鍋爐深度余熱利用技術(shù)改造后造成除氧器水位失調(diào)的解決對(duì)策

莫布林

（韶關(guān)市坪石發(fā)電廠有限公司 生產(chǎn)技術(shù)部，廣東 韶關(guān) 512229）

鍋爐深度余熱利用技術(shù)具有減少鍋爐排煙熱損失，降低發(fā)電機(jī)組供電煤耗，提高電站效率的作用［1］，近幾年來(lái)得到廣泛的應(yīng)用，各發(fā)電企業(yè)紛紛采用該技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)改造。進(jìn)行鍋爐深度余熱利用技術(shù)改造，可能會(huì)給原系統(tǒng)帶來(lái)不良影響，若不解決該問(wèn)題，將影響到余熱利用系統(tǒng)投用，降低技術(shù)改造的預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益，甚至影響到原系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

本文對(duì)因余熱利用技術(shù)改造后造成除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)失調(diào)的問(wèn)題進(jìn)行分析，針對(duì)產(chǎn)生問(wèn)題的原因提出了3種解決方案，通過(guò)對(duì)比選擇了改造自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案，以期能夠快速、經(jīng)濟(jì)地解決問(wèn)題。

1 改造前系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

某廠300 MW循環(huán)流化床機(jī)組的汽機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)如圖1所示。經(jīng)處理裝置處理過(guò)的凝結(jié)水流過(guò)軸封冷卻器后分成兩路：一路去8#和7#低壓加熱器，另外一路去鍋爐冷渣器。然后兩路凝結(jié)水在6#低壓加熱器進(jìn)口管前匯合，匯合后的凝結(jié)水再流經(jīng)6#和5#低壓加熱器后，到達(dá)除氧器。在軸封冷卻器的出口和8#低壓加熱器的進(jìn)口之間的管道上安裝一臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)到除氧器的凝結(jié)水流量，除氧器的水位主要依靠此調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，在軸封冷卻器與鍋爐冷渣器之間的管道上也安裝一臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)冷渣器的冷卻 水量。

圖1 改造前凝結(jié)水系統(tǒng)

1.2 除氧器水位控制

除氧器運(yùn)行時(shí)，正常水位值是400～800 mm。低于400 mm時(shí)，發(fā)出水位低報(bào)警；高于800 mm時(shí)，發(fā)出水位高報(bào)警；水位高于850 mm時(shí)，除氧器溢流閥將打開(kāi)進(jìn)行放水；若達(dá)到900 mm時(shí)，除氧器將解列。在運(yùn)行中，相比水位低報(bào)警，除氧器更容易造成水位高報(bào)警，所以將除氧器水位維持在500 mm附近運(yùn)行，即除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值設(shè)置為500 mm［2］。

2 改造后系統(tǒng)

2.1 深度余熱利用系統(tǒng)

2.1.1 余熱利用裝置

在引風(fēng)機(jī)后、脫硫吸收塔前布置一套深度煙氣余熱回收裝置。在余熱回收裝置內(nèi)部，煙氣與煙氣換熱器里的氟塑料管內(nèi)的熱媒水換熱，將熱量轉(zhuǎn)移給熱媒水，熱媒水的熱量再通過(guò)凝結(jié)水換熱器轉(zhuǎn)移給凝結(jié)水。流經(jīng)余熱利用凝結(jié)水換熱器的凝結(jié)水來(lái)自軸封冷卻器出口，被加熱后回到6#低壓加熱器入口管道。余熱利用裝置通過(guò)將煙氣的熱量轉(zhuǎn)移到汽機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣熱量的回收利用［3-4］。

2.1.2 余熱利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)

機(jī)組在75%額定工況下，煙氣溫度由135℃降低至70±5℃，熱媒水溫度由47℃上升至95℃，所需的凝結(jié)水冷卻水量為535 t/h，凝結(jié)水由38.52℃被加熱至85℃。

2.2 改造后的凝結(jié)水系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

改造后的凝結(jié)水系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 改造后凝結(jié)水系統(tǒng)

2.2.2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)

