CN102278768A - 电站锅炉暖风器节能优化控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电站锅炉暖风器控制系统。电站锅炉暖风器节能优化控制系统，系统由暖风器→疏水器→疏水箱→疏水泵→除氧器依次连接组成一个去除氧器疏水子系统，还由暖风器→疏水器→凝汽器依次连接组成一个去凝汽器疏水子系统，控制系统采用PLC控制器进行双回路调节，即暖风器入口蒸汽调节和疏水调节，其中暖风器入口蒸汽调节，以实测空预器冷端金属壁温为被调量，以通过露点计算结果为设定的单回路自动调节系统；疏水调节以实测暖风器疏水温度为被调量，以运行人员设定温度为设定值的暖风器疏水调节系统。本发明首次增加疏水温度控制系统，兼具汽侧和水侧调节的优点，避开了汽侧和水侧调节的缺点，扬长避短。
Description
技术领域
本发明涉及电站锅炉暖风器控制系统。
背景技术
目前国内电站锅炉为避免锅炉尾部受热面的低温腐蚀，一般采用暖风器预热风温的方式来解决。暖风器布置于空气预热器进口风道中，利用汽轮机的抽汽对低温空气进行预热以提高锅炉尾部受热面的金属壁温，防止低温腐蚀和堵灰的现象。
暖风器的作用只是保护回转式空气预热器金属不发生低温酸腐蚀以及减少积灰等，暖风器的投入并不能提高锅炉效率，暖风器出口风温越高锅炉效率下降越多，有研究成果表明，不合理暖风器的投入将使机组发电煤耗增加2～3g/Kw h，损失巨大。
表1：600MW暖风器设计参数：
| 蒸汽压力 Mpa | 0.5～0.6 |
| 蒸汽温度 °C | 160 |
| 蒸汽消耗量 t/h | 42.4 |
从上述数据看，暖风器耗能巨大，不可忽视。
决定暖风器投入的因素主要有环境温度、烟气酸露点温度等，一般当平均气温低于20℃时需要投入锅炉暖风器系统。但是由于暖风器控制系统及其疏水系统问题仍然比较多，据有关资料披露有半数电厂暖风器不能正常工作，这对锅炉的安全及经济运行产生重大的影响。
目前暖风器运行现状是：目前国内外流行的两种不同的暖风器疏水系统的设计方案，系统简繁程度是相差很大的。如图1所示，图中上方部分是目前国内各电力设计院设计以及众多老机组使用了几十年的传统方案，可以概括为“暖风器→（疏水器）→疏水箱→疏水泵→除氧器”的方式（以下简称为“去除氧器”方式）；下方部分是近年来国外普遍采用的暖风器系统，可以概括为“暖风器→疏水器→凝汽器”的方式（以下简称为“去凝汽器”方式）。
其中 “去除氧器”疏水方式理论上经济性较好，但仍存在着缺点：
1、系统复杂 ：“去除氧器”疏水方式的系统复杂、庞大，疏水箱和疏水泵都要占据很大面积，为了减少疏水泵入口汽蚀问题,疏水箱还要求有一定的高度形成压头。疏水箱属于压力容器还要有一定的容积进行汽水分离，其中的液位需经过液位计检测并根据设定的高低限去控制疏水泵的启停。疏水泵的频繁启停和进口区域汽蚀都决定了电机与泵体的高故障率，因此必须考虑设置备用泵。如果疏水箱水位计故障多，又要考虑在泵的出口处设计最小流量保护装置。同时疏水泵和除氧器的标高相差较大，必须考虑泵足够的扬程。
2、故障环节多：主要的故障环节是疏水箱的立管式水位计故障及疏水泵的经常性汽蚀问题。由于上述问题的多发性和普遍性，造成很多电厂冬季不能顺利投入锅炉暖风器系统或除盐水不能实现回收。
3、造价昂贵、维修量大。
其中“去凝汽器疏水”方式系统简单，从图1 中可以看到：“去凝汽器疏水”系统将“去除氧器疏水”系统简约到仅剩下自动疏水器这一个环节了，即疏水器可靠性就是疏水系统可靠性。因此缺点是对疏水器依赖性大，需要选择进口昂贵的疏水器。
