摘要：超临界机组的给水控制既承担过热汽温控制又与负荷控制密不可分，在机组启停阶段还承担防止蒸发器超温和水动力稳定的重要任务，是超临界机组控制系统的核心和难点。本文详细介绍全程给水控制的控制策略，并且对机组干态运行阶段给予焓值控制中间点温度提出了优化和改进意见，以供参考。
关键词：660MW超临界；直流锅炉；给水控制策略
超临界机组给水控制系统是机组协调控制的基础，也是控制汽温的基本手段[1】，并且给水控制对直流锅炉的负荷、压力、温度等机组重要参数都有着较大的影响。本文介绍了在机组运行的整个过程中给水控制系统的控制策略，以提高机组的安全稳定运行。
1.机组概况
俄罗斯特罗伊茨克1×660MW超临界机组采用哈尔滨锅炉厂有限公司生产的直流锅炉，每台机组配置2台50％BMCR（锅炉最大连续出力）汽动给水泵，并配1台35％BMCR的电动给水泵。本文以该660MW超临界机组为例，介绍全程给水控制系统的设计思想和控制策略。给水系统配置如下：2台汽动给水泵和一台电动给水泵及其再循环调门；1台40％BMCR容量的锅炉再循环泵及出口调门、再循环调门和过冷水调门；1个省煤器进口主电动门和1个旁路调门；2个储水箱疏水调门。
2.超临界直流锅炉给水系统的动态特性和控制要求
直流锅炉与汽包炉相比较，其最大的区别是直流锅炉没有汽包。为保证工质在水冷壁中稳定流动，直流锅炉依靠给水泵的压力来推动工质在水冷壁稳定流动[2】。超临界直流锅炉在不同的运行阶段给水系统的动态特性差异很大。当锅炉在冷态启动阶段时，该动态特性类似于汽包锅炉，给水流量的变化主要影响的是汽水分离器的水位，存在着汽-水两相区；随着锅炉压力的升高达到在临界压力时，水在22.12MPa压力下加热到374.15℃时全部汽化为蒸汽即为变相点；当工作压力大于临界压力时，即在超临界压力下，水的汽化潜热变为零，水变成蒸汽，不再存在汽-水两相区[3】。
由此可见，直流锅炉给水的加热、蒸发、过热过程在省煤器、水冷壁、过热器各受热面之间没有固定的分界线，其界线随运行工况变化而变化。直流锅炉给水控制的目的是保证炉膛受热面能得到与热负荷相适应的冷却水量，即保持一定燃-水比。用保持燃-水比的方法直接控制过热器出口汽温是直流锅炉重要的控制任务。燃料量和给水量不相适应即燃-水比失调时，出口过热蒸汽温度会产生显著的变化。
3.给水全程控制过程
（1）锅炉启动阶段，从锅炉上水到点火前，采用给水流量定值控制。省煤器进口给水流量自动控制在最小设定值（35%BMCR）时，开始为调节阀调节给水流量，电动给水泵调节阀前后差压。当调节阀开度>80%时，电动给水泵切换为控制给水流量（调节阀从80%回落至70%，电动给水泵又切为控制差压，即存在10%的回差）。
（2）带部分负荷阶段，分离器湿态运行，控制分离器水位。给水流量保持在某个最小常数值（35%BMCR）时，分离器水位由分离器至扩容器的控制阀进行调节，给水系统处于循环方式。分离器水位控制通过改变分离器至扩容器的调门开度来实现，是典型的开环控制。
（3）纯直流阶段，带中间点温差修正的直流炉给水控制。进一步增加燃烧率，当锅炉负荷升至35%BMCR时，运行方式从湿态转入干态运行，使分离器中的蒸汽温度达到设定值，汽温信号通过选大器，温度控制系统投入运行，开始增加给水流量。
3.1煤-水比控制回路
系统采用中间点温度和喷水比来校正燃水比，并通过调节锅炉总给水流量来实现燃水比控制。这是一个前馈-串级调节系统，副调节器输出为给水流量控制指令，通过控制给水泵转速使得锅炉总给水流量等于给水给定值，以保持合适的燃水比。主调节器以中间点温度为被调量，其输出按锅炉指令形成的给水流量基本指令进行校正，以控制锅炉中间点汽温在适当范围内。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆控制系统可以分为两大部分，即给水流量指令形成回路和给水泵转速控制回路。
