超臨界直流鍋爐兩種給水控制系統(tǒng)分析

李濤

摘要 超臨界直流鍋爐具有慣性小、蓄熱能力小的特點，容易出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，給水控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，影響因素較多，是實現(xiàn)鍋爐自動控制中的難點。本文主要介紹了中間點溫度和中間點焓值兩種給水控制系統(tǒng)，通過對比分析，發(fā)現(xiàn)中間點溫度控制具有讀數(shù)直觀、操作簡單等優(yōu)點，而中間點焓值控制則是靈敏度高、反應(yīng)迅速等特點，將兩種控制系統(tǒng)對比綜合考慮，可提高超臨界直流鍋爐的控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞 超臨界直流鍋爐；給水控制系統(tǒng)；中間點溫度；中間點焓值

中圖分類號TK2 文獻標(biāo)識碼A 文章編號1674-6708（2015） 153-0077-02

隨著我國電力行業(yè)的快速發(fā)展，火力發(fā)電對機組的要求越來越高，超臨界機組以綠色環(huán)保、循環(huán)倍率高等優(yōu)點逐漸成為了火力發(fā)電站的支柱機組。超臨界機組使用的直流鍋爐采用加熱、蒸發(fā)及過熱一條流水線的模式，完成給水由常溫液態(tài)到過熱氣態(tài)的受熱過程。超臨界直流鍋爐在穩(wěn)定狀態(tài)工作時，給水量與蒸發(fā)量持平，給水利用率可達(dá)100%。維持超臨界直流鍋爐的正常運轉(zhuǎn)，控制給水量，穩(wěn)定蒸汽溫度是關(guān)鍵。本文對常用的兩種給水控制系統(tǒng)進行了對比分析，合理選擇給水控制系統(tǒng)實現(xiàn)超臨界機組的最大效率。

1 中間點溫度控制系統(tǒng)

中間點溫度控制系統(tǒng)采用的是以煤跟水的工藝方案，以汽水分離器入口蒸汽溫度為工藝參數(shù)，溫度過低時會使過熱器內(nèi)出現(xiàn)凝水現(xiàn)象，此時需減少給水量；溫度過高時，會造成水冷壁出口段超溫，此時需增加給水量，不論是溫度過低還是溫度過高，都會影響超臨界直流鍋爐的正常運轉(zhuǎn)，應(yīng)盡量避免這種情況的出現(xiàn)。

1.1 給水溫度參數(shù)設(shè)定

中間點溫度控制系統(tǒng)的給水溫度，一般以水冷壁出口集箱的溫度為參數(shù)選擇點，給水溫度參數(shù)值是經(jīng)過多次修正后確定的，第一步以函數(shù)發(fā)生器對應(yīng)的溫度值作為基數(shù)值；第二步在技術(shù)值的基礎(chǔ)上增加一定程度的過熱度，通常是增加12～13℃的方案；第三步考慮過熱器噴水比率修正值，修正值是參考機組給定的經(jīng)速率限制和高低幅度值設(shè)定的，修定值的設(shè)置可有效降低分離器的干濕變換幅度，進而確定最佳給水量，在保證超臨界機組穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)煤水比的合理化，增加熱能利用率，減少環(huán)境污染。

1.2 給水量參數(shù)設(shè)定

給水量的設(shè)定需要參考兩個參數(shù)值，一個是前饋信號參數(shù)值，另一個是偏差輸出校正參數(shù)值。前饋信號參數(shù)主要是反映煤水比，當(dāng)煤水比出現(xiàn)較大偏差時，前饋信號可根據(jù)偏差輸出校正參數(shù)值快速做出反應(yīng)，控制給水量和補償燃料量回復(fù)煤水比，在水冷壁出口集箱處安裝有溫度微分信號接收器，通過分析溫度的微分變化，將接收到的信號匯總于前饋信號，可以提前改變給水量，實現(xiàn)給水量參數(shù)的超前設(shè)定。

1.3 給水指令設(shè)定

給水指令是控制給水泵流量的信號指示，水冷壁出口集箱處的溫度微分信號與前饋信號作為主要給水量需求參數(shù)，在此基礎(chǔ)上扣除汽水分離器中冷凝回流至儲水箱中的液態(tài)水，便是應(yīng)由給水泵提供的給水量。給水指令直接作用于給水泵的轉(zhuǎn)速控制器上，通過調(diào)節(jié)水泵渦輪的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)給水量的精確控制。

1.4 給水控制站指令

給水泵需要設(shè)定最大流量值，一旦給水泵的流量達(dá)到最大值后，給水量不再增加，以防出現(xiàn)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，對水泵造成不必要的損傷。當(dāng)汽動給水泵出口的壓力小于IMPa時，給水泵控制站指令無限制條件；當(dāng)壓力大于IMPa時，給水泵控制站指令輸出速度受限。

2 中間點焓值控制系統(tǒng)