上述两种疏水方式现在基本采用两种控制方式进行调节：汽侧调节；水侧调节。
其中汽侧调节是最常见的调节方式，如图2，通过调节加热蒸汽量来保证合适空气预热器的冷端金属壁温，这种调节方式在调节蒸汽量的同时，由于暖风器内部压力随之降低，其饱和温度随之也会降低，即暖风器的汽耗和温度都在同步改变。优点是汽侧调节可以保证暖风器疏水畅通，不积水，不存在两相流冲刷问题。缺点是对疏水器要求高，疏水系统容易出现故障。
水测调节如图3：调节阀从汽侧移至水侧，并未改变暖风器的串联关系，因此调节疏水流量相当于简介调节了蒸汽流量。由于暖风器中的压力始终是供汽压力，所以饱和温度不变。它对暖风器热负荷的调节主要是在保证合适空气预热器的冷端金属壁温的情况下，改变暖风器内部水位的高低即改变传热面积来实现的。优点是暖风器出力调节范围大；疏水温度低于蒸汽饱和温度,热能利用率高；有利于选择更低压力的蒸汽汽源,进一步提高汽轮机抽汽回热的效率；有利于提高传热温差,减少暖风器受热面积,降低制造成本。缺点是两相流冲刷问题；水击和振动问题；暖风器热应力问题；腐蚀与结冻。
综上分析目前的两种疏水方式和两种控制方式，对两种方式的优劣一直有争论，其中的误区就是把疏水系统和控制系统割裂开来。事实上疏水问题是系统可靠性的问题，控制系统是经济运行的问题。把疏水和控制综合起来才是解决问题的关键。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种电站锅炉暖风器节能优化控制系统，系统简单，控制精确。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：电站锅炉暖风器节能优化控制系统，系统由暖风器→疏水器→疏水箱→疏水泵→除氧器依次连接组成一个去除氧器疏水子系统，由暖风器→疏水器→凝汽器依次连接组成一个去凝汽器疏水子系统，控制系统采用PLC控制器进行双回路调节，即暖风器入口蒸汽调节和疏水调节，其中暖风器入口蒸汽调节，以实测空预器冷端金属壁温为被调量，以通过露点计算结果为设定的单回路自动调节系统；疏水调节以实测暖风器疏水温度为被调量，以运行人员设定温度为设定值的暖风器疏水调节系统。
所述实测空预器冷端金属壁温信号输入至PLC控制器，PLC控制器同时接收控制反馈信号，进行比对后信号输出到触摸屏，并将控制指令信号发送给去除氧器疏水子系统；实测暖风器疏水温度信号输入PLC控制器，PLC控制器将其与设定温度进行比对后，发出指令信号给去凝汽器疏水子系统。
所述空预器冷端金属壁温通过直接测量冷端金属壁温，取得真实的冷端金属壁温最低温度信号，在二次风末端扇形板位置蓄热片处加装贴片热电偶，对冷端金属壁温进行周期性测量，通过传感器无线数据采集系统采集最低温度信号送PLC控制器作为被调量。
所述传感器无线数据采集系统包括发射部分和接收部分，发射部分由传感器（温度传感器）、信号处理部分、微处理器和无线发射电路组成；接收部分由无线接收电路、微处理器和显示器组成，在微处理器控制下接收发射部分传来的数据，一组格式数据接收完毕后，由接收电路里的解码器对格式数据进行解码，获取环境当前的温度信息，进行处理判断，得出金属壁温的最低值，然后将温度显示在LED接收面板上并转换为4-20MA输出。
所述PLC控制器选用S7-300作为控制装置，完成现场信号的采集、与触摸屏的数据交换和暖风器出口空气温度的控制任务。
所述系统采用触摸屏，触摸屏作为空预器冷端金属温度控制系统的人机界面, 完成煤种、烟气参数的人工输入以及控制系统的自手动操作和参数调整。
