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(diǎn)，而且其給水控制系統(tǒng)構(gòu)造比較復(fù)雜，因而在實(shí)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(dòng)速度快、污染小的特點(diǎn)。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(yùn)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(yùn)行受阻，甚至出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故。

1　給水流量擾動(dòng)下直流鍋爐動(dòng)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(gè)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(yùn)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(dòng)態(tài)特性主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：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(shí)會導(dǎo)致熱汽溫和蒸汽的下降，這時(shí)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(gè)運(yùn)行過程中大致在一個(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)開始時(shí)蒸發(fā)量并不能及時(shí)做出反應(yīng)，同時(shí)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(gè)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(diǎn)火之時(shí)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(diǎn)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(shí)可以先后啟動(dòng)電動(dòng)給水泵和氣動(dòng)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(yùn)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?yàn)檫^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(shí)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(yùn)行過程中分為濕態(tài)和干態(tài)兩種狀態(tài)，機(jī)組啟動(dòng)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(shí)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(shí)通過溫度的控制進(jìn)行給水量的控制。鍋爐啟動(dòng)后隨著蒸汽量的增加，分離器內(nèi)水量越來越小，此時(shí)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(shí)，分離器便停止運(yùn)作，此時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)鍋爐正式達(dá)到干態(tài)，這時(shí)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(shí)的給水控制

鍋爐進(jìn)行干態(tài)運(yùn)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(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(shí)需要對煤水比調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)定，從而可以計(jì)算出實(shí)時(shí)給水量的需求，該儀器的誤差在20%左右。除此之外中間點(diǎn)溫度具有對給水流量反應(yīng)快，延遲較小的特點(diǎn)，因此可以通過對中間點(diǎn)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(shí)際的操作中需要通過對其反應(yīng)延遲時(shí)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(shí)，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(dòng)流量調(diào)節(jié)切換為手動(dòng)調(diào)節(jié)，從而維持其他運(yùn)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(dòng)，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(dòng)作時(shí)的給水流量也會大幅下降，這會導(dǎo)致汽化點(diǎn)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?，主蒸汽會呈現(xiàn)下降的態(tài)勢。為了盡可能減少RB對鍋爐正常運(yùn)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(shí)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(shí)有效，如果時(shí)間過長將會導(dǎo)致汽輪機(jī)超負(fù)荷運(yùn)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(dòng)，給鍋爐的運(yùn)行帶來安全隱患。因此這種工況出現(xiàn)時(shí)，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(gè)相對合理的比例。

3.3給水流量的超馳控制

通過對中間點(diǎn)溫度的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)對給水流量的控制使其適應(yīng)超臨界直流鍋爐的運(yùn)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(diǎn)的溫度可能也會出現(xiàn)反應(yīng)遲延等現(xiàn)象，這時(shí)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(yùn)行。這時(shí)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(jì)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(shí)，給水流量便會自動(dòng)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(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)這種措施可以有效降低因?yàn)橹虚g點(diǎn)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(yùn)行對于保證整個(gè)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(yùn)行階段的特點(diǎn)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(dòng)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(dòng)化