浅谈光热发电中自动控制应用

浅谈光热发电中自动控制应用

关键词:换热区;冷盐循环;热盐循环

1、换热区控制策略

某光热发电项目,通过高温熔盐与水进行换热产生蒸汽,并推动汽轮机发电机产生电能。其中换热区的功能主要是将高温熔盐与260℃汽水进行热交换,产生高温蒸汽,再经过减温减压调阀进入常规岛汽轮机。来自热盐罐的高温熔盐通过热盐泵进入换热区,由换热区热盐调阀控制进入换热区热盐流量,热盐经过过热器、蒸发器,由蒸发器出口回冷盐罐。汽水侧系统,由给水泵出口控制上水压力,电加热器入口给水调节阀门控制进入换热区给水流量,给水经过电加热器加热至260℃,电加热器出口水温恒定260℃之后,汽水经过蒸发器、分离器、过热器,在蒸发器与分离器与热盐进行热交换,产生高温高压蒸汽。换热区设计参数550℃热盐与260℃水产生535℃蒸汽,110%负荷下,热盐流量为14.6T/h,蒸汽流量为2.45T/h,40%负荷,热盐流量为5.32T/h,蒸汽流量为0.89T/h。

a换热区熔盐温度及流量控制

防凝模式(冷盐流量调节)

冷盐由冷盐罐通过冷盐调阀进入换热区,冷盐调阀控制进入换热区冷盐流量。换热区进入冷盐循环,维持2.9T/h的熔盐流量,此运行工况称之为防凝模式。

运行模式(热盐流量调节)

换热区冷盐调阀全关,热盐调阀控制换热区熔盐流量5.32T/h以上,给水流量0.7T/h以上,整个换热区热盐与水进行热交换产生蒸汽。此运行工况称之为运行模式。

正进入运行模式(冷盐流量调节及热盐温度调节)

换热区从冷盐循环向热盐循环切换的过程,此时换热区冷盐调阀控制熔盐流量,热盐调阀控制熔盐温度,保持流量不变的同时,热盐调阀会逐渐开启,冷盐调阀会逐渐关闭,在此运行过程中,厂家要求过热器及蒸发器熔盐温度升速率小于5K/min。此运行工况称之为正进入运行模式。

正进入防凝模式(热盐流量调节及冷盐温度调节)

换热区从热盐循环向冷盐循环切换的过程,此时换热区热盐调阀控制熔盐流量,冷盐调阀控制熔盐温度,保持熔盐流量不变的同时,冷盐调阀会逐渐开启,热盐调阀会逐渐关闭,在此运行过程中,厂家要求过热器及蒸发器温度降速率大于5K/min。此运行工况称之为正进入防凝模式。

b给水控制

电加热器水位控制

启动初期系统预热阶段(热机阶段),电加热器保持150-180MM水位,电加热器功率控制出口温度至240-260℃。给水泵变频器控制泵出口压力,所以在启动预热阶段,由电加热器入口上水调阀控制电加热器液位。

换热区给水流量控制

换热区进入运行阶段后,热盐调阀控制换热区熔盐流量,根据厂家设计550℃熔盐流量与之对应产生一个给水流量,熔盐与给水流量的比例为5.97.此时上水调阀控制换热区给水流量,给水泵变频器依然控制泵出口压力,满足上水压差需要。给水流量满足熔盐流量需求的同时,还要控制分离器出口温度,与分离器出口压力对应的饱和蒸汽温度产生的差值(过热度)。过热度调节器对熔盐对应的给水流量做修正。换热区升温升压过程中,热盐调阀与给水调阀投入自动,增加换热区热盐流量的同时增加给水流量,保证分离器与蒸发器的换热效率,控制分离器出口过热度及蒸发器出口熔盐温度。在整个机组试运过程中,该控制策略满足运行参数要求,能够维持系统稳定。

c抽汽预热流量控制

换热区设计一路抽汽预热系统,由主蒸汽管道至一、二级给水预热器产生蒸汽预热给水,在换热区转入运行阶段后逐步替代电加热器功能,电加热器逐步减小频率直至备用状态。给水预热管道设计最大蒸汽流量为主蒸汽流量的30%,剩余70%满足汽轮机带满负荷运行。该控制回路为串级调节,因为预热管路未设计流量测点,我们将主蒸汽流量的30%作为预热管路的流量显示,电加热器出口温度作为主调被调量,主调输出作为30%主蒸汽流量调节器的设定值,主调输出最大流量0.7T/h,通过设定电加热器出口温度,调整预热阀开度。

d冷盐罐至集热场熔盐流量及集热场#10出口温度控制

冷盐通过冷盐泵,经过集热场产生550℃熔盐返回至热盐罐。在集热过程中,要保证集热场#10号出口至热盐罐的熔盐温度不能高于560℃,高于560℃后,#8镜会散焦调整出口熔盐温度,在#8散焦之前需要通过加大集热场熔盐流量,来控制#8出口温度。所以用#10出口温度调节器回路作为集热场流量控制的主调,冷盐泵频率控制流量作为副调,通过太阳光辐射值(ANI)折算出熔盐流量设定值,用主调输出修正该设定值,形成串级调节回路,控制集热场#10出口熔盐温度在550℃。

2光热熔盐发电与常规火力发电关于热负荷控制的区别

常规火力发电寻求动态平衡,要求风、煤、水之间的动态比例协调,而且在锅炉增加或者减少负荷的同时,要控制主汽压力、主汽温度、再热汽压力、再热器温度、炉膛负压、给水流量(汽包水位)等一些主要参数不会剧烈变化。通过协调等控制方式消除负荷动态变化中以上监测量产生的偏差,最终达到机组稳定工况运行。锅炉热负荷的变化,同时要考虑二次风风经过空预器、一次风经过冷热一次风母管,再经过磨煤机粉管进入炉膛,煤经过给煤机和磨煤机,再由冷热一次风混合进入炉膛、水经过高低压加热器、省煤器、水冷壁、分离器(汽包)、过热器,期间与煤粉燃烧所产生的热量进行交换,在热交换的过程种,还要考虑风煤水的调整次序以及炉膛惯性所造成的影响。

光热熔盐发电机组,换热区相当于常规电厂的锅炉,换热器内,从壳侧流过的熔盐与管侧流过的水进行换热,产生高温高压蒸汽,首先进入换热区的高温熔盐温度比较稳定,进入换热区的汽水温度相对稳定,在换热区负荷变化的过程中,搭配好熔盐与水的比例,就能够保证产生稳定的主汽温度和主汽压力,主汽压力偏高或者偏低可以通过适当调整预热管道调节阀和主汽旁路阀,即可保持稳定。主汽温度偏高或者偏低可通过调节过热器熔盐旁路阀或者熔盐流量,稍大容量的光热机组会配备有减温水调节。

以上可以看出,光热熔盐换热与常规锅炉燃烧本质上的区别,在于光热熔盐通过控制少量的系统参数,便可以达到机组稳定参数。而常规火电机组则需要考虑的更多。

3结束语

新能源的利用与市场开发越来越受到人们的关注,如何能高效经济的利用绿色能源,只有通过优化调整控制思路来实现。希望在不久的将来,绿色能源发电也能够像火力发电一样更好的为人们的生活服务。

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