本发明系统与同类技术相比，具有突出的实质性特点是：首次增加疏水温度控制系统，即通过疏水调节阀控制疏水温度，疏水温度可根据室外环境温度做相应改变，彻底的解决了暖风器系统疏水问题。疏水问题的解决，使得无论是“去除氧器”方式还是“去凝汽器”方式这两种热力系统都能得到可靠运行，消除了对长期以来对疏水阀的依赖。疏水能得到全部回收，节约了大量除盐水。兼具汽侧和水侧调节的优点,避开了汽侧和水侧调节的缺点，扬长避短。
另外本发明通过实测的空气预热器最低金属壁温以及优化软件来控制加热蒸汽量，消除了保护过度及保护不足，真正实现了节能优化运行。
暖风器三种调节方式的比较详见表2：
附图说明：
图1是目前暖风器两种疏水方式系统示意图。
图2是目前暖风器汽侧调节示意图。
图3是目前暖风器水侧调节示意图。
图4是本发明暖风器疏水方式系统示意图。
图5是本发明汽侧水侧双调节示意图。
图6是本发明控制系统框图。
图7是本发明
图8是本发明控制面板示意图。
图中：1、暖风器；2、疏水器；3、疏水箱；4、疏水泵；5、除氧器；6、凝汽器；7、供汽调节阀；8、疏水调节阀。
具体实施方式：
如图4所示的电站锅炉暖风器节能优化控制系统，系统由暖风器1→疏水器2→疏水箱3→疏水泵4→除氧器5依次连接组成一个去除氧器疏水子系统，去除氧器疏水子系统中暖风器入口处安装有供汽调节阀7，系统还由暖风器1→疏水器2→凝汽器6依次连接组成一个去凝汽器疏水子系统，去凝汽器疏水子系统中疏水器出口处安装有疏水调节阀8，控制系统采用PLC控制器进行双回路调节，即暖风器入口蒸汽调节和疏水调节，其中暖风器入口蒸汽调节，以实测空预器冷端金属壁温为被调量，以通过露点计算结果为设定的单回路自动调节系统；疏水调节以实测暖风器疏水温度为被调量，以运行人员设定温度为设定值的暖风器疏水调节系统。
其中空预器冷端金属壁温通过直接测量冷端金属壁温，取得真实的冷端金属壁温最低温度信号，在二次风末端扇形板位置蓄热片处加装贴片热电偶，对冷端金属壁温进行周期性测量，通过传感器无线数据采集系统采集最低温度信号送PLC控制器作为被调量。 所述传感器无线数据采集系统包括发射部分和接收部分，发射部分由传感器（温度传感器）、信号处理部分、微处理器和无线发射电路组成；接收部分由无线接收电路、微处理器和显示器组成，在微处理器控制下接收发射部分传来的数据，一组格式数据接收完毕后，由接收电路里的解码器对格式数据进行解码，获取环境当前的温度信息，进行处理判断，得出金属壁温的最低值，然后将温度显示在LED接收面板上并转换为4-20MA输出。
所述实测空预器冷端金属壁温信号输入至PLC控制器，PLC控制器同时接收控制反馈信号，进行比对后信号输出到触摸屏，并将控制指令信号发送给去除氧器疏水子系统，控制供汽调节阀的开度；实测暖风器疏水温度信号输入PLC控制器，PLC控制器将其与设定温度进行比对后，发出指令信号给去凝汽器疏水子系统，调节疏水调节阀的开度。
其中PLC控制器选用S7-300作为控制装置，完成现场信号的采集、与触摸屏的数据交换和暖风器出口空气温度的控制任务。系统采用触摸屏，触摸屏作为空预器冷端金属温度控制系统的人机界面, 完成煤种、烟气参数的人工输入以及控制系统的自手动操作和参数调整。
暖风器的作用就是保护空气预热器，一般来说，在空气预热器受热面已定时，暖风器降低了机组的经济性。因此， 应以满足锅炉防腐、堵灰的技术要求为依据，尽量选用较小温升值为宜，因为进风对热风温度的影响很小。据国外资料介绍，进风温度变化60℃时，热风温度仅变化6℃；然而空气预热器出口烟温提高22℃时，锅炉效率下降约1％，这个损失不容忽视。
表3：空气温度分别为20℃、30℃、40℃、50℃时对锅炉效率的影响.
