超臨界直流鍋爐給水控制系統(tǒng)分析

李　濤西北電力建設(shè)調(diào)試施工研究所，陜西西安　710032

超臨界直流鍋爐給水控制系統(tǒng)分析

李濤
西北電力建設(shè)調(diào)試施工研究所，陜西西安710032

隨著電力工程的發(fā)展，超臨界直流鍋爐得到了廣泛應(yīng)用，不同類型直流鍋爐具有不同特點，而且其給水控制系統(tǒng)構(gòu)造比較復(fù)雜，因而在實際的操作的也面臨著一些難題。本文就超臨界直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，并通過對一些數(shù)據(jù)的分析提出一些改進(jìn)的措施。

超臨界；直流鍋爐；給水控制系統(tǒng)

超臨界直流鍋爐機(jī)組與傳統(tǒng)的燃煤機(jī)組相比具有容量大、啟動速度快、污染小的特點。鍋爐的給水控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)機(jī)組的燃水比的調(diào)節(jié)，從而保證過熱器出口氣溫恰當(dāng)，維持機(jī)組的正常運作，一旦給水控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障將直接導(dǎo)致機(jī)組的運行受阻，甚至出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故。

1　給水流量擾動下直流鍋爐動態(tài)特性

超臨界直流鍋爐機(jī)組與以往的機(jī)組存在著一些差異，首先是系統(tǒng)的相關(guān)性，在這種直流鍋爐中一個參數(shù)的變化可能會直接影響到其他的參數(shù)。由于沒有汽包，因而過熱受熱面與蒸發(fā)的界限不再清晰，給水控制系統(tǒng)的運行變化將直接影響機(jī)組汽壓、汽溫等的變化。

直流鍋爐的動態(tài)特性主要表現(xiàn)在以下幾點：第一，鍋爐起始階段的加熱段以及蒸發(fā)段，主汽流量等于給水控制系統(tǒng)的給水流量。第二，正常情況下主汽壓力與給水壓力同向變化，但是當(dāng)給水流量過高時會導(dǎo)致熱汽溫和蒸汽的下降，這時主汽壓力不再隨給水壓力的升高而升高，反而呈現(xiàn)下降的態(tài)勢。第三，機(jī)組的功率在整個運行過程中大致在一個穩(wěn)定的水準(zhǔn)，但是前期會隨著主汽流量的增加稍有增高，之后又會因流量的降低而減小，但是由于燃料控制在一個相等的水平，因而變化值并不大。第四，蒸發(fā)量、主汽壓力等對給水系統(tǒng)的流量變化的反應(yīng)存在一個延后的現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因是給水系統(tǒng)與加熱段之間還有一定的距離，因而給水流量擾動開始時蒸發(fā)量并不能及時做出反應(yīng)，同時這又造成了其他參數(shù)的反應(yīng)延遲。

2　給水系統(tǒng)控制策略

2.1濕態(tài)下的給水控制

我們將濕態(tài)下的鍋爐給水控制分為兩個部分來具體闡述。首先是蒸汽產(chǎn)生之前，鍋爐加水后在未點火之時不會產(chǎn)生水蒸氣，在此階段一般水泵不做功，不需要向直流鍋爐中注水，只需要利用循環(huán)泵對鍋爐中的水位進(jìn)行控制即可。當(dāng)鍋爐點火之后便會有蒸汽產(chǎn)生，隨著蒸汽量的不斷增加，分離器的水位也會相應(yīng)下降，這時可以先后啟動電動給水泵和氣動給水泵對機(jī)組進(jìn)行給水補(bǔ)充。在此過程中為了保證機(jī)組的正常運行還需要對水冷壁流量進(jìn)行控制，一般來說流量應(yīng)當(dāng)保持在600t/h以上，從而為機(jī)組的冷卻提供保障，避免機(jī)組因為過熱引起故障。除此之外隨著燃料量、蒸汽量的增加，鍋爐的負(fù)荷也不斷攀升，這時就需要通過適當(dāng)加大給水量，使其與蒸汽流量相適應(yīng)，在此基礎(chǔ)上還要保證循環(huán)泵的穩(wěn)定。

2.2濕態(tài)和干態(tài)的轉(zhuǎn)換下的給水控制

超臨界直流鍋爐運行過程中分為濕態(tài)和干態(tài)兩種狀態(tài)，機(jī)組啟動初期給水控制系統(tǒng)可自主進(jìn)行分離器水位的控制，之后鍋爐隨著時間的推移，燃料投入量和蒸汽量不斷增加，鍋爐的符合也不斷提升，漸漸進(jìn)入到干態(tài)（純直流負(fù)荷方式），這時通過溫度的控制進(jìn)行給水量的控制。鍋爐啟動后隨著蒸汽量的增加，分離器內(nèi)水量越來越小，此時的給水流量便需要不斷增加，當(dāng)分離器入口處的蒸汽干度達(dá)到1時，分離器便停止運作，此時的省煤器入口處的給水流量與鍋爐的給水流量相等。之后鍋爐的功率不斷增高，此時由于分離器內(nèi)的蒸汽過熱，而出口處的溫度未達(dá)到溫度控制的限定值，這時新產(chǎn)生的蒸汽便起到增高溫度的目的。隨著燃燒率的繼續(xù)升高，分離器出口的溫度也達(dá)到了溫度控制的要求，此時鍋爐正式達(dá)到干態(tài)，這時給水控制的主要目的就是維持分離器的燃水比。

