二次再热超超临界锅炉尾部烟道挡板开度自动调节方法与流程

2021-02-27 14:02:52|

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本发明属于火力发电技术领域，尤其涉及一种二次再热超超临界锅炉尾部烟道挡板开度自动调节方法。

背景技术：

对于二次再热超超临界锅炉来说，尾部三烟道挡板调温技术是一种结构简单、对炉膛燃烧影响较小、运行经济的调温方式。然而，三烟道挡板调温技术目前发展尚不成熟。其缺点是汽温调节的延迟时间较长，挡板的开度与汽温变化不成线性关系，大多数挡板只在0％～40％开度范围内比较有效，同时，三挡板调节时容易造成过热侧烟道、一次再热烟道及二次再热烟道调节的相互影响，调节较为复杂。

三烟道挡板调温方式缺陷的来源是多方面的，首先是挡板调温自身的结构特点决定的。挡板调温的机制是通过调节挡板开度来改变不同烟道内的局部阻力，以达到改变流量分配继而实现调控传热量。但是局部阻力与挡板开度之间并不呈现线性关系，挡板局部阻力除了受通流面积影响之外，还会受到烟气温度和流速影响，而烟气温度与流速本身就是挡板调节的对象，而这种反馈作用导致很难建立合适的显式解析表达式来预测挡板开度与流量和温度之间的关系。另一方面，对三烟道来说，中间烟道挡板的调温能力较差，且三烟道之间容易互相影响，导致调节较为复杂，目前通过自动控制方式调节流量温度较为困难，而通过人工调节达到调温目的需要耗费相当大的人力，且调节速度较慢。对二次再热超超临界锅炉来说，上述缺陷可能会带来以下不利影响：1)蒸汽温度调节较慢，容易出现较长时间超温现象；2)减温水量流量长时间处于满负荷状态，减弱了减温水调节能力；3)挡板频繁调节导致的寿命减少。故对于二次再热锅炉而言，建立一种合适的尾部烟道挡板自动调节方式是非常必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供基于冷态流量分布的三烟道二次再热超超临界锅炉尾部烟道挡板开度自动调节方法，以解决上述技术问题。

本发明提供了一种二次再热超超临界锅炉尾部烟道挡板开度自动调节方法，包括：

步骤1，基于冷态实验条件下测得的流量分布结合传热迭代计算的方法，得到三烟道挡板开度与蒸汽温度数据，并通过计算得到近似连续的挡板开度与蒸汽温度数据；

步骤2，将得到的近似连续的挡板开度与蒸汽温度数据存入关系数据库，建立挡板开度与蒸汽温度关系数据库；所述关系数据库中包括负荷、一再侧挡板开度、二再侧挡板开度、过热器侧挡板开度、一次低再出口蒸汽温度、二次低再出口蒸汽温度、低过出口蒸汽温度、一次再热出口温度、二次再热出口温度、主蒸汽温度数据；

步骤3，以负荷、一次再热出口温度、二次再热出口温度、主蒸汽温度为检索条件通过嵌套查询的方式检索步骤2所建立的挡板开度与蒸汽温度关系数据库，得到一系列的数据点；

步骤4，将步骤3中数据对象的三烟道挡板开度绘于以负荷为x轴、开度为y轴的坐标系中，得到适用于当前锅炉运行的挡板调节曲线；

步骤5，在dcs中搭建自动控制回路，在锅炉运行时，根据得到的挡板调节曲线，自动查询适合该工况的挡板开度，并自动调节至该数值。

进一步地，步骤1中所述近似连续的挡板开度与蒸汽温度数据通过多元三次样条插值方法计算得到，所述挡板开度间隔小于或等于0.5％。

进一步地，所述步骤5中还包括：

在dcs中搭建自动调节控制回路的投、退按钮，用于随时将投入或退出自动调节功能。

进一步地，所述步骤5中还包括：

在dcs中搭建自动调节的手动偏置功能，用于供运行人员实时手动微调自动调节功能。

借由上述方案，通过二次再热超超临界锅炉尾部烟道挡板开度自动调节方法，基于冷态流量分布，提供了一种能够适用于三烟道二次再热锅炉的尾部烟道挡板自动调节方式。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明二次再热超超临界锅炉尾部烟道挡板开度自动调节方法的流程图；

图2是本发明1000mw二次再热三烟道锅炉挡板调节曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参图1所示，本实施例提供了一种二次再热超超临界锅炉尾部烟道挡板开度自动调节方法，包括：

步骤s1，基于冷态实验条件下测得的流量分布结合传热迭代计算的方法，得到三烟道挡板开度与蒸汽温度数据，并通过计算得到近似连续的挡板开度与蒸汽温度数据；

步骤s2，将得到的近似连续的挡板开度与蒸汽温度数据存入关系数据库，建立挡板开度与蒸汽温度关系数据库；所述关系数据库中包括负荷、一再侧挡板开度、二再侧挡板开度、过热器侧挡板开度、一次低再出口蒸汽温度、二次低再出口蒸汽温度、低过出口蒸汽温度、一次再热出口温度、二次再热出口温度、主蒸汽温度数据；

步骤s3，以负荷、一次再热出口温度、二次再热出口温度、主蒸汽温度为检索条件通过嵌套查询的方式检索步骤s2所建立的挡板开度与蒸汽温度关系数据库，得到一系列的数据点；

