毕业设计(论文)-300MW发电机组再热汽温控制系统设计.doc
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1、300MW 发电机组再热汽温控制系统设计 I 摘 要 本次毕业设计(论文)的题目是铁岭电厂 300MW 机组再热气温控制系统设计。通过对 机组的再热汽温控制系统进行现场实地观察、原理分析、可靠性论证,从而提出保证该 系统长期稳定处于协调控制的方案。 在大型机组中,新蒸汽在汽轮机高压缸内膨胀做功后,需再送回到锅炉再热器中加 热升温,然后再送入汽轮机中、低压缸继续做功。采取蒸汽中间再热可以提高电厂循环 热效率,降低汽轮机末端叶片的蒸汽湿度,减少汽耗等。为了提高电厂的热经济性,大 型火力发电机组广泛采用了蒸汽中间再热技术。 再热蒸汽温度控制的意义与过热蒸汽温度控制一样,是为了保证再热器、汽轮机等 热
2、力设备的安全,发挥机组的运行效率,提高电厂的经济性。再热蒸汽温度控制的任务, 是保持再热器出口蒸汽温度在动态过程中处于允许的范围内,稳态时等于给定值。 在再热蒸汽温度控制中,由于蒸汽负荷是由用户决定的,所以几乎都采用改变烟气 流量作为主要控制手段,例如改变再循环烟气流量,改变尾部烟道通过再热器的烟气分 流量或改变燃烧器(火嘴)的倾斜角度。 关键字 再热汽温,过热蒸汽,串级 沈阳工程学院毕业设计(论文) II Abstract This graduation project (paper) is through the hot steam warm control system carries
3、on the principle analysis, the reliable proof, the scene again to the TieLing three electricity 300MW units on the spot observes, guarantee this system which proposed long-term stability is in the coordination control the plan. In the large-scale unit, the new steam inflates the acting after the ste
4、am turbine high pressure cylinder, must again return to the boiler reheater in heats up elevates temperature, then sees somebody off again in the steam turbine, the low pressure cylinder continues the acting. Adopts among the steam hot to be possible to enhance the power plant circulation thermal ef
5、ficiency again, reduces the steam turbine terminal leaf blade the steam humidity, reduces the steam consumption and so on. In order to enhance the power plant the hot efficiency, the large- scale thermoelectricity generation unit has widely used among the steam again the hot technology. Again the ho
6、t vapor temperature control significance and the superheat vapor temperature control is same, is in order to guarantee thermal energy equipment and so on reheater, steam turbine securities, the display units operating efficiency, enhances the power plant the efficiency. Again the hot vapor temperatu
7、re control duty, is maintains the reheater to export the vapor temperature to be in the permission in the dynamic process in the scope, when stable state is equal to the given value. In again hot vapor temperature control, because the steam load is by the user decision, therefore nearly all uses the
8、 change haze current capacity to take the primary control method, for example the change circulates again the haze current capacity, the change rear part flue or changes the burner through the reheater haze divergence quantity (spout) the angle of tilt. Key words Reheat steam,Superheat steam,Cascade
9、 300MW 发电机组再热汽温控制系统设计 I 目录 摘 要 .I ABSTRACT .II 1 引言 .1 1.1 设计课题的目的、意义 .1 1.2 国内外现状及发展趋势 .1 1.2.1 国内背景1 1.2.2 国内现状及发展趋势2 2 火力发电厂发电工艺简介 .3 2.1 火力发电厂概述 .3 2.1.1 火力发电厂基本原理3 2.1.2 主要生产过程简述3 2.2 火电厂三大控制系统 .4 2.2.1 锅炉给水控制系统4 2.2.2 过热蒸汽温度控制系统5 2.2.3 再热蒸汽温度控制系5 3 火电厂的控制系统 .6 3.1 自动控制系统基本概念 .6 3.2 自动控制系统的分类 .