2.3干態(tài)時的給水控制

鍋爐進(jìn)行干態(tài)運行后，應(yīng)當(dāng)將給水流量與燃料量控制在一定的比例，從而保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。燃料量與給水流量呈現(xiàn)一種非線性的函數(shù)關(guān)系，這時需要對煤水比調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)定，從而可以計算出實時給水量的需求，該儀器的誤差在20%左右。除此之外中間點溫度具有對給水流量反應(yīng)快，延遲較小的特點，因此可以通過對中間點溫度的測定進(jìn)行給水流量的控制和調(diào)整。以上已經(jīng)介紹過機(jī)組反應(yīng)具有遲延的表現(xiàn)，這可能會造成給水流量無法適應(yīng)鍋爐燃燒功率升高或下降的要求，因而在實際的操作中需要通過對其反應(yīng)延遲時間的測定對最低給水量進(jìn)行調(diào)整。

3　異常工況下的給水控制

3.1RB工況

當(dāng)進(jìn)行RB時，超臨界直流過流的負(fù)荷以及壓力將呈現(xiàn)下降的趨勢，為了保證下降過程的穩(wěn)定及目標(biāo)值的到達(dá)，在此過程中應(yīng)當(dāng)將給水控制的自動流量調(diào)節(jié)切換為手動調(diào)節(jié)，從而維持其他運行參數(shù)的穩(wěn)定。除此之外鍋爐內(nèi)的燃料的急劇減少還會導(dǎo)致機(jī)組內(nèi)部的溫度的波

動，甚至?xí)?dǎo)致鍋爐內(nèi)火的熄滅，為了避免這種情況，相關(guān)的工作人員應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的助燃措施，并保證給水量的穩(wěn)定，避免爐壁溫度過高。RB動作時的給水流量也會大幅下降，這會導(dǎo)致汽化點的前移，這會導(dǎo)致內(nèi)部過熱器難以達(dá)到適當(dāng)?shù)臏囟龋髡羝麜尸F(xiàn)下降的態(tài)勢。為了盡可能減少RB對鍋爐正常運行的影響，可以在RB過程中先將減溫水調(diào)門關(guān)閉30s左右后再打開。

3.2高加解列工況

高加解列會導(dǎo)致蒸汽抽送的中斷，這時會使得汽輪機(jī)的做功驟然增加，進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐整體的負(fù)荷增加。這時給水流量也會降低，可以通過提高設(shè)備轉(zhuǎn)速維持給水流量的穩(wěn)定。除此之外，該種工況還會造成鍋爐內(nèi)部水溫的大幅降低，進(jìn)而造成中間點溫度和壁溫的下降，無法維持主汽的溫度，鍋爐的整體功率受到影響，蒸汽能力降低。這時可以將主汽調(diào)門打開，從而維持機(jī)組的負(fù)荷，但是這種措施短時有效，如果時間過長將會導(dǎo)致汽輪機(jī)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)的氣缸以及輪子可能會由于脹差而產(chǎn)生劇烈的震動，給鍋爐的運行帶來安全隱患。因此這種工況出現(xiàn)時，最直接的措施是對系統(tǒng)進(jìn)行“減負(fù)”，先減少鍋爐內(nèi)的燃料量再減少給水量，保證水煤比維持在一個相對合理的比例。

3.3給水流量的超馳控制

通過對中間點溫度的調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)對給水流量的控制使其適應(yīng)超臨界直流鍋爐的運行，可以滿足過熱器對溫度的要求。但是在一些特殊情況下中間點的溫度可能也會出現(xiàn)反應(yīng)遲延等現(xiàn)象，這時就會導(dǎo)致過熱器超溫現(xiàn)象的出現(xiàn)，這將嚴(yán)重影響直流鍋爐的安全運行。這時就需要對給水流量進(jìn)行超馳控制，就是通過一些編程的設(shè)計讓給水流量對過熱汽溫的升高做出反應(yīng)，當(dāng)溫度達(dá)到一定的數(shù)值時，給水流量便會自動進(jìn)行提高。目前已經(jīng)由部分機(jī)組已經(jīng)進(jìn)行了給水流量的超馳控制，在實踐中我們發(fā)現(xiàn)這種措施可以有效降低因為中間點溫度或者焓值變化不顯著引起的直流鍋爐故障。

4　結(jié)論

超臨界直流鍋爐機(jī)組作為重要的供電設(shè)備，其安全運行對于保證整個電網(wǎng)的穩(wěn)定來說至關(guān)重要，而給水控制系統(tǒng)在調(diào)節(jié)燃水比中又發(fā)揮著決定性的作用，因而相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該通過對超臨界直流鍋爐不同運行階段的特點分析，不斷進(jìn)行給水控制系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)，提高其利用效率，推動我國的電力發(fā)展。

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1674-6708（2015）152-0060-01

李濤，本科，中級職稱，研究方向：火電電力自動化