧烟气调节挡板5的开度可维持不变，仅需调节另外两个烟气调节挡板即可满足汽温调节需要。

下面对三个挡板的具体调节逻辑进行详细说明。

根据本发明，基于机组负荷指令，通过变负荷试验优化煤水比并确定一次低再侧烟气调节挡板4或者二次低再侧烟气调节挡板5的开度预设函数，将该开度预设函数作为一次低再侧烟气调节挡板4或者二次低再侧烟气调节挡板5的开度指令并确定预设开度值，其中，该一次低再侧烟气调节挡板或者二次低再侧烟气调节挡板的预设开度值在运行过程中相对地固定而仅在煤质波动较大时根据实际运行情况进行调整。图2示出了根据本发明示例性实施例中二次低再侧烟气调节挡板的控制方式示意图，具体调节时如图2所示。

同样地基于机组负荷指令，在低过侧烟气调节挡板6的预设开度值基础上通过调节低过侧烟气调节挡板6的开度控制一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂的平均汽温，其中，以(T₁+T₂)/2＝T_Rate作为低过侧烟气调节挡板6的控制主逻辑，将一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂的实际平均汽温与设定平均汽温T_Rate之间的偏差作为低过侧烟气调节挡板6的开度指令来调节低过侧烟气调节挡板的开度并实现平均汽温的自动控制。也即，通过低过侧烟气调节挡板6调节过热器和再热器的总体吸热(汽温)分配并控制一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂的平均汽温。图3示出了根据本发明示例性实施例中低过侧烟气调节挡板的控制方式示意图，具体调节时如图3所示。

同时，在一次低再侧烟气调节挡板4或者二次低再侧烟气调节挡板5的开度相对地固定的情况下，在相应的二次低再侧烟气调节挡板5或者一次低再侧烟气调节挡板4的预设开度值基础上通过调节二次低再侧烟气调节挡板5或者一次低再侧烟气调节挡板4的开度控制一次再热蒸汽温度T₁与二次再热蒸汽温度T₂的汽温偏差，其中，以T₁-T₂＝0作为二次低再侧烟气调节挡板5或者一次低再侧烟气调节挡板4的控制主逻辑，将一次再热蒸汽温度T₁与二次再热蒸汽温度T₂的实际汽温偏差作为二次低再侧烟气调节挡板5或者一次低再侧烟气调节挡板4的开度指令来调节二次低再侧烟气调节挡板5或者一次低再侧烟气调节挡板4的开度实现汽温偏差的自动控制。也即，通过相应的二次低再侧烟气调节挡板5或者一次低再侧烟气调节挡板4控制一次低温再热器和二次低温再热器的吸热(汽温)偏差并控制一次再热蒸汽温度T₁与二次再热蒸汽温度T₂的汽温偏差。图4示出了根据本发明示例性实施例中一次低再侧烟气调节挡板的控制方式示意图，具体调节时如图4所示。

其中，将上述基于机组负荷指令的各烟气调节挡板的预设开度值作为前馈信号，根据实际运行情况对该各烟气调节挡板的预设开度值进行调整，可以提高适应快速响应能力，加快调节速度并减少调节时间。此外，在调试期间通过变负荷试验优化煤水比确定相对固定挡板的开度预设函数可有效优化尾部三烟道二次再热锅炉的负荷响应性，如果发生煤质变化则可以通过喷水调节煤水比，此时仅需要调整该相对固定挡板的开度预设函数，而其他两个挡板的开度控制逻辑不变。

由此可知，本发明控制方法的核心理念是：过热汽温主要依靠“水煤比+喷水”的方式并通过固定的一次低再侧烟气调节挡板或者二次低再侧烟气调节挡板调节，将(T₁+T₂)/2＝T_Rate(T_Rate是一次再热蒸汽温度和二次再热蒸汽温度的设定平均汽温)作为低过侧烟气调节挡板的控制主逻辑，将T₁-T₂＝0作为二次低再侧烟气调节挡板或者一次低再侧烟气调节挡板的控制主逻辑，上述调节手段简化清晰，可有效减少调节时间。

通过本发明的控制方法可简化尾部三烟道或四烟道布置二次再热锅炉的档板调节逻辑，避免出现多值性问题，提高锅炉变负荷响应能力，大大减少调节时间，有较好的实用性和推广价值。

图5～图7示出了某660MW尾部三烟道二次再热锅炉三个阶段的升负荷过程，在这些升负荷过程中，经过负荷指令变化后(4MW/min)，一次再热气温与二次再热汽温都能在受到扰动后，依托挡板开度的自动调整达到额定值，表明本发明技术的控制逻辑有效实用，有效提高二次再热锅炉的负荷响应性和应对灵活性运行，适应调峰的能力。