中間點焓值給水控制系統(tǒng)，是在確定煤熱量時，通過調(diào)節(jié)給水量實現(xiàn)煤水比的控制。煤水比公式如下：

H/G= （hgr-h9S） / Tl Qr

（1）

式中：H表示燃料煤的投入量；G表示給水量；hgr表示過熱蒸汽焓值；h表示水焓值；rl表示超臨界直流鍋爐熱效率；Qr表示燃料煤的發(fā)熱量。當(dāng)鍋爐的運轉(zhuǎn)負(fù)荷不變時，h、h、r、Qr均是固定值，則H與G的比值保持不變，及煤水比不變；當(dāng)給水量或燃料煤投入量發(fā)生變化時，各焓值的變化特征大體一致。

2.1 汽水分離器焓值指令設(shè)定

汽水分離器焓值指令設(shè)定需要參照屏式過熱器進出口溫度，在對進出口溫度各選五組后，求平均值作差，將得到的差值作為屏式過熱器進出口的實際溫差值SI，參考蒸汽流量函數(shù)發(fā)生器作為降溫設(shè)定值S2，兩者作差即汽水分離器焓值指令的基礎(chǔ)設(shè)定值。在此基礎(chǔ)上完成設(shè)定值修正，得到最終汽水分離器焓值設(shè)定值。

2.2 爐膛焓值指令設(shè)定

爐膛焓值設(shè)定有兩個版塊共同決定，第一版塊是動態(tài)遲延塊，動態(tài)遲延塊起到修復(fù)燃料供熱率與給水指令間動態(tài)變化的作用，可作為煤水比的變化緩沖區(qū)；第二版塊汽水分離器焓值指令，這兩組版塊指令相加即可得到爐膛焓值的測量值，結(jié)合設(shè)計值作出修訂即可得到理論上的爐膛焓值指令。但在實際工作中，一般需要考慮爐膛焓值的實際需求值，即當(dāng)出現(xiàn)異常情況，可以將設(shè)定指令切換到爐膛焓值的實際需求值，以保障超臨界直流鍋爐的正常運轉(zhuǎn)。

2.3 給水量設(shè)定

爐膛總給水量可由煤水比公式計算得出，總給水量由三部分給水共同組成，第一部分是由爐水循環(huán)泵提供，第二部分由水冷壁凝水提供，第三部分由給水泵提供。當(dāng)?shù)谝缓偷诙糠值慕o水量確定時，可計算得出給水泵的給水量設(shè)定值。需要注意的是，給水泵的給水量不可小于水冷壁凝水量，以防發(fā)生高溫爆管事故。

2.4 給水泵需求指令的設(shè)定

給水泵需求指令由給水泵平均需求指令和給水泵主控需求指令共同決定。給水泵主控需求由超臨界直流鍋爐的爐水循環(huán)泵流量與給水泵流量的加和后經(jīng)給水控制器修正后得到。

3 中間點溫度和中間點焓值兩種給水控制系統(tǒng)對比分析

中間點溫度和中間點焓值兩種給水控制系統(tǒng)各有各的優(yōu)點，工作人員需要根據(jù)實際需要對給水控制系統(tǒng)進行合理選擇，實現(xiàn)超臨界直流鍋爐的最佳控制。1）中間點溫度給水控制系統(tǒng)反應(yīng)直觀、控制迅速。用中間點溫度控制給水量時，不僅能及時調(diào)節(jié)水冷壁的響應(yīng)溫度，還能縮短蒸汽溫度的反應(yīng)時間。另外，從人工操作角度分析，中間點溫度給水控制系統(tǒng)更方便。2）中間點焓值給水控制系統(tǒng)對溫度變化更為敏感。焓值代表的是系統(tǒng)中過熱蒸汽所含能量，也可以看作是其作功能力，由于中間點焓值的敏感性，可以實現(xiàn)對鍋爐負(fù)荷的有效監(jiān)控，避免超負(fù)荷運轉(zhuǎn)的發(fā)生，中間點焓值給水控制系統(tǒng)比較適合自動化操作系統(tǒng)。3）在過熱器中，因存在過熱蒸汽壓，使得中間點溫度控制易出現(xiàn)給水控制失調(diào)現(xiàn)象。當(dāng)過熱器中蒸汽壓負(fù)荷降低時，會出現(xiàn)凝水現(xiàn)象，機組動力也會降低；當(dāng)過熱器中蒸汽壓負(fù)荷增加時，又會引起過熱蒸汽溫度過高，容易對水冷凝壁出口造成損耗。

4 結(jié)論

超臨界直流鍋爐給水控制是電力機組自動化中的重點，同時也是難點，給水控制是一項復(fù)雜的控制項目，本文介紹的兩種給水控制系統(tǒng)，需要工作人員結(jié)合直流鍋爐在實際運行中的具體情況，通過分析總結(jié)，科學(xué)合理選擇給水控制系統(tǒng)，使超臨界直流鍋爐能夠正常高效運行。