600MW超超臨界機組給水控制的分析

一、超臨界機組給水系統的控制特性

        汽包爐通過改變燃料量、減溫水量和給水流量控制蒸汽壓力(簡稱汽壓)、蒸汽溫度(簡稱汽溫)和汽包水位，汽壓、汽溫、給水流量控制相對獨立。而直流爐作為一個多輸入、多輸出的被控對象，其主要輸出量為汽溫、汽壓和蒸汽流量（負荷），其主要的輸入量是給水量、燃燒率和汽機調門開度,由于是強制循環(huán)且受熱區(qū)段之間無固定界限，一種輸入量擾動將對各輸出量產生作用，如單獨改變給水量或燃料量，不僅影響主汽壓與蒸汽流量，過熱器出口汽溫也會產生顯著的變化，所以比值控制(如給水量/蒸汽量、燃料量/給水量及噴水量/給水量等)和變定值、變參數調節(jié)是直流鍋爐的控制特點。

        實踐證明要保證直流鍋爐汽溫的調節(jié)性能，維持特定的煤水比來控制汽水行程中某一點焓（分離器入口焓）達到規(guī)定要求，是一個切實有效的調溫手段。當給水量或燃料量擾動時，汽水行程中各點工質焓值的動態(tài)特性相似；在鍋爐的煤水比保持不變時（工況穩(wěn)定），汽水行程中某點工質的焓值保持不變，所以采用微過熱蒸汽焓替代該點溫度作為煤水比校正是可行的，其優(yōu)點在于：

         1) 分離器入口焓（中間點焓）值對煤水比失配的反應快，系統校正迅速；
         2) 焓值代表了過熱蒸汽的作功能力，隨工況改變焓給定值不但有利于負荷控制，而且也能實現過熱汽溫（粗）調正。

         3) 焓值物理概念明確，它不僅受溫度變化影響，還受壓力變化影響，在低負荷壓力升高時（分離器入口溫度有可能進入飽和區(qū)），焓值的明顯變化有助于判斷，進而能及時采取相應措施。

        因此，靜態(tài)和動態(tài)煤水比值及隨負荷變化的焓值校正是超臨界直流鍋爐給水系統的主要控制特征。

二、超臨界機組給水系統工藝介紹

三、超臨界機組給水系統控制方案

        第一階段：啟動和低負荷階段；當啟動初期在濕態(tài)時（30％負荷以下），給水控制系統使省煤器入口流量維持在30％BMCR流量（本生流量）左右，省煤器入口流量為循環(huán)泵出口流量和高加出口流量之和，此時省煤器流量控制主要依靠循環(huán)泵出口調閥控制，電泵液耦手動控制給水母管壓力，通過BR閥控制省煤器入口流量穩(wěn)定。汽水分離器起到汽水分離的作用，蒸汽進入過熱器，水進入貯水箱，此時貯水箱中的水位主要依靠WDC閥1和WDC閥2控制，此次控制貯水箱水位控制如同汽包爐的汽包水位，應注意虛假水位的控制。為防止循環(huán)泵（BCP）入口汽化，從高加出口引入一路噴射水，一般維持在1%～3%左右的噴射水量以達到控制BCP入口的過冷度的目的。