由圖2看出，余熱利用系統(tǒng)的凝結(jié)水換熱器出口熱媒水溫度由余熱利用凝結(jié)水量調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)，即通過(guò)調(diào)節(jié)凝結(jié)水水量將換熱后的熱媒水回水溫度控制在47℃左右，而該調(diào)節(jié)閥由熱媒水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制。除氧器水位還是由原來(lái)的除氧器水位調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)。

2.3 存在的問(wèn)題

2.3.1 參數(shù)曲線

除氧器水位失調(diào)的相關(guān)參數(shù)曲線如圖3所示。

圖3 除氧器水位失調(diào)相關(guān)參數(shù)曲線

由圖3可以看出，機(jī)組負(fù)荷由200 MW下降到180 MW的過(guò)程中，熱媒水溫度基本保持不變，余熱利用凝結(jié)水量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度也保持不變，除氧器水位調(diào)節(jié)閥已經(jīng)調(diào)到最低開(kāi)度（為保持系統(tǒng)整體效率而設(shè)定除氧器水位調(diào)節(jié)閥的一個(gè)最小10%的開(kāi)度指令），除氧器水位最高上漲到712 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了給定值（500 mm）。

2.3.2 問(wèn)題描述

系統(tǒng)投用后，在機(jī)組負(fù)荷升高的情況下，除氧器水位不會(huì)出現(xiàn)失調(diào)現(xiàn)象，但在降負(fù)荷的時(shí)候，經(jīng)常出現(xiàn)因除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)失調(diào)導(dǎo)致水位高報(bào)警的現(xiàn)象。此時(shí)，運(yùn)行人員不得不提前退出余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)方式和除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，以防止除氧器水位超過(guò)允許值。在機(jī)組變負(fù)荷的時(shí)候，需監(jiān)視的參數(shù)和操作的設(shè)備多，此時(shí)又增加了運(yùn)行人員的工作量，容易出現(xiàn)兼顧不過(guò)來(lái)或操作不及時(shí)的情況，造成參數(shù)失調(diào)，影響到了機(jī)組的安全運(yùn)行。

3 原因分析

3.1 動(dòng)作過(guò)程分析

如圖3所示，在機(jī)組降負(fù)荷的時(shí)候，由于鍋爐給水量減少導(dǎo)致除氧器水位上升，除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)檢測(cè)到除氧器水位升高后，開(kāi)始關(guān)小除氧器水位調(diào)節(jié)閥，一直關(guān)到10%最小開(kāi)度，并一直保持這個(gè)開(kāi)度，此時(shí)除氧器水位仍然繼續(xù)上漲。與此同時(shí)，由于余熱利用系統(tǒng)的煙氣換熱器里的煙氣溫度還沒(méi)有下降，在一定時(shí)間內(nèi)維持原值不變，余熱利用凝結(jié)水量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度也不變，因此到余熱利用系統(tǒng)的凝結(jié)水量也基本不變。在余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)和除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)動(dòng)作正常的情況下，出現(xiàn)了水位失調(diào)的現(xiàn)象。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

從圖2看出，余熱利用系統(tǒng)的凝結(jié)水管路與進(jìn)7#和8#低壓加熱器的凝結(jié)水的管路是并聯(lián)結(jié)構(gòu)。機(jī)組在75%的額定工況下，凝結(jié)水總量大約是600 t/h，而此時(shí)余熱利用系統(tǒng)所需的凝結(jié)水量是535 t/h。除氧器水位調(diào)節(jié)閥能夠調(diào)節(jié)的水量是經(jīng)過(guò)7#和8#低壓加熱器的凝結(jié)水量，而經(jīng)過(guò)余熱利用系統(tǒng)的凝結(jié)水換熱器的凝結(jié)水量不受除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制。對(duì)于除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言，有近90%的凝結(jié)水量不受控制，所以造成了除氧器水位的失調(diào)。

從圖1看出，經(jīng)過(guò)鍋爐冷渣器的凝結(jié)水管路也是和經(jīng)過(guò)7#、8#低壓加熱器的凝結(jié)水管路并聯(lián)的，但是在75%的額定工況下冷渣器的凝結(jié)水量大約是100 t/h，占總凝結(jié)水量的比例較少，所以在余熱利用系統(tǒng)改造前沒(méi)有出現(xiàn)除氧器水位失調(diào)的情況。