以某项目为例，以相对固定中烟道的二次低再侧烟气调节挡板开度为42度为例，不同负荷下烟气调节挡板的开度情况如下：

注：挡板调节开度区间为0～100度。

综上所述，本发明的二次再热锅炉三挡板调温控制方法在某一挡板开度相对固定的情况下，只需调节另两个挡板，在一定的机组负荷下就有固定的挡板开度组合，避免了挡板开度多值性组合造成的控制难题；在煤种变化或燃烧工况变化后，相应地调节水煤比并控制***重新设定开度相对固定的挡板开度，即可适应尾部三烟道二次再热锅炉对于煤种工况变化的适应性，在锅炉受到外部扰动后，能够通过挡板的控制逻辑迅速达到自平衡，有效减少波动时间。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种二次再热锅炉三挡板调温控制方法，其特征在于，通过相对地固定二次再热锅炉的尾部烟道中一个烟气调节挡板的开度，同时通过调节另外两个烟气调节挡板的开度来调节一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂；所述二次再热锅炉的尾部烟道中并列设置有前烟道、中烟道、后烟道，三个烟道内均布置有省煤器，三个烟道内分别布置有一次低温再热器、二次低温再热器和低温过热器，每个低温受热面的水平段靠近省煤器设置并且分别与低温受热面的出口段相连，三个烟道的出口分别设置有对应于所述一次低温再热器、二次低温再热器和低温过热器的一次低再侧烟气调节挡板、二次低再侧烟气调节挡板和低过侧烟气调节挡板，固定一次低再侧烟气调节挡板或者二次低再侧烟气调节挡板的开度，通过分别调节低过侧烟气调节挡板和二次低再侧烟气调节挡板或者分别调节低过侧烟气调节挡板和一次低再侧烟气调节挡板的开度来调节烟量分配并调节一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂，

其中，基于机组负荷指令，通过变负荷试验优化煤水比并确定所述一次低再侧烟气调节挡板或者二次低再侧烟气调节挡板的开度预设函数，将所述开度预设函数作为所述一次低再侧烟气调节挡板或者二次低再侧烟气调节挡板的开度指令并确定预设开度值。

2.根据权利要求1所述的二次再热锅炉三挡板调温控制方法，其特征在于，所述一次低再侧烟气调节挡板或者二次低再侧烟气调节挡板的预设开度值在运行过程中相对地固定而仅在煤质波动较大时根据实际运行情况进行调整。

3.根据权利要求1所述的二次再热锅炉三挡板调温控制方法，其特征在于，基于机组负荷指令，在低过侧烟气调节挡板的预设开度值基础上通过调节低过侧烟气调节挡板的开度控制一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂的平均汽温，其中，以(T₁+T₂)/2＝T_Rate作为所述低过侧烟气调节挡板的控制主逻辑，将一次再热蒸汽温度T₁和二次再热蒸汽温度T₂的实际平均汽温与设定平均汽温T_Rate之间的偏差作为所述低过侧烟气调节挡板的开度指令来调节低过侧烟气调节挡板的开度并实现平均汽温的自动控制。

4.根据权利要求1所述的二次再热锅炉三挡板调温控制方法，其特征在于，基于机组负荷指令，在所述二次低再侧烟气调节挡板或者一次低再侧烟气调节挡板的预设开度值基础上通过调节所述二次低再侧烟气调节挡板或者一次低再侧烟气调节挡板的开度控制一次再热蒸汽温度T₁与二次再热蒸汽温度T₂的汽温偏差，其中，以T₁-T₂＝0作为所述二次低再侧烟气调节挡板或者一次低再侧烟气调节挡板的控制主逻辑，将一次再热蒸汽温度T₁与二次再热蒸汽温度T₂的实际汽温偏差作为所述二次低再侧烟气调节挡板或者一次低再侧烟气调节挡板的开度指令来调节所述二次低再侧烟气调节挡板或者一次低再侧烟气调节挡板的开度实现汽温偏差的自动控制。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的二次再热锅炉三挡板调温控制方法，其特征在于，将基于机组负荷指令的各烟气调节挡板的预设开度值作为前馈信号，根据实际运行情况对所述各烟气调节挡板的预设开度值进行调整。

6.根据权利要求1所述的二次再热锅炉三挡板调温控制方法，其特征在于，所述二次再热锅炉为尾部四烟道布置锅炉，所述一个烟气调节挡板为布置有同一受热面的两个烟道的联动挡板，所述同一受热面为一次低温再热器或二次低温再热器。