| 序号 | 热风温度℃ | 对锅炉效率影响值（%） |
| 1 | 50℃ | 1．433 |
| 2 | 40℃ | 1．113 |
| 3 | 30℃ | 0．795 |
| 4 | 20℃ | 0．477 |
暖风器运行时其空气的温升值越大对经济性的影响也越大，因此运行中应以尾部烟道不积灰和腐蚀为准，尽可能降低其空气的温升值，以最大限度减少对经济性的影响：也就是说实际生产中应控制排烟温度略大于其烟气的露点温度。
锅炉使用的煤含有一定量的硫,在燃烧过程中S 与O2 生成SO2 ,并有少量的SO2 在Fe2O3 、V2O5 等催化剂作用下转化成SO3 。在烟气温度200 ℃以下时, SO3 与水蒸气完全结合成H2SO4 蒸气,微量的H2SO4 蒸气使烟气的露点温度显着提高。当锅炉尾部换热设备的壁面温度低于烟气露点温度时，H2SO4 蒸气就会凝结在壁面上,形成浓度约为80 %的硫酸溶液,粘附在换热器壁面上，产生酸腐蚀。
影响烟气露点温度的因素有：排烟温度、煤的含硫量、过剩空气系数、烟气中水蒸气含量等。它们的高低直接影响了烟气露点温度，因此，由这些参数决定冷端金属壁温的设定值是准确可取的。以上烟气、煤种参数可人工通过触摸屏输入或通过实际测量取得。
本套暖风器节能优化控制系统采用实测的空气预热器金属壁温做主要依据，可根据金属壁温的变化调整热风温度，可根据不同的煤种及运行参数的变化确定烟气酸露点，决不会出现保护过度。仅此一项即可使锅炉效率减少0.31%的损失。
根据研究成果，当锅炉效率每降低1%时，发电煤耗增加3.7g/KW h,以一台600MW机组，暖风器年投入5个月计算,年省标煤2462.4吨标煤,折人民币246.2万元。
疏水系统问题的解决，避免了除盐水的排放，以回收30%为例，对一台600MW机组，暖风器年投入5个月，小时疏水30T/H，除盐水价格每吨30元。年节约97.2万元。
两项节约合计,年节约343.2万元。
Claims (6)
1.电站锅炉暖风器节能优化控制系统，系统由暖风器→疏水器→疏水箱→疏水泵→除氧器依次连接组成一个去除氧器疏水子系统，其特征是：还由暖风器→疏水器→凝汽器依次连接组成一个去凝汽器疏水子系统，控制系统采用PLC控制器进行双回路调节，即暖风器入口蒸汽调节和疏水调节，其中暖风器入口蒸汽调节，以实测空预器冷端金属壁温为被调量，以通过露点计算结果为设定的单回路自动调节系统；疏水调节以实测暖风器疏水温度为被调量，以运行人员设定温度为设定值的暖风器疏水调节系统。
2.根据权利要求1所述的电站锅炉暖风器节能优化控制系统，其特征是：实测空预器冷端金属壁温信号输入至PLC控制器，PLC控制器同时接收控制反馈信号，进行比对后信号输出到触摸屏，并将控制指令信号发送给去除氧器疏水子系统；实测暖风器疏水温度信号输入PLC控制器，PLC控制器将其与设定温度进行比对后，发出指令信号给去凝汽器疏水子系统。
3.根据权利要求1或2所述的电站锅炉暖风器节能优化控制系统，其特征是：所述空预器冷端金属壁温通过直接测量冷端金属壁温，取得真实的冷端金属壁温最低温度信号，在二次风末端扇形板位置蓄热片处加装贴片热电偶，对冷端金属壁温进行周期性测量，通过传感器无线数据采集系统采集最低温度信号送PLC控制器作为被调量。
4.根据权利要求3所述的电站锅炉暖风器节能优化控制系统，其特征是：所述传感器无线数据采集系统包括发射部分和接收部分，发射部分由传感器（温度传感器）、信号处理部分、微处理器和无线发射电路组成；接收部分由无线接收电路、微处理器和显示器组成，在微处理器控制下接收发射部分传来的数据，一组格式数据接收完毕后，由接收电路里的解码器对格式数据进行解码，获取环境当前的温度信息，进行处理判断，得出金属壁温的最低值，然后将温度显示在LED接收面板上并转换为4-20MA输出。
5.根据权利要求1或2所述的电站锅炉暖风器节能优化控制系统，其特征是：所述PLC控制器选用S7-300作为控制装置，完成现场信号的采集、与触摸屏的数据交换和暖风器出口空气温度的控制任务。
6.根据权利要求1或2所述的电站锅炉暖风器节能优化控制系统，其特征是：所述系统采用触摸屏，触摸屏作为空预器冷端金属温度控制系统的人机界面, 完成煤种、烟气参数的人工输入以及控制系统的自手动操作和参数调整。
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