摘要：锅炉是火电工业生产中的重要动力设备。随着国内工业和火电技术的快速发展，超临界直流锅炉机组逐渐得到发展，它已成为火电行业的主要设备。该装置具有容量大、效率高、热控难度大等特点。为了提高机组质量和协调监控能力，确保系统控制达到智能、准确、自动化的发展目标，这就要求锅炉给水控制不断创新和优化管理体系，为生产的安全稳定运行提供支持。
关键词：660MW；超临界；直流锅炉；给水控制
前言
近年来随着我国的经济快速的发展，使得国家对电力能源的需求日益增大，我国目前的能源消费总量保持在世界领先的地位。给水控制策略上，直流锅炉主要是严格的控制燃水比之间的参数。汽包锅炉也同样存在着燃水比之间的控制问题，但是它的比值的合理性可以从汽包的水位反映出来。直流锅炉没有汽包环节也没有水位控制的概念，所以给水—燃料比值参数是否正确需要另一个变量表征，该参数通常取中间温度。给水控制系统是将火电机组的汽轮机、锅炉等一系列的设备相关联的，给水工质品质的好坏，关系到整个电厂的运行安全，所以虽然给水控制系统是火电机组中众多系统的一个小系统，但是对于它的控制格外重要。
1直流锅炉
1.1直流锅炉的工作原理
直流锅炉与汽包炉在蒸发受热面内的工质流动方面有很大的差别，它是靠给水泵的压头将锅炉中的水一次性的完成加热、蒸发以及过热过程，产生过热蒸汽再将合格的工质送入汽轮机中，水的加热、蒸发以及过热都在管道内直接完成。直流锅炉与汽包锅炉在设计上就有所不同，水直接按照顺序完成各个回路的行程，直流锅炉就好比一个水变成水蒸汽的加热器，水从直流锅炉中通过时，先是加热成水蒸汽，然后再继续加热变成了过热蒸汽。
1.2直流锅炉静态特性
根据热力学的定律，如果在某一压力情况下，将水加热到指定温度，水将变成水蒸汽，若是继续加热，则水蒸汽就会变成过热蒸汽。如果水的温度在374℃，压力也达到了22.129MPa，那么水将瞬间变成水蒸汽。即饱和水和饱和蒸汽的临界点之间存在蒸汽与两个区域的水共存，两者将不再具有参数上区别。因此，水和水蒸汽在临界参数下的密度是相同的，靠着自动循环所产生的动力是不能够来维持，不能采用汽包锅炉的设计，只能使用直流锅炉完成。
2直流锅炉的给水控制系统
2.1直流锅炉给水控制系统的工艺
直流锅炉在启动以及低负荷运行时，分离器中工作介质是水，此时处于湿态运行阶段。分离器与储水罐一起，发挥着汽水分离作用；当工作介质转化为蒸汽，且参数达到质量要求时，锅炉进入直流运行阶段时，分离器处于干态运行时成为蒸汽的通道。为了回收启动过程中的能量及工作介质，超临界直流锅炉配置了启动阶段的水循环系统。工作介质的循环通道有三个：（1）利用除氧器的循环水通道；（2）通过扩容疏水箱的凝汽器循环水通道；（3）通过启动给水泵的炉内循环回路。启动工况的初始阶段，进入分离器的水质参数较低，且需要大流量动力，此时流经分离器的工作介质通过分离器、疏水调节阀至扩容器，送到凝汽器完成水的循环回收；介质参数进一步提高达到水质要求后，关闭调节阀阀门支路，开启调节阀阀门支路，可利用除氧器，从而形成介质的循环利用。
2.2直流锅炉给水控制系统工作阶段
超临界机组的全程给水控制可分为以下4个阶段：
第一阶段：锅炉注水以及冲洗阶段。在这个阶段直流锅炉一直采用的是定流量给水控制方案，为了完成冷态时候和点火后热态时候的锅炉冲洗过程。
第二阶段：锅炉工质的循环、工质的合格检查以及加热过程。在完成第一阶段后，直流锅炉就开始进行工质循环以及合格检查，此时分离器中的水还没有变成汽态，所以处于湿态运行状态。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这个时候分离器储水箱的水位由2条回路控制阀进行调节，控制阀分别为：分离器至扩容器—凝汽器控制调节阀以及分离器至除氧器的回路控制调节阀。在该阶段一直由电动给水泵进行给水固定流量的控制。
