易秉恒，陳 剛，范常浩

（1.國能（泉州）熱電有限公司，福建 泉州 362804；2.國能南京電力試驗研究有限公司，江蘇 南京 210000；3.華北電力大學控制與計算機工程學院，北京 100085）

引言

超超臨界機組是指過熱器出口主蒸汽壓力超過22.129 MPa的機組。目前運行的超超臨界機組運行壓力均為26 MPa左右，理論上認為，在水的狀態(tài)參數達到臨界點時（壓力為22.129 MPa、溫度為374℃），水的汽化會在一瞬間完成，即在臨界點時飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區(qū)存在,二者的參數不再有區(qū)別。由于在臨界參數下汽水密度相等，因此，在超臨界壓力下無法維持自然循環(huán)，即不再能采用汽包鍋爐，直流鍋爐成為唯一型式[1]。

某電廠是1 000 MW級超超臨界燃煤發(fā)電機組，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司引進ALSTOM公司技術制造，超超臨界參數、變壓直流鍋爐，四角切圓燃燒方式、固態(tài)排渣、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、露天布置、全鋼構架、全懸吊塔式爐結構。水冷壁由光管膜式受熱面組成，布置方式為螺旋管加垂直管、過渡段采用中間聯(lián)箱的形式。水冷壁出口連接6只汽水分離器，分離器出口蒸汽匯集至一級過熱器，分離出的水流入貯水箱后分成兩路，一路由啟動循環(huán)泵送入省煤器進口，另一路經大氣擴容器流入擴疏箱直接排入機組排水槽，或利用擴疏泵送至凝汽器、循環(huán)水排水管。

額定工況，鍋爐過熱蒸汽流量為3 009 t/h，過熱器出口蒸汽壓力為27.38 MPa，過熱器出口蒸汽溫度為605℃。機組配備2臺各為50%容量汽動給水泵。

1 給水系統(tǒng)流程

如圖1所示，2臺汽動給水泵對除氧器中的凝結水進行升壓，經過高壓加熱器，利用汽輪機各級抽汽，提高給水溫度。在濕態(tài)及低負荷階段，高加出口給水通過給水旁路調閥進入鍋爐省煤器。當鍋爐進入干態(tài)，則經過給水主閥和旁路調閥切換，高加出口給水經由給水主閥進入鍋爐省煤器。在濕態(tài)及低負荷階段，汽水分離器等同于汽包，起到汽水分離作用。在鍋爐直流運行期間，汽水分離器作為蒸汽通道[2]。

圖1 給水系統(tǒng)工業(yè)流程示意圖

2 給水全過程控制

給水全程控制分為濕態(tài)運行、干濕態(tài)轉換、干態(tài)或直流運行三個階段。

2.1 鍋爐濕態(tài)運行階段

在鍋爐濕態(tài)及低負荷階段，由啟動循環(huán)泵出口調閥維持省煤器出口最小給水流量，設計定值為1 020～1 080 t/h，略大于鍋爐30%BMCR（鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)流量），以兼顧機組運行安全性和經濟性。當水冷壁出口集箱溫度高時，則在原設定值上快速疊加292 t/h，以增加進入水冷壁的給水流量，保證水冷壁不超溫。啟動循環(huán)泵出口調閥出口裝有流量孔板，測得啟動循環(huán)泵出口流量，由于此流量對出口調閥開度變化響應迅速，故將此流量設計為出口調閥的實際調節(jié)量，設定值為省煤器出口最小給水流量與高加出口流量（不包含減溫水流量）的差值。

給水旁路調閥通過調節(jié)高加出口給水流量（不包含減溫水流量）來維持汽水分離器正常水位，設計定值為15 m，可由運行人員手動改變偏置。在調節(jié)回路中，將一級過熱器進口蒸汽流量作為基本給水流量設定值，經水位偏差計算校正，產生濕態(tài)給水流量設定值。

分離器疏水箱疏水液動閥對分離器水位起溢流保護作用，當水位高于15 m時，快速開啟一側疏水液動閥。當液位高于18.5 m時，再開啟另一側疏水液動閥，以防止分離器水位過高。

汽動給水泵調節(jié)高加出口給水與省煤器出口給水壓力差，即給水調閥前后壓差。壓差設定值由總燃料量對應的函數產生，隨總燃料量的增加，壓差設定值逐漸減小。當鍋爐蒸發(fā)量增加，為了維持分離器水位，需增加高加出口給水流量，開大給水旁路調閥，減小調閥前后壓差。由于壓差設定值隨總燃料量增加而減小，則初始階段汽泵轉速基本不變，當實際壓差＜設定值，汽泵轉速提高，增加汽泵出口給水流量，也等同于增加高加出口給水流量，具體見圖2。

圖2 超超臨界機組給水—蒸汽系統(tǒng)

2.2 干濕態(tài)轉換

當給水流量設定投入自動時，鍋爐主控指令＞270 MW，濕態(tài)給水流量設定值＞省煤器出口最小流量設定（即啟動循環(huán)泵出口調閥全關），過熱器焓值＞基本設定焓值（即有一定過熱度），同時滿足以上條件，則判斷機組進入干態(tài)運行方式。