綜上所述，余熱利用系統(tǒng)所需的凝結(jié)水流量占總凝結(jié)水量的比例大，且不受除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制，這是造成除氧器水位失調(diào)的主要原因，而這又與余熱利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合理、不完善有關(guān)。

4 解決方法

4.1 解決方案

系統(tǒng)改造后，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理，造成大部分的凝結(jié)水不受除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制的問(wèn)題，提出3種解決方案。

方案一：在軸封冷卻器出口的凝結(jié)水總管上增加一臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為除氧器水位調(diào)節(jié)閥，原有的除氧器水位調(diào)節(jié)閥作為7#和8#低壓加熱器的凝結(jié)水量調(diào)節(jié)閥，使得全部的凝結(jié)水均受到除氧器水位調(diào)節(jié)閥的控制，則不會(huì)造成除氧器水位失調(diào)的問(wèn)題。

方案二：將凝結(jié)水泵的調(diào)節(jié)方式改造為變頻調(diào)節(jié)［5］，通過(guò)調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)控制除氧器水位，原有的除氧器水位調(diào)節(jié)閥作為7#和8#低壓加熱器的凝結(jié)水量調(diào)節(jié)閥。凝結(jié)水泵變頻控制能夠調(diào)節(jié)全部的凝結(jié)水量，也可以解決問(wèn)題。

方案三：改造余熱利用的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（熱媒水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)），增加除氧器水位關(guān)聯(lián)條件，讓其在一定條件下參與除氧器水位的調(diào)節(jié)，不再單獨(dú)控制凝汽器換熱器出口熱媒水溫度，這也是一種解決問(wèn)題的途徑。

4.2 方案對(duì)比

從設(shè)備投資、改造工作量和節(jié)能效果等方面對(duì)以上3種方案進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

表1 方案對(duì)比表

在表1中，改造工作量影響到進(jìn)行改造所用的時(shí)間或影響到系統(tǒng)投用的時(shí)間，節(jié)能效果是指方案對(duì)原系統(tǒng)的節(jié)能效果。對(duì)于除氧器水位調(diào)節(jié)而言，變頻調(diào)節(jié)方式的節(jié)能效果優(yōu)于閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方式。

從設(shè)備的投資和影響系統(tǒng)的投用兩方面指標(biāo)看，方案三具有較大的優(yōu)勢(shì)。此外，方案三的實(shí)施無(wú)需大、小修的調(diào)停機(jī)會(huì)，只需對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯進(jìn)行改造，找到合適的控制方式和參數(shù)即可以解決問(wèn)題，因此選擇方案三。

4.3 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造

4.3.1 控制方式

由于需要余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與除氧器水位的調(diào)節(jié)，即需根據(jù)除氧器水位高、低情況來(lái)控制余熱利用系統(tǒng)的凝結(jié)水量，為此，需將原來(lái)的恒值控制系統(tǒng)（給定值不變）改為隨動(dòng)控制系統(tǒng)（給定值變化），即由除氧器水位作為條件來(lái)改變余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)的給定值。當(dāng)除氧器水位高于某一值時(shí)，提高余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)系統(tǒng)的給定值，則余熱利用凝結(jié)水量調(diào)節(jié)閥將會(huì)關(guān)小，減少了通過(guò)余熱利用凝結(jié)水換熱器的凝結(jié)水量，除氧器水位將會(huì)降低；當(dāng)除氧器水位低于某一值時(shí)，余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)退出除氧器水位的調(diào)節(jié)，恢復(fù)控制熱媒水溫度。