第三阶段：锅炉循环泵的炉水循环。在机组启动初期的时候，为了保护水冷壁系统的安全，必须维持最小流量工质运行。通常情况下为28%的最大连续蒸发量，就660MW直流锅炉为例，最大连续蒸发量为2918t/h。在炉水循环中，由分离器分离出来的水往下流到锅炉启动循环泵的入口，通过循环泵提高压力来克服系统的流动阻力和省煤器最小流量控制阀的压降。水冷壁的最小流量是通过省煤器最小流量控制阀来实现控制的。从控制阀出来的水通过省煤器，再进入炉膛水冷壁，在启动时不合格的疏水及汽水膨胀阶段的部分疏水被引入疏水扩容器中，减压后产生的蒸汽通过管道在炉顶上方排向大气，水进入下部的集水箱。
第四阶段：锅炉的直流运行。在高于最低直流运行工况（28%BMCR）时，水在水冷壁内吸热形成未过热蒸汽，汇集至水冷壁上集箱，通过引出管进入汽水分离器后，直接由连接管道引至过热器，此时的汽水分离器仅作连接水冷壁与过热器之间的汽水通道。
3完善给水自动控制系统的策略
3.1中间温度的选取
数据显示，高低负荷下中间点温度的变化对过热蒸汽温度的影响是截然不同的。例如：中间点温度变化1℃时，高低负荷下温度的影响变化分别为5℃和10℃。因此，科学、严格地选取中间点温度极为重要。由于厂商控制策略中存在先天设计的不足，这就需要对燃水比关系的准确性能进行持续调试改进。目前中间点温度的选取多采用屏式过热器温度值，这极大增加了系统调节的品质。
3.2优化一级减温水控制回路
在实际给水控制系统中，一级减温水流量与负荷很难实现贴合匹配，这与煤种的差异有直接关系，而且工况的实时变化也会导致一级减温水流量出现误差。因此，单纯按照厂商说明进行修正调节，显然是不切实际的。因此要对控制策略进行创新改进，即水燃比控制可以充分利用减温水的流量信号，进而有效控制屏式过热器出水温度，最终实现回路给水的控制目标。
3.3燃水比偏置补偿
为了解决煤种变化导致燃水比失真的问题，具体优化策略如下：首先，分离器入口过热现象要采用燃料偏置增加或减少来实现。其次，针对分离器储水箱压力来设定分离器入口的温度，并将差值调整与燃水比互融。最后，当负荷不变时，偏置调整要由BID完成。此外，在循环操作状态下，过热度已不需要考虑，因此燃料偏置可以实时取消。
3.4修正给水量控制方案模型
修正给水量控制方案是目前常用的直流锅炉之一，也常被称为“水跟煤”方案，即直流锅炉跟煤”方案，首先由机组协调控制级根据负荷直接决定给煤量，而给水量则由作为基础控制级的给水系统通过已定的给煤量与水比以及给水流量修正量来共同决定。修正给水量控制方案模型首先根据机组负荷与煤水比函数计算出煤水比与燃料量相乘得到给水计算值；而后，利用加法器获得作为煤水比反馈信号的中间点焓值设定与模型计算的偏差，此偏差随后输入至给水流量修正PID控制器，计算得出给水流量修正值；给水流量计算值与修正相加得到，将给水流量，将给水流量输入到直流炉机理模型的参数块进行迭代计算。
结束语
总之，超超临界直流锅炉给水自动控制系统还需要不断优化，尤其针对给水异常等情况，同时加强系统预防和报警功能。此外还要严密观察和分析机组运行的各项指标和数据，进而对参数进行实时调节和更正，这样才能为锅炉安全生产提供坚实的基础。
参考文献：
[1]方彦军，李鑫，胡文凯，熊扬恒，阚伟民.基于动态机理分析的超超临界机组锅炉中间点温度控制模型研究[J].热力发电，2017（07），41-44.
[2]叶向前，王振宇，李鑫，方彦军.超超临界1000MW机组直流锅炉中间点温度机理模型的仿真验证[J].热力发电，2017（04），43-48.
论文作者:高文庆
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/24
标签：锅炉论文; 流量论文; 工质论文; 分离器论文; 疏水论文; 温度论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第32期论文;