10、6 3.2.1 前馈控制系统 .6 3.2.2 反馈控制系统 .7 3.2.3 复合控制系统 .8 3.3 性能指标 .8 3.4 调节器的控制规律 .9 3.4.1 基本调节作用.10 3.4.2 调节器的控制作用.11 3.5 单回路控制系统 13 3.5.1 单回路控制系统原理分析.13 3.5.2 调节器的正反控制作用.14 3.6 串级控制系统 15 3.6.1 串级控制系统的特点.15 3.6.2 串级控制系统的设计和调节器的选型.16 沈阳工程学院毕业设计(论文) 3.7 汽水系统 17 4 再热蒸汽温度控制系统 22 4.1 火电厂再热汽温控制系统概述 22 4.1.1 再热蒸
11、汽温度控制的意义与任务.22 4.1.2 再热蒸汽的特点.22 4.1.3 再热蒸汽温度的影响因素.23 4.1.4 再热蒸汽温度控制的方法手段.23 4.2 铁岭电厂 300MW 机组再热汽温控制系统设计概述 29 4.3 铁岭电厂 300MW 机组再热汽温控制系统 SAMA 图设计说明 .30 4.3.1 摆动燃烧器控制系统.30 4.3.2 喷水减温控制系统.32 4.4 MATLAB 仿真 35 5 OVATION 介绍.40 5.1 西屋 OVATION 介绍 40 5.2 OVATION 控制系统的特点.40 结论 .42 致谢 .43 参考文献 .44 300MW 发电机组再热汽
12、温控制系统设计 1 1 引言 1.1 设计课题的目的、意义 再热蒸汽温度控制的目的与过热蒸汽温度控制一样,是为了保证再热器、汽轮机等 热力设备的安全,发挥机组的运行效率,提高电厂的经济性。再热蒸汽温度控制的任务, 是保持再热器出口蒸汽温度在动态过程中处于允许的范围内,稳态时等于给定值。 随着时代的发展,实现生产过程自动化对国民经济的发展有十分重大的意义。在火 力发电厂中实现热力过程自动化后能使机组安全、可靠、经济地运行。实现热力过程自 动化具有:(1)提高机组运行的安全可靠性;(2)提高机组运行的经济性;(3)减少 运行人员,提高劳动生产率;(4)改善劳动条件等特点。在大型机组中,新蒸汽在汽轮
13、 机高压缸内膨胀做功后,需再送回到锅炉再热器中加热升温,然后再送人汽轮机中、低 压缸继续做功。采取蒸汽中间再热可以提高电厂循环热效率,降低汽轮机末端叶片的蒸 汽湿度,减少汽耗等。为了提高电厂的热经济性,大型火力发电机组广泛采用了蒸汽中 间再热技术。因此,再热器出口蒸汽温度的控制成为大型火力发电机组不可缺少的一个 控制项目。此外,再热气温如果控制不好,容易造成再热器高温腐蚀,以及联通管泄露 等事故,所以再热气温的良好控制至关重要。某电厂在数年的运行中,由于负荷变化频 繁,一直存在微量喷水减温器出口的再热蒸汽温度波动大的问题,出现的最大温度变化 超过 140。由于再热气温完全依赖喷水减温调节,使减
14、温器后的蒸汽过热度发生很大的 波动,该点的蒸汽过热度最大变化是由 150快速降到接近饱和蒸汽温度。由于蒸汽温度 变化大,且比较频繁,经常出现很大的温度变化率,这使该处的管道经常承受很大的交 变热应力,尤其是内壁承受的热应力最大,这样经过一定时间后,就会在管道的环向焊 缝内侧产生裂纹,并逐渐向周围、外侧扩散,再进一步恶化就会影响锅炉的安全运行, 后果严重! 1.2 国内外现状及发展趋势 1.2.1 国内背景 火力发电厂在我国电力工业中占有主要地位,是我国重点能源工业之一。大型火力 发电机组在国内外发展很快,我国现以 300MW 机组为骨干机组,并逐步发展 600MW 以上 机组。目前,国外已经建