锅炉总给水流量给定值是由给水基本指令和主调节器输出的校正信号两部分叠加而成。
锅炉指令作为前馈信号经动态延时环节和函数发生器后给出的给水流量基本指令，以使燃水比协调变化。其中动态延时环节是补偿燃料量和给水流量对水冷壁工质温度的动态特性差异。由于燃料制粉过程的延迟以及燃料燃烧发热与热量传递的迟延，因此，给水流量对水冷壁工质温度的影响要比燃料量要快得多，所以增负荷时要先加燃料，经动态延时后再加水，以防止给水增加过早使水冷壁工质温度下降。锅炉指令经函数发生器给出不同负荷下的给水流量需求。由于燃料量也是锅炉指令的函数，所以函数发生器实际上是间接地确定燃水比。这样，当锅炉指令变化时，给水流量和燃料量可以粗略地按一定比例变化，以控制过热汽温在一定范围内。
校正信号是以分离器蒸汽温度作为中间点温度来修正给水流量基本指令。校正信号由主调节器输出的反馈调节信号和微分器输出的前馈调节信号组成，前馈根据分离器蒸汽温度和它的给定值之间的偏差运算得到，后者是分离器蒸汽温度的微分。前馈信号起动态补偿作用，当燃料的发热量等因素发生变化，如发热量上升使分离器气温上升时，微分器的输出增加，提高给水流量给定值，使给水流量增加，以稳定中间点温度。
中间点温度的给定值由三部分组成：
（1）汽水分离器压力信号经函数发生器后给出分离器温度给定值的基本部分。其中为消除汽水分离器压力信号的高频波动需要设置滤波环节。当机组负荷小于100MW时，函数器的输出为分离器压力对应的饱和温度；当机组负荷大于100MW后，函数器的输出为分离器压力对应的饱和温度，并加上适当的过热度。
（2）过热度喷水比的修正信号是由实际的过热器喷水比与其给定值的偏差计算得到。过热器喷水比率的给定值是由机组负荷指令信号经函数发生器给出，它是根据设计工况下一、二级减温水总量与机组负荷的关系计算得到的。滤波环节用于消除过热器喷水比率信号的高频波动。为防止修正信号动态波动较大而引起分离器的干、湿切换，因此喷水比修正作用不能太强，通过函数器对其修正的幅度和变化率进行限制。本系统的喷水比修正只在机组的负荷大于100MW之后才起作用，当机组的负荷小于100MW时，中间点温度给定值仅仅是分离器压力的函数。
（3）为了方便运行人员根据机组运行情况调整中间点温度，系统还设置手动偏置。
可见，给水流量串级控制系统的主调节器作用是根据中间点温度与其给定值的偏差进行PID运算，其输出为锅炉总给水流量基本指令的校正值，以校正燃水比，稳定中间点温度。当实际运行工况偏离设计工况，如燃料量的品质发生变化或燃水比失调使中间点温度偏离给定值时，通过改变锅炉总给水流量来改变燃水比，以稳定中间点温度。副调节器根据锅炉总给水流量的测量值与流量给定值的偏差进行运算，输出作为给水流量控制指令，调节给水泵转速来满足机组负荷变化对锅炉总给水流量的需求。
4.结束语
该机组的给水控制系统设计是比较完善的，在调试过程中，主要进行了逻辑和参数的调整。自2016年7月20日机组投产后，给水系统在启动过程和正常运行阶段，采用上述控制策略进行调节，效果良好。这种控制策略对其他发电厂同类机组实现全程给水自动调节具有一定参考作用，也为完善其他控制系统提供了新的思路。
参考文献：
[1]刘禾白焰李新利.火电厂热工自动控制技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2]张玉锋，王满稼.热工自动控制系统[M].北京：水利电力出版社，1984.
[3]梁福余.国产600MW超临界机组全程给水控制策.华电技术[J]，2008，30（7）：64-67.
作者简介：
李伟德，（1992-），男，汉族，助理工程师，主要从事热工自动化技术方面的研究工作。
论文作者:李伟德
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：锅炉论文; 机组论文; 流量论文; 温度论文; 分离器论文; 指令论文; 负荷论文; 《基层建设》2019年第1期论文;