當鍋爐蒸發(fā)量逐步提高，給水旁路調閥逐漸開大，進入鍋爐省煤器給水流量也隨之增大。此時，為維持省煤器出口最小給水流量設定值，啟動循環(huán)泵出口調閥逐步關小直至關閉。當蒸汽流量＞1 300 t/h時，聯(lián)鎖打開主給水電動閥，延時15 s后切除給水旁路調閥自動，然后由運行人員手動關閉給水旁路調閥，實現給水旁路調閥與主給水電動閥的切換。

由于切換之前，給水旁路調閥開度接近40%，此時調閥實際已經全開，調閥前后壓差為1 MPa左右。因此，當主給水電動閥聯(lián)鎖打開時，省煤器出口給水流量最大擾動量＜150 t/h，且由于旁路調閥延時15 s后才切除自動。在此期間，旁路調閥由于比例作用又會迅速關小一定開度，導致給水流量擾動進一步減小，整個切換過程，分離器水位最大擾動量＜5 m，且由于疏水液動閥的配合動作，水位很快恢復正常。

2.3 鍋爐干態(tài)或直流運行階段

當鍋爐進入干態(tài)運行階段，由總燃料量調節(jié)鍋爐汽壓，維持鍋爐熱負荷。給水流量除響應負荷控制，還通過調節(jié)過熱器入口焓值，實現汽溫控制的粗調。此時，由于啟動循環(huán)泵和給水旁路調閥均已退出運行，由汽動給水泵調節(jié)給水流量。

干態(tài)給水流量設定值產生回路示意圖，如圖3所示。干態(tài)給水流量設定值由基本給水流量設定值和焓值校正指令構成。基本給水流量設定值包括靜態(tài)基本給水流量設定值和動態(tài)基本給水流量設定值。靜態(tài)基本給水流量設定值由鍋爐負荷對應給水流量函數產生。動態(tài)基本給水流量設定值只在負荷指令變動時有效，可以實現在負荷動態(tài)變化過程中超調給水流量。維持動態(tài)過程水煤比，可以保證負荷變化過程中汽溫穩(wěn)定。焓值校正調節(jié)器采用比例校正法，通過焓值變化量計算出對應給水流量變化量百分比，再乘以當前基本給水流量設定值，得出為維持焓值設定值所需的給水變化量，作為焓值校正指令。焓值設定值由分離器壓力對應過熱器入口焓值函數、焓值設定值偏置指令共同構成。其中焓值設定值偏置指令可由運行人員手動設定，也可投入自動方式。當投入自動方式后，通過過熱器減溫水流量校正調節(jié)器產生焓值設定值偏置指令。

圖3 干態(tài)給水流量設定值產生回路

3 應用效果（見圖4）

圖4 1 000 MW超超臨界燃煤機組安裝現場

設計給水全程自動控制策略，在機組啟動期間分別將啟動循環(huán)泵出口調閥、給水旁路調閥、分離器疏水箱疏水液動閥、汽動給水泵投入自動方式，通過調試，使其均能正常完成設計功能，實現給水全程自動控制相關功能，運行人員只需在各控制斷點處操作即可，大大降低了運行人員操作次數，同時也減少各種誤操作的可能。給水全程自動控制主要可優(yōu)化解決以下問題：

1）直流爐汽水分離器水位在啟動初期變化較大，通過各執(zhí)行機構協(xié)同調節(jié)，可以使分離器水位基本穩(wěn)定，避免因水位波動大導致機組停機。

2）鍋爐濕態(tài)轉干態(tài)時，給水旁路手動切換至主路時，通常會對給水流量造成較大擾動。而在全程給水自動控制策略中，當給水旁路自動切換至主路時，通過監(jiān)測給水旁路調閥前后差壓來判斷給水旁路調閥是否全開，可以最大限度降低切換時對給水流量造成的擾動。

3）鍋爐手動操作濕態(tài)轉干態(tài)中，由于煤水比的短暫失調，經常導致水冷壁超溫。通過全程給水自動控制可縮短煤水比失調時間，使水冷壁管維持良好的水動力特性，防止其超溫。

4 不足之處

通過控制策略設計及邏輯功能調試，在給水全程自動控制投用期間也發(fā)現一些問題，主要有：

1）啟動循環(huán)泵出口流量孔板精度不夠，在流量＜200 t/h以下時基本無法測量，故當啟動循環(huán)泵出口調閥關至一定開度后，出口流量變?yōu)?。此時，只能切除出口調閥自動，由運行人員操作逐漸關小。

2）給水旁路調閥調節(jié)特性不好，調閥指令增加2%，實際閥門才動一次，造成給水流量有幾十噸的小幅震蕩。

3）直流鍋爐汽水分離器相對亞臨界鍋爐中汽包水容積偏小，當鍋爐處于鍋爐濕態(tài)及轉干態(tài)過程中，由于燃燒的急劇變化，汽水分離器水位往往波動較大，相對汽包水位來說更不易控制。

通過機組的全程給水控制的投用，機組在啟動濕態(tài)階段即可大幅提高自動投入率，降低濕態(tài)轉干態(tài)過程中的難度，提升機組在啟動初期階段的運行可靠性。同時機組的全程給水控制也屬于機組APS功能的一部分，其正常投入也為機組整體APS功能的實現打下基礎。