15、成单机容量 1000MW 以上的单元机组。 单元发电机组是有锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。由于其工艺 流程复杂,设备众多,管道纵横交错,有上千个参数需要监视、操作或控制,而且电能 生产还要求有高度的安全可靠性和经济性,因此,大型机组的自动化水平受到特别的重 视。目前,采用以分散微机为基础的集散型控制系统(TDCS) ,组成一个完整的控制、保 护、监视、操作及计算等多功能自动化系统。 我国自从 70 年代发展 125MW 等级的中间再热大型电站锅炉机组以来, 紧接着有 沈阳工程学院毕业设计(论文) 2 200MW ,300MW 的国产机组问世, 80 年代又相继从国外引进各种 3
16、00MW 以上的炉型, 均 无一例外为中间再热机组, 所以有关再热汽温调节问题也引起了锅炉界同仁的关注。国 产锅炉的再热汽调温方式大致上经历了 3 个发展阶段, 即: (1) 烟气再循环调温技术, 早在 70 年代上海锅炉厂生产的配 125MW 机组的 400MW 锅炉采用这一技术, 其中多数是燃煤机组。 (2) 80 年代中尾部分隔烟道挡板再热汽调温方式得到锅炉制造厂的青睐。 随后成立的北京巴威公司生产的 300MW 和 600MW 锅炉也采用了这种调温方式。 (3) 80 年代后期随大型电站锅炉引进美国 CE 公司技术后, 以 CE 公司锅炉技术特方 式之一的摆动燃烧器调节再热汽温, 已作
17、为 300MW 等以上容量锅炉的调温手段。此外, 汽汽热交换面式减温器也曾用于某些 200MW 锅炉的再热汽温调节, 但受先天性缺陷的 限制, 如管组和阀门的泄漏、调温幅度小和动态特性差等, 影响了其效能。近几年来, 随着各地工农业生产的迅猛发展,电力建设事业进展极快, 各电厂均注重降低煤耗和发电 成本, 争取低价上网, 而且由于地方电网装机总量的增大, 一些 200MW 甚至 300MW 容量 的机组作调峰运行已屡见不鲜, 低负荷运行经济性已提上日程; 过去影响机组安全运行 的问题多半已解决, 电厂领导和职能、运行管理人员所关心的已是“挖潜节能”, 故对 于再热汽调温问题已十分重视。 1.2
18、.2 国内现状及发展趋势 国内的现状是大部分执行机构老化或技术不够先进,我们国内有很好的控制理论和 控制系统,但是到执行机构这里就出现问题了!就好像一个人有灵活的大脑,却有笨拙 的四肢,无法很好的支配一样。彭城电厂再热器控制系统就是一例,它就是以摆动燃烧 器喷嘴为主要调节,微量喷水调节为辅助调节的控制手段。它的控制系统“软件”没有 问题,但是执行机构这个“硬件”就有问题了:如四角不能同时摆动、执行机构卡涩、 燃烧器摆角下垂(出现单个燃烧器下垂,也有整组燃烧器下垂),这些问题曾导致锅炉运 行中燃烧不稳定,甚至造成锅炉灭火。经多次检修处理,却不能解决这些问题,不得不 将燃烧器摆角固定在一定的角度,
19、不再参与再热汽温调节。因此微量喷水调节就成为正 常工况下汽温调整的唯一手段。由于完全依赖喷水调节再热汽温,导致运行过程中所投 入的减温水量超过设计值。如在额定设计工况下减温水用量是 5.0 t/h,实际中需投用减 温水量达到 2030 t/h。喷水量大幅度地频繁变化,导致减温器后的汽温变化幅度超过 规定范围,对减温器后的管道产生更大的热应力。 国内发展趋势是尽量恢复燃烧器摆角作为再热汽温的主调节手段;改善被控对象的 控制品质;负荷变化时,使再热汽温尽可能稳定。 300MW 发电机组再热汽温控制系统设计 3 2 火力发电厂发电工艺简介 2.1 火力发电厂概述 火力发电厂是利用化石燃料燃烧释放的热