4.3.2 參數(shù)整定

先整定好除氧器正常水位下的余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)和除氧器水位自動(dòng)的適合調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)速度、閥門流量特點(diǎn)等系統(tǒng)特性的PID參數(shù)［6］，在滿足各自自動(dòng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，再試驗(yàn)出余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)參與除氧器水位調(diào)節(jié)的水位定值。為了保障余熱利用系統(tǒng)有較高的回收煙氣熱量效率，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先使用除氧器水位調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)水位，即參與調(diào)節(jié)的水位定值應(yīng)高于除氧器水位自動(dòng)的給定值（500 mm）。當(dāng)調(diào)節(jié)不過(guò)來(lái)時(shí)，余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)再參與水位的調(diào)節(jié)，以減少除氧器水位對(duì)余熱利用系統(tǒng)回收熱量效率的影響。經(jīng)過(guò)多種工況下的試驗(yàn)，從保障除氧器水位的安全和系統(tǒng)的效率等方面考慮，試驗(yàn)出余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)參與除氧器水位調(diào)節(jié)的合理水位值是550 mm，即高于550 mm時(shí)參與水位調(diào)節(jié)，低于550 mm時(shí)退出水位調(diào)節(jié)。另外，為了防止余熱利用凝結(jié)水換熱器里的凝結(jié)水?dāng)嗨斐稍O(shè)備損壞，將余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)輸出的最小閥門指令設(shè)置為10%，使得余熱利用凝結(jié)水量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度均在10%以上。

4.3.3 自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯

改造后的余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)邏輯的給定值如圖4所示，其他部分與原來(lái)的自動(dòng)邏輯相同。

圖4 改造后的余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)邏輯的給定值

由圖4可以看出，當(dāng)除氧器水位高于550 mm時(shí)，自動(dòng)的給定值按水位的比例增或減。水位越高，給定值越大，余熱利用凝結(jié)水量調(diào)節(jié)閥關(guān)得越快，適應(yīng)了除氧器水位的控制要求。當(dāng)水位等于或低于550 mm時(shí)，給定值恢復(fù)為設(shè)定值，退出除氧器水位的控制。另外，給定值被限定在大于40℃小于70℃的合理范圍內(nèi)。

5 改造效果

5.1 自動(dòng)調(diào)節(jié)曲線

經(jīng)過(guò)對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯的改造后，投用的某一時(shí)段相關(guān)參數(shù)曲線如圖5所示。

圖5 改造后參數(shù)曲線

在機(jī)組負(fù)荷從204 MW下降到184 MW的過(guò)程中，除氧器水位呈升高趨勢(shì)。在降負(fù)荷的初始階段，除氧器水位是515 mm，已經(jīng)高于給定值500 mm，所以除氧器水位調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小，此時(shí)熱媒水溫度稍低于給定值，余熱利用凝結(jié)水量調(diào)節(jié)閥關(guān)小，直到熱媒水溫度等于設(shè)定值后保持17%的開(kāi)度不變；當(dāng)除氧器水位上升超過(guò)550 mm時(shí)，余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始參與到除氧器水位調(diào)節(jié)中，余熱利用凝結(jié)水量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度從17%開(kāi)始下降，一直到15%，除氧器水位低于550 mm，又恢復(fù)熱媒水溫度的控制。從機(jī)組降負(fù)荷過(guò)程結(jié)束到穩(wěn)定在新的負(fù)荷上，除氧器水位最高上升到570 mm，然后又恢復(fù)到設(shè)定值500 mm附近，整個(gè)變負(fù)荷過(guò)程中水位被控制在正常的范圍內(nèi)。

5.2 投用效果

自動(dòng)投用后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察，在各種工況下除氧器水位被控制在425 mm至650 mm之間，負(fù)荷平穩(wěn)時(shí)能夠維持在500 mm附近，不用手動(dòng)干預(yù)。這說(shuō)明該方案能滿足除氧器水位控制的需求，且能盡量減少對(duì)熱媒水溫度調(diào)節(jié)的影響，但該方案在降負(fù)荷過(guò)程中會(huì)造成部分煙氣熱量的損失。

6 結(jié)論

通過(guò)將余熱利用熱媒水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由恒值控制系統(tǒng)改造為隨動(dòng)控制系統(tǒng)，解決了因鍋爐深度余熱利用技術(shù)改造后造成的除氧器水位失調(diào)問(wèn)題，又兼顧了煙氣熱量回收效率。該方案投資少，實(shí)施時(shí)間短，使得余熱利用系統(tǒng)能夠快速投入運(yùn)行，是一種短期可行的辦法。