步骤s4，将步骤s3中数据对象的三烟道挡板开度绘于以负荷为x轴、开度为y轴的坐标系中，得到适用于当前锅炉运行的挡板调节曲线；

步骤s5，在dcs中搭建自动控制回路，在锅炉运行时，根据得到的挡板调节曲线，自动查询适合该工况的挡板开度，并自动调节至该数值。

该二次再热超超临界锅炉尾部烟道挡板开度自动调节方法，基于冷态流量分布，提供了一种能够适用于三烟道二次再热锅炉的尾部烟道挡板自动调节方式。

下面对本发明作进一步详细说明。

本方法分为以下三部分：

一、烟气挡板结构与开度定义

1)烟气挡板为对开式活动挡板，挡板尺寸由烟道截面尺寸决定，每个烟道内不少于3对；2)每片挡板由一个固定轴支撑，固定轴与两侧烟道焊接在一起，挡板可绕固定轴进行0°-90°的旋转；3)烟气挡板由电动执行机构带动进行旋转；4)两侧的电动执行机构架设、固定于锅炉尾部烟道外部框架上；5)两侧的电动执行结构的控制回路引入机组dcs中，可由运行人员在dcs中进行远程操控；6)挡板可根据锅炉负荷的情况随时进行调节，7)挡板开度定义为挡板与烟道水平截面夹角角度除以90°。

二、挡板开度与蒸汽温度关系数据库的建立方法

在本发明中，挡板开度-蒸汽温度可以通过冷态实验配合传热迭代计算的方法计算得到。流量分布可以在冷态条件下测得，冷态实验条件应当满足下文中的冷热态参数转换原则。

1)冷热态参数转换原则

流场中动能损失值：

式中μ为气体动力黏度；va为烟道内气体平均流速；ρa为平均气体密度，c1为烟道黏性阻力系数；c2为烟道惯性阻力系数。

一般的，对于某一挡板开度组合下，c1和c2值应当是固定的，不随温度变化而变化，c1和c2只与烟道几何结构有关。

尾部烟道入口总动能：

冷态试验时气体流速应满足δe/e值与实际工况下相同。同时应满足三挡板开度之和不小于150％。

2)热态工况数据计算

a)将冷态工况下的流量数据作为初始流量；b)使用热力计算书提供的蒸汽温度作为蒸汽侧边界条件；c)使用流量分布和蒸汽温度来计算换热量；d)通过换热量计算得到新的出口蒸汽温度；e)将新的出口蒸汽温度带入c步骤；重复迭代c、d、e步骤，当迭代得到的换热量、蒸汽出口温度、流量分布数值与上次迭代得到的数值之差小于0.5％时，停止迭代，并认为此时得到较为稳定的出口蒸汽温度、换热量和流量分布，此工况下对应得蒸汽温度、换热量和流量分布即可作为实际工作条件下的三烟道调温结果。基于上述工作，可以得到对应于不同负荷下不同挡板开度组合的流量分布、出口蒸汽温度、换热量数据，即挡板开度-蒸汽温度数据。该步骤中蒸汽温度为低温过热器、低温再热器的出口蒸汽温度(后续对应的主蒸汽温度、一次再热出口汽温、二次再热出口汽温可以通过热力计算书查阅或插值得到)。

3)挡板开度-蒸汽温度数据库

a)利用步骤2)中得到的挡板开度-蒸汽温度数据，通过多元三次样条插值等方法计算得到近似连续的挡板开度-蒸汽温度数据(挡板开度间隔不超过0.5％)，将该数据存入上位机数据库中保存；b)数据存储格式为：负荷、一再侧挡板开度、二再侧挡板开度、过热器侧挡板开度、一次低再出口蒸汽温度、二次低再出口蒸汽温度、低过出口蒸汽温度、一次再热出口温度、二次再热出口温度、主蒸汽温度；c)数据库类型选择为关系数据库，可以通过嵌套查询的方式检索数据库，嵌套查询的条件为负荷、一次再热出口温度、二次再热出口温度、主蒸汽温度。

4)挡板调节曲线

a)以负荷、一次再热出口温度、二次再热出口温度、主蒸汽温度为检索条件通过嵌套查询的方式检索步骤3)所建立之数据库，可以得到一系列数据点；

b)将这些数据对象的三烟道挡板开度绘于以负荷为x轴、开度为y轴的坐标系中，可以得到适用于当前锅炉运行的挡板调节曲线，典型1000mw二次再热三烟道锅炉挡板调节曲线如图2所示。

三、基于上位机运算与dcs的挡板调温自动控制

基于步骤一和步骤二，可在dcs中搭建自动控制回路，实现三烟道二次再热超超临界锅炉尾部烟道挡板的自动调节。步骤二给出了针对此可调节导流挡板制定的烟气均流自动调节曲线的计算方法，当锅炉运行时可根据此曲线自动查询适合该工况的挡板开度，并自动调节至该数值。该自动调节方法特点如下：

1)基于前述的可调节烟气挡板实现烟气流量分布和蒸汽出口温度的自动调节；

2)挡板可调范围为0°-90°；

3)锅炉负荷较小时，再热器汽温有偏低风险；故过热器侧开度偏小；

4)在dcs中搭建自动调节的控制回路；

5)在dcs中搭建自动调节控制回路的投、退按钮，可随时将自动调节功能投入或退出；

6)在dcs中搭建自动调节的手动偏置功能，可允许运行人员实时手动微调自动调节功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。