20、能发电的动力设施,包括燃料燃烧释热和 热能电能转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件,以及为此目的设置在特定场 所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。主要有蒸汽动力发电厂、燃气 轮机发电厂、内燃机发电厂几种类型。 2.1.1 火力发电厂基本原理 电磁感应理论:任何变化的电场都要在其周围空间产生磁场,任何变化的磁场都要 在其周围空间产生电场。 热力学第一定律:热可以变为功,功也可以变为热,消耗一定热量时,必产生相当 数量的功,消耗一定量的功时,必出现相应数量的热。 热力学第二定律:高温物体的热能可以自动传递给低温物体,而低温物体的热能却 不能自动地传递给高温物体。机械能可以自动转
21、化为热能,而热能却不能自动转化为机 械能。 2.1.2 主要生产过程简述 储存在煤场中的原煤由输煤设备从煤场送到锅炉的原煤斗中,再由给煤机送到磨煤机 中磨成煤粉。煤粉送至分离器进行分离,合格的煤粉送到煤粉仓储存(仓储式锅炉)。煤粉 仓的煤粉由给粉机送到锅炉本体的喷燃器,由喷燃器喷到炉膛内燃烧(直吹式锅炉将煤粉 分离后直接送入炉膛)。燃烧的煤粉放出大量的热能将炉膛四周水冷壁管内的水加热成汽 水混合物。混合物被锅炉汽包内的汽水分离器进行分离,分离出的水经下降管送到水冷壁 管继续加热,分离出的蒸汽送到过热器,加热成符合规定温度和压力的过热饱和蒸汽,经管 道送到汽轮机做功。过热蒸汽在汽轮机内做功推动汽
22、轮机旋转,汽轮机带动发电机发电, 发电机发出的三相交流电通过发电机端部的引线经变压器升压后引出送入电网。在汽轮 机内作完功的过热蒸汽被凝汽器冷却成凝结水,凝结水经凝结泵送到低压加热器加热,然 后送到除氧器除氧,再经给水泵送到高压加热器加热后,送到锅炉继续进行热力循环。再 热式机组采用中间再热过程,把在汽轮机高压做功之后的蒸汽送到锅炉的再热器中再热, 温度合格的再热蒸汽被送到汽轮机中、低压缸继续推动汽轮机做功,如图 2-1。 以上只简单地讲述了电厂从煤到电的过程,但是实际上每个设备中所进行过程都十 分复杂,除了主要设备的工作原理、结构和系统外,还有自动控制保护以及设计计算、 经济运行等问题。 沈
23、阳工程学院毕业设计(论文) 4 图 2-1 火力发电厂生产过程 2.2 火电厂三大控制系统 2.2.1 锅炉给水控制系统 汽包锅炉给水控制的主要任务是使锅炉的给水量跟踪锅炉的蒸发量,保证锅炉进出 的物质平衡和正常运行所需的工质,对于国产 300MW 机组普通采用的汽包锅炉来说,就 是维持汽包水位在允许范围内变化。所以,锅炉给水控制又称“锅炉水位控制” 。 汽包水位间接地反映了锅炉内物质平衡状况(主要是蒸汽负荷与给水量的平衡关系) , 因此,它是表征锅炉安全运行的重要参数之一,也是保证汽轮机安全运行的重要条件之 一。汽包水位过高,会降低汽包内汽水分离装置的汽水分离效果,导致出口蒸汽水分过 多,使
24、其含盐浓度增大,从而使过热器管壁结垢而导致烧坏过热器;汽包出口蒸汽中水 分过多,还会使过热汽温产生急剧变化;而且使汽轮机叶片也易于结垢,降低汽轮机的 出力,直接影响机组运行的安全性和经济性。汽包水位过低,则会破坏锅炉的水循环, 使某些水冷壁管束得不到炉水冷却而烧坏,甚至引起锅炉爆炸事故。因此,为保证机组 安全运行,正常情况下一般限制汽包水位在-50+50mm 范围内变化。 锅炉水位实现自动控制,不仅可提高锅炉汽轮机组的安全性,还可提高锅炉运行的 经济性。采用自动控制会使锅炉的给水连续均匀、相对稳定,从而使锅炉汽压稳定,保 300MW 发电机组再热汽温控制系统设计 5 证锅炉在合适的参数下稳定运
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