超临界直流锅炉给水控制逻辑探索与系统改进

超临界直流锅炉给水控制逻辑探索与系统改进

朱鸿鹏

广西大学电气工程学院广西桂能科技发展有限公司

摘要：超临界直流锅炉给水系统作为机组中重要的子系统之一，在整个机组起到了承上启下的作用。因此给水控制作为机组控制中的重点和难点问题，急需相关工作者进行深入探索并最终得到解决。本文通过对不同工况下超临界直流锅炉给水控制系统工作情况的研究，进行了系统改进方面的探索，以期给相关工作者提供一定的参考和借鉴。

关键词：超临界直流锅炉；给水控制；分析；改进；

1引言

在实际生产及工作中，超临界直流锅炉因其效率高、能源利用率大、经济效益好，逐步取代了传统低效的亚临界直流锅炉。同时，安全可靠的给水控制系统是保证超临界直流锅炉稳定高效运行的重要保障。为了不断改善超临界直流锅炉现如今仍存在的问题，结合长期对600MW超临界直流锅炉的实际运行情况的观察与分析，重点对超临界直流锅炉在不同工况下的给水控制策略进行部分总结，在对此进行探索的基础上，研究出相应改进方法。

2直流锅炉调节特点

直流锅炉相对自然循环锅炉的主要特点为：汽与水循环流程中缺少汽包，给水泵强力推动一定体积的水进入炉内。在直流锅炉各个受热面或加热面中，给水索压头作用于工质，使之依次经由加热面、蒸发面、过热面，并完成由液态到气态的转变，进行循环流动，无明显气液分界面。因此其循环倍率与所载负荷无关，恒定为一。但同时锅炉的蓄热较小，因此容易发生超温超压的现象，其中直流锅炉给水流量的改变对于超临界机组的负荷、压力与温度的影响最大。

曲线图图1给出了直流锅炉的工作原理。其中加热段即为水还未达到沸腾状态时的受热面；蒸发段中，水处于开始沸腾（x=0）和完全变为干饱和蒸汽（x=1.0）的状态之间；过热段是直流锅炉内蒸汽从开始过热到达额定过热温度的区间。从中可得在各个阶段中，锅炉中工质的存在形式及其参数的指标的变化：

（1）加热段：水的焓值和温度随加热过程的进行逐步升高，由于存在阻力，锅炉中工质的压力不断下降；

（2）蒸发段：水经由加热段不断升温并蒸发，，导致汽水混合物的焓值升高，从而使工质的压力有所降低，饱和温度也不断降低。此段工质状态为汽、水混合物，管道后端工质被加热成饱和蒸汽；

（3）过热端：蒸汽的焓值和温度继续升高，压力则发生突降。在锅炉实际工作过程中，工况会随着现场各方面因素的影响而发生变化，也将进一步影响到锅炉中汽水管道内的工质参数，同时影响到受热面分布的区域。

以上三段受热面并没有固定的分界面，但受热面相对位置的偏移会造成工质品质的下降，给机组运行带来极为不利的影响，因此要适当掌控蒸发段在受热面中的前后位置，保证直流锅炉安全高效率完成生产工作。

图2液位控制系统示意图

3.1湿态运行分析与改进

在湿态工况运行时，锅炉会根据对给水流量的控制进而维持汽水分离器的液位，从而保证锅炉的正常生产工作。饱和水蒸发成蒸汽之前：直流锅炉若只加水，未进入加热阶段，则不会产生水蒸气，此时水泵不做工，需要循环泵来进行锅炉内液位控制的工作，而不需要进行注水。蒸汽产生时：进入加热阶段，蒸汽量随着加热过程的进行而不断增加，分离器的水位随之下降，为了进行给水补充需适时启动电动水泵和启动水泵辅助给水。过程中为完成机组的正常工作，保障机组整体的顺利冷却，需适当控制水冷壁流量，一般情况下使之维持于600t/h以上，可避免机组发生过热现象而引起事故。除上述注意事项外，因正常生产中燃料和蒸汽量不断的加大，锅炉内部负荷也不断增加，为达到使其与蒸汽流量相适应的目的，需适当加大给水量的补充，进一步保障循环泵的稳定运行。

