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超超临界机组给水定向给氧装置控制优化


0、引言

近几年国内新上火电厂普遍采用超临界、超超临界机组,高参数机组的给水系统如果采用还原性处理的话会造成水冷壁结垢速率高,主要原因是在省煤器段存在着严重的流动加速腐蚀(FAC)。为避免这一现象,普遍采用给水加氧的方式提高给水系统的氧化还原电位(ORP),使管壁表面形成更稳定致密双层氧化膜,内层四氧化三铁,外层为三氧化二铁。但是传统的加氧方式又可能对锅炉的氧化皮形成、剥落造成不良影响,因此国内安徽电科院、浙江电科院分别提出了弱加氧和定向加氧运行方式,其原理是尽量控制加氧量使给水系统形成致密氧化膜,而后续系统不见氧,规避争议。



1、给水定向加氧系统

国内目前采用的定向加氧方式按照加氧点分有三种,只在除氧器下降管的单点加氧,精处理混床出口和除氧器下降管都加的两点加氧,还有除了两点加氧外增加高加汽测加氧点的三点加氧。其本质都是在机组启动初期,通过手动旁路提高加氧量,使给水系统氧化膜快速形成,等到省煤器出口见氧后开始控制加氧量,理论上所加的氧只要能修复日常运行时可能损坏的氧化膜就够了,从而确保省煤器段能消耗完,蒸汽中仍能保持本底氧量。我公司采用单点加氧,加氧系统的设计如图1所示:

图1    加氧系统示意图

该系统依赖氧气瓶出口减压阀确保氧气压力稳定,通过两个缓冲罐提高系统氧量的缓冲性,降低氧量波动。通过质量流量控制器控制系统加氧量,质量流量控制器自动控制参数主要为给水流量信号和省煤器入口溶氧数值,以这两个参数进行PID调节,保证系统加氧量稳定。当质量流量控制器故障时可以通过旁路阀进行手动加氧。



2、给水定向加氧数值波动大的原因

理论上这套系统可以确保给水系统溶氧量可控,使省煤器入口溶氧控制在20~40μg/L,启动分离器和末过溶氧几乎不见氧。但是在实际运用时发现给水的溶氧波动很大,有时甚至会超过200μg/L,无法满足控制要求。其产生的原因主要和机组负荷波动有关。7、8号机组负荷基本在50%至100%范围内波动,除氧器下降管的压力在0.7MPa~1.2 MPa波动。由于气体的可压缩性,加氧管路内的氧气随着背压的变化被压缩或扩散,压缩时导致加氧量下降,扩散时导致加氧量上升。加氧管路越长,压缩、扩散效应越明显。由于氧气在管路中的压缩和扩散导致自动加氧产生了严重的滞后和振荡,尤其是在机组快速降负荷时质量流量控制器根据给水流量比例调节下降的量无法抵消加氧管路中氧气压力下降扩散的量,当省煤器入口溶氧上升时再调节质量流量控制器已经无法控制,造成后续系统溶氧超标。

图2    除氧器下降管压力趋势图

另外由于质量流量控制器属于高精度的调节装置,对介质要求很高。当氧气中含水或者给水系统水发生倒灌时容易发生故障,造成调节特性差或者空行程过长也会引起给水系统溶氧的大幅波动。



3、模拟人工智能定向加氧法

为防止后续系统溶氧超标,很多时候我们只有采用手动加氧。当负荷变化大时关闭加氧电动阀,当省煤器出口ORP下降时再次打开。从运行操作的角度来说,不可能频繁的调节质量流量控制器,也不可能一直关注省煤器出口ORP,因此重新设计了一套控制程序,克服原来手动加氧或自动加氧的局限性。

根据相关文献机组给水段加氧后一旦形成致密的氧化膜,短时间内即使不加氧也不会破坏氧化膜,从图3中可以看到即使停止加氧一周,给水段铁仍基本小于1.0μg/L。

图3  停止加氧一周铁含量测定

因此将原来通过给水溶解氧含量和给水流量参数PID调节加氧调节阀修改为:通过除氧器出口溶解氧含量控制加氧电动阀的开关,通过给水流量参数比例调节加氧调节阀。提前控制系统加氧量,将加氧电动阀保护关的值设定为:省煤器入口溶氧大于40gμg/L,启动分离器出口溶氧大于5μg/kg,末过溶氧大于3μg/kg,除氧器出口溶解氧大于给定值延时5S(数值现场调试确定),省煤器出口溶解氧大于40μg/L。确保当任一数据超过设定值立即关闭加氧电动阀,加氧调节阀自动关闭。

给水加氧电动阀自动开条件设置为:省煤器入口溶解氧小于10μg/L,省煤器出口溶解氧小于10μg/L,除氧器出口溶解氧小于10μg/L,启动分离器出口溶氧小于3μg/kg,末过溶氧小于2μg/kg。以上5个条件全部满足,加氧电动阀和加氧调节阀自动打开。

经过修改后,整个加氧程序实现了自动控制,满足了超超临界机组给水定向加氧要求启动分离器出口和末过不见氧的要求。

4、结语

由于气态加氧的特性,很难确保给水溶氧值稳定在20μg/L左右,尤其是目前火电机组普遍深度调峰,机组负荷波动范围极大,氧量波动范围相比之前明显增大。从系统本质来讲,只有气态改液态才是优解。后续可进行技改,改换西安热工院目前主推的液态恒值加氧法,彻底解决氧气压缩严重引起氧量 剧烈波动的问题。

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