        第二階段：轉直流運行階段；在負荷大于25%～35%BMCR 以上時鍋爐即轉入直流運行方式。

        1、概述：鍋爐進入直流狀態(tài)，給水控制與汽溫調節(jié)和前一階段控制方式有較大的不同，給水不再控制分離器水位而是和燃料一起控制汽溫即控制煤水比WFR。負荷大于20％后，第一臺汽泵啟動，達到沖轉轉速，泵出口壓力達到預定壓力后，汽泵可以投入自動，并入第一臺汽泵，并逐步降電泵負荷轉移到汽泵上來，到40％負荷左右可以將電泵退出運行。電泵退出運行后，啟動第二臺汽泵，沖轉到預定轉速，泵出口壓力達到預定壓力后，投入自動，并入第二臺汽泵，將第一臺汽泵的部分負荷轉移到第二臺汽泵上來。轉直流后，汽水分離器中已沒有水存在，僅作為一個蒸汽通道，循環(huán)泵退出運行。在本生負荷以上時，汽水分離器入口汽溫是微過熱蒸汽，這個區(qū)域的汽溫變化，可以直接反映出燃料量和給水蒸發(fā)量的匹配程度以及過熱汽溫的變化趨勢。所以在直流鍋爐的汽溫調節(jié)中，通常選取汽水分離器出口汽溫做為主汽溫調節(jié)回路的前饋信號，此點的溫度稱為中間點溫度。依據該點溫度的變化對燃料量和給水量進行微調。直流鍋爐一定要嚴格控制好水煤比和中間點過熱度。

        回路一是一個焓值控制校正回路。焓值控制的任務是保證分離器出口蒸汽焓始終在其微過熱蒸汽焓（汽水分離器入口）。微過熱蒸汽焓與過熱器出口蒸汽焓比較，他們有相似的動態(tài)特性曲線，但微過熱蒸汽焓慣性小，響應快，能快速地反映鍋爐煤水比信號的變化，代表性強，取該點修正煤水比可以獲取較好的控制質量。由負荷指令經F（X）1生成一個不同負荷下的微過熱蒸汽的額定焓值，經過一個多階慣性環(huán)節(jié)，因為負荷指令反映到中間點溫度有一個鍋爐的慣性環(huán)節(jié)。運行過程因為煤質變化會引起爐膛熱負荷變化，也會反映到溫度變化，所以增加一個操作人員手動修正焓值設定的接口。過熱器減溫水校正直流鍋爐的給水流量控制與減溫水總量的控制之間有著必然的聯系，根據設計在不同的負荷下，給水流量和減溫水流量有相對應比值，如果實際減溫水流量發(fā)生偏差時，焓設設定值發(fā)生器就會自動校正焓要求值，改變煤水比，最終給水流量指令使減溫水量逐步消除偏差。負荷變化時焓值設定的動態(tài)補償，變負荷時，中間點焓值會有一個動態(tài)的變化，負荷穩(wěn)定后會自動消除，加上這個補償，則會在變負荷時維持焓值設定值有個動態(tài)的變化，以適應變負荷時焓值的變化。中間點焓值由中間點壓力和中間點溫度經過焓值生成器生成。

        回路二是給水指令形成回路。燃料量（鍋爐指令）經F (X)2的函數變換后，作為給水流量的指令信號，它代表不同負荷（燃料量）下對給水流量的要求。由于汽溫對給水量的動態(tài)響應要比燃燒率快，設置一個多階慣性環(huán)節(jié)，使給水遲于燃燒率變化，減小汽溫的動態(tài)變化。給水量用分離器出口溫度來微調，保證汽溫。給水量需求中增加FQ是為了快速響應電網需求而加的。另外給水調節(jié)系統中設有煤、水交叉限制回路，用于保證煤水比在安全的范圍內。為了防止省煤器出口汽化，增加了省煤器保護功能；在蒸汽流量小于最小爐膛給水流量時，爐膛最小給水流量限制程序強制給水流量給定值為爐膛最小給水流量。

        3.給水控制回路；給水需求指令和實際給水流量進給水控制器，產生鍋爐給水泵轉速指令，經過一個平衡回路，分配給兩臺給水泵，當兩臺給水泵都投自動時，可以人工給兩臺泵設定偏置。因為電泵為25％的啟動泵，而且電泵和汽泵的出口壓力不一樣，不推薦電泵和汽泵并列運行，因此電泵的轉速控制有單獨回路。給水控制回路如圖三：

 四、結論

        超（超）臨界機組的給水控制和亞臨界汽包爐的給水控制有著很大的區(qū)別，超（超）臨界鍋爐給水控制系統的控制任務是在低負荷時保持給水流量不低于最小爐膛給水流量，在鍋爐進入直流運行時，保持適當的煤水比，這也是超（超）臨界機組控制過熱汽溫的最基本的手段。