4干态运行分析与改进

在干态工况下，直流锅炉进行生产时是通过控制炉内的蒸汽温度和给水流量，从而根据两者共同维持锅炉的稳定运行。当直流锅炉进入干态工况运行时，由于其工况特质，为保障超临界机组的安全稳定工作，应将给水流量与燃料量的比例控制在一定范围内。

燃料量与给水流量之间会呈现出较明显的非线性函数关系，此时应设定煤水比调节器，需要注意的是，该仪器的误差为20％左右。处于除此之外的中间点温度时，直流锅炉对给水流量反应速度快，延迟小，从此可知对中间点温度的测定可以对给水流量进行适当的控制和调整。

5湿干态运行转换分析

锅炉在上述的湿态与干态工况的转换过程中，其蒸汽温度会发生一定程度的波动，所以进行转换时，控制的关键要素即为维持炉内的蒸汽温度。

在汽水分离器由湿态工况过渡到干态工况时，相关工作人员首先应考虑提高锅炉内煤的燃烧效率，之后适当加大锅炉内的注水量。当锅炉处于最小给水流量时提高煤的燃烧率，锅炉内饱和水的量会减少，蒸汽量会随即增加，可通过液位控制系统来控制分离器内的液位。燃烧率提升的过程中，汽水分离器中不饱和蒸汽的焓值也处于不断上升的过程，其数值上升到饱和蒸汽的初始数值时，则只有除液态工质外的饱和蒸汽才会作为工质进入汽水分离器内，控制液态工质液位的阀口也随即闭合。

5异常工况

5.1RB工况分析与改进

当出现RB工况时，超临界直流过流的负荷及其压力会有下降的势头，为保证达到二者在下降过程中的稳定和到达理想目标值，应将给水控制的自动流量调节切换成为手动调节，以此来维持住与之相关的运行指标的稳定。另外，如果直流锅炉内出现燃料急剧减少的情况，会导致机组内部温度出现较大波动，甚至会出现炉内火熄灭的现象，为避免出现此类情况，相关工作人员应实时关注锅炉情况，并在必要时采取相应的助燃措施，同时保证给水量的供应和稳定，防止炉内温度过高发生事故。

进行RB时，给水流量会出现大幅下降，这会造成工质汽化点发生前移，导致锅炉内部的过热器难以上升到所需温度，主蒸汽量出现下降的趋势。为了最大幅度降低RB对直流锅炉运行情况的影响程度，可以采用在RB时先关闭减温水调门30s再打开的措施。

5.2高加解列工况分析与改进

高加解列工况会发生蒸汽抽送的中断的现象，使汽轮机的做功极速增加，进而使直流锅炉的负荷大大增加。一系列的连锁反应后，给水流量也会出现一定的降低，此时需要通过适当提高设备转速以增加给水量，维持给水量的稳定状态。除此之外，锅炉内部水温的大幅度降低也是其后果之一，水温的下降带动中间点温度和锅炉壁温的下降，主汽的温度无法保持稳定，会影响到锅炉的整体功率，进而其蒸汽能力会逐渐降低——此时需要维持机组的整体负荷，可打开主汽调门，但采取这种方式只能短时间内起效，长时间保持则会出现汽轮机超负荷运转的后果，汽轮机的气缸和轮子之间会由于胀差而产生较为剧烈的震动，成为机组生产工作中的安全隐患。

综上所述，当出现高加解列工况时，应采取最直接的措施是：给系统适当减负——将锅炉内的燃料量和给水量依次减少，保持水和煤的比例维持在合理范围内。

6结束语

超临界直流锅炉机组作为我国目前极为重要的供电设备，其安全稳定的运行对于保证整个电网的稳定有着重要意义，而给水控制系统又是超临界机组自动化工作中的重难点，因而相关技术人员应该进行不懈的实践与长期的操作，对不同工况不同运行阶段下超临界直流锅炉的控制逻辑进行分析与探索，在大量的分析总结的基础上，科学选择合理的给水控制系统和相应措施，不断对超临界直流锅炉给水控制系统进行优化和改进，从而提高对能源的利用率，为电力事业的发展做出具有推动性的贡献